CN1018317B - 调频频带的多次重复使用 - Google Patents

Abstract

一种从波幅不同的数个调频载波接收信息的信号接收系统，顺次耦合的诸锁相环应用截获效应，在各起支配作用的载波信号存在的情况下解调所有含较弱信号的调频载波信号。锁相环解调器将代表包含在最起支配作用的主载波信号输入中的信息提供给该锁相环，并提供与该主载波信号输入相同的复制信号以输入到输出电路，输入信号还在延迟电路延迟并输入到该输出电路。输出电路产生与输入信号相同但主载波被抑制的输出信号，再耦合到顺次的锁相环和延迟电路上。

Description

本发明总的说来涉及调频（FM）无线电系统，更具体地说，涉及从波幅不等的多个调频载波接收所有想接收的广播信息的系统。此外，本发明的固有特点在于，所有被抑制信号，无论是载波或是调幅波，都可恢复到基本上同样的程度。

在一般的调频无线电接收机中，解调电路通常抑制较弱的调频信号。我们说这样的接收为最强的信号所截获，目前所有周知的调频解调器都显示出这种“截获效应”。截获效应这种抑制弱信号的特性是调频理论中周知的特性。

现有技术包括如在题为“截获两同波道调频信号中较弱信号用的信号消除技术”的一篇文章（《电磁波的传播》大学出版社1960年版，第183-207页）中所介绍的E.J.贝代迪的研究工作。该篇文章中讨论了两种信号消除技术，即（1）动态截获技术和（2）前馈技术。

动态截获技术是通过调谐电带通滤波器来减小较强信号的幅度。带通滤波器把较强信号的信号强度减小，使其成为较弱的信号，然后用一般的解调器从其主输入端恢复该信息，该信息即为原来所希望的较弱的信号。动态截获技术的理论特性是不可靠的，因为它看来要求把瞬时频率与傅里叶变换频率的概念等同起来。因此贝代迪是依赖于实验的各项结果。

前馈技术应用了由窄带限幅器所提供的信号抑制作用。这类限幅器也难以用数学方法进行分析，因此贝代迪又再次依赖于实验结果来支持 这项技术。无论是动态截获技术或前馈技术，在所加的调频信号的瞬时频率相等或大致上相等时，借助于它们真正的工作原理都是不会象所预期地那样起作用的。

现有技术还包括授于给路德韦格的美国专利No.3，226，646、授于给卡本德等人的美国专利No.3，753，123和授于给贝克利等人的美国专利No.4，739，518。所有这些参考文献都是想应用信号消除技术及有关的滤波技术在存在一个或一个以上较强信号的情况下从较弱的信号回收信息。

在路德韦格的专利中采用了消除电桥来消除干扰信号，并采用了强信号跟踪滤波器来隔离干扰。跟踪滤波器装有一个高信号截获型的解调器，该解调器提供用以控制可用电子学方法加以调谐的滤波器的瞬时中心频率与所要求的较强信号的频率的重合程度的瞬时模拟信号。只获得一个输出，即经解调的较弱信号。这里为了说明工作过程，又是把瞬时频率与傅里叶变换频率的概念等同起来。

卡本特等人介绍了一种从输入信号去掉无用的信号以在输出端提供误差信号的系统。该参考文献还教导在信号提取装置中采用锁相环（PLL）来产生估计信号的方法，该信号包含幅度偶而变化的载波信号，而且是以矢量的方式从输入信号减除的。为进行矢量减法可求出一个以上的估计信号，而由于所提取的各信息仍然锁定在其自身的信号上，通过这种减法消除一个或一个以上输入信号的效果并不影响其余信号。所消除的只是不希望有的信号而已。

最后，在贝克利等人的专利中，采用了一个限制器的截获效果来检测与一干扰信号一起接收到的一所需要的信号，该干扰信号的频率与所需要的信号的频率几乎相同但振幅要大得多。在所述的系统中，一个增益控制放大器提供一恒幅信号，该恒幅信号的干扰信号部分的振幅等于限制器所产生的干扰信号部分的振幅。恒幅信号与限制器的信号通过减法操作共同一起有效地消除干扰信号，同时只使预期信号有小量衰减。 这里也只介绍了对不希望有的信号的抑制。

这些参考文献显然并没有理解到调频解调器的截获效应的其它优点和应用。此外，尽管卡本特等人在从输入信号提取信号的过程中应用了锁相环（PLL），但他们的参考文献没有一个是理解到锁相环技术的其它优点以及用锁相环技术来鉴别输入信号的一个以上的信号分量。

在本发明中，在一个新型的解调器中将与频率解调器有关的截获效应与锁相环配合使用，以改进在主载波存在的情况下对所有包含较弱信号的一些调频载波进行解调的效果。由一个频率解调器将所加信号的瞬时频率转换成电压。当本发明的解调器的输入端上有两个或两个以上信号的和时，输出电压mo（t）就与输入信号的主部分的瞬时频率成正比。因此我们说，主信号截获该解调器。

当采用mo（t）来对另一正弦波信号进行调频时，在接收机中就产生原主信号的复制品。这时该复制信号与接收机的其它较弱的输入信号隔离开来，而且可从复合输入中除去该复制信号以便有效地抑制该主信号。经减除之后，剩下来的是输入信号的较弱的载波。然后就可按同样的方式逐个对其余的信号进行解调，这个解调实质上可以希望进行多少次就进行多少次，以对输入信号的分量载波要解调多少个就可以解调多少个。

为了应用本发明有效地进行消除，复制信号的载波频率以及对复制信号进行调制的幅度应基本上与主信号的相同。实际上，采用一般的信号源和调频器是不可能达到这个条件的。但在锁相环中采用压控振荡器（VCO）就有可能几乎一样地复制主信号。因此当锁相环是作为频率解调器工作时，压控振荡器的输出即为要消除的主输入信号的复制品。

按本发明的原理构成的信号接收系统本来就设计成使其能回收较弱的信号信息。从包括本发明的信号接收系统的各锁相环解调器可获得多个代表在对一系列主输入信号进行调制中所包含的信息的输出信号，它们是从原输入信号的留下的分量中按其支配地位的下降次序获得的。因 此本发明有可能多次重复使用调频频带，就是说，具有独立信息的一些调频载波可以在同一个频带中共存，同时通过应用本发明可以回收全部或局部的信息。

本发明容许和包括功率分配多路复用的原理，因而一系列信息（用户）同时采用同一个频带彼此共享发射机的功率。这个原理和其它周知和实施的技术，例如时分多路复用和频分多路复用，是一致的。

图1是根据本发明的原理组成的信号接收系统的方框图。

图2是图1的系统中所采用的可变延迟电路的方框图。

图3是图1的系统中所采用的可变增益差分放大器的方框图。

图4是图1的系统中所采用的锁相环的方框图。

参看图1，信号接收系统10包括多个锁相环解调器，各锁相环解调器包括一混频器、一低通滤波器（LPF）和一压控振荡器（VCO）。该系统还包括多个可变延迟电路和可变增益差分放大器，各可变增益差分放大器如图示分别耦合到各锁相环解调器上，这在本说明书中的其他地方将进一步加以说明。

继续参看图1。假设输入信号Vi（t）包含许多不同强度的FM载波信号，这在本说明书的其他地方将更详细地予以说明。本发明的接收系统可连接到任何一般的超外差无线电接收机的前端，即射频（RF）天线、射频放大器、混频器和中频（IF）放大器上。在这类系统中，混频器将所收到的射频能变换成所收到的中频信号。一般说来，所收到的中频信号保持所收到的射频能的信号-干扰信号比以及所希望的信号和干扰信号的频率。因此，中频信号中保存了射频能的频率分量。

锁相环11（也叫做PLL）包含混频器102、低通滤波器103和压控振荡器104。混频器102的一个输入端耦合到输入信号Vi（t）上。混频器102的输出端耦合到低通滤波器103的输入端。低通滤波器103的输出端耦合到压控振荡器104的输入端，并产生从最起支配作用的调频信 号解调出来的信息信息m₁（t）。压控振荡器104的输出加到混频器102的另一输入端，并加到差分放大器106的输入端。

PLL₂、PLL₃……PLL_n的线路基本上与刚谈到的PLL的相同。

输入信号也加到可变延迟电路105的输入端上。延迟电路105和压控振荡器104的输出系加到可变增益差分放大器106的各输入端上。放大器106的输出包含输入信号Vi（t），其中支配作用最大的载波受到抑制。放大器106输出信号的最起支配作用的载波由PLL₂提供解调。应该指出的是，放大器106输出信号中最起支配作用的载波一般说来是输入信号Vi（t）的第二最起支配使用的载波。

鉴于PLL₃大体上与PLL₁和PLL₂相同，因而输入信号Vi（t）的第三个最起支配作用的载波的解调是由PLL₃进行的。PLL₃的输入端耦合到可变增益放大器116的输出端上。可变增益放大器116的一个输入端耦合到形成PLL₂一部分的压控振荡器（图中未示出）的输出端上。差分放大器116的另一输入端经由延迟电路115耦合到可变增益放大器106的输出端。可变增益放大器116的输出信号又是其中头两个最起支配作用的载波受到抑制的输入信号Vi（t）。

在输入信号Vi（t）的个别载波的强度所能容许的范围内，可以对Vi（t）的载波进行任何次数的个别解调，因为这类载波在本发明接收系统较后面的各级中个个都变得占支配地位。这样就按支配地位递降的次序回收了在对Vi（t）的所有载波进行调制的过程中所包含的信息。

可变延迟电路105也可以仅仅是一个可变相移电路，用以适当地调节来自接收系统10前一级的输出的相位，使其与压控振荡器104的输出端相关。为了精确和可预测地改变信号的相位，延迟电路105可采用运算放大器电路技术。因此可变延迟电路105可包含4个LM-318运算放大级，在这种场合下，各级具有从0至90度的连续可变的相位变化范围，如图2中所示。或者，延迟电路105也可以包含直接产生延迟的一些电 路或系统（例如可转换的电容滤波器）。

可变增益差分放大器106可以是任何适宜将具有与另一信号的一个分量有相同的振幅和频率的信号进行混合的电路。这类电路是众所周知的，它们可以包括如图3所示构成的LM-318运算放大器。

锁相环PLL₁、……PLL_n是一般的锁相环，每个包括诸如混频器、低通滤波器和用于产生参考或复制信号的参考电压控制振荡器之类的一些周知的组件。一般说来，PLL的所有组件都是集成为单个的半导体器件，例如希克内底斯分司制造的562号部件，这种部件可用于本发明中，如图4所示。

当压控振荡器跟随Vi（t）的频率变化时，由于截获效应的缘故，压控振荡器的输出是Vi（t）主分量的频率。

输入信号Vi（t）的关系式如下：

V_i（t）＝β₁cos[ω₁t+∫^t _om₁（a）da]

+β₂cos[（ω₁+ε₂）t+∫^t _om₂（a）da]

.

.

.

+β_ncos[（ω₁+ε_n）t+∫^t _om_n（a）da]

若s₁（t）＝B₁cos[ω₁t+∫^t _om（a）da]，是Vi（t）的最起支配地位的主信号分量，且，

j₂（t）＝β₂cos[（ω₁+ε₂）t+∫^t _om₂（a）da]

+β₃cos[（ω₁+ε₃）t+∫^t _om₃（a）da]

.

.

.

+β_ncos[（ω₁+ε_n）t+∫^t _om_n（a）da]，（Vi（t）的其余的依次占支配地位的信号分量），

＝s₂（t）+s₃（t）+…s_n（t）

则，V_i（t）＝s₁（t）+j₂（t）。

调制分量m₁……m_n是任选的。载波频率f₁、f₂、……f_n（其中f_K= (ω₁+ε_k)/(2π) 赫）一般系处在同一个频带中。若Vi（t）的所有其它的分量（即j₂（t）在振幅上没有超过载波信号S₁（t），则由于第一解调器的截获效应的缘故，PLL₁的输出X₁（t）等于m₁（t）。鉴于信息m₁（t）是从Vi（t）的主载波回收的，而且由于压控振荡器104是个调频器，其本身为m₁（t）所调制，因而图1的Y（t）是Vi（t）的主载波的复制品。

再参看图1。各延迟电路和各可变增益加法器调节成使在有关PLL的输入端处的以前占支配地位的信号达到最小。由于在后面各调频解调级的截获效应的缘故，因而无需完全抑制不希望有的信号分量，即无需使Z_k（t）等于J_k（t）。相反，只需要S_k（t）的电平只超过不希望有的各 信号分量的抑制的电平，即在Z_k（t）是个以S_k+1为主分量的信号的场合下无需使Z_k（t）等于J_k（t）。相反，为了从Vi（t）的任何分量回收信息，只需要使S_k+1（t）的电平仅仅超过J_k（t）的所有其它信号分量的电平，其中K为1，2，……n范围内的任何整数。

本发明也包括功率分配多路复用，因此许多信息（用户）可以同时使用同一个频带彼此分享发射机的功率。这个原理与其它周知和实施的诸如时分多路复用和频分多路复用之类的技术是一致的。

参看图1。Vi（t）的平均功率系在其各分量S₁（t）、S₂（t）、……S_N（t）之间分配的。此总平均功率的较大部分，是从S₁（t）起，因为S₁（t）是个主信号。同样，S_j（t）的平均功率超过S_j+1（t）的平均功率（其中j＝0，1，2，3，……N）。这样，总平均功率系分配给Vi（t）的不同分量或在该指定的调频频带中的不同信息之间多路复用，所有该指定的调频频带中的不同信息为各用户所使用。由于各用户都分配有功率电平，其结果就形成功率分配复用，在同样的意义上，给各用户分配频带的结果就形成了频分多路复用，给各用户分配时隙的结果就形成时分多路复用。

尽管这里是就本发明的一个最佳实施例具体展示和说明了本发明的内容，但本技术领域的专业人员不难理解，在不脱离本发明的精神实质或超出本说明书所附权利要求及范围的前提下，是可以就形式和细节方面进行改变的。特别是，举例说，本发明可用于调相载波和调频载波。

Claims (13)

1、一种用于接收包含有多个经调制的载波信号的输入信号的信号接收系统，其特征在于，所述系统包括：

供接收所述输入信号用的第一解调器装置，用以产生代表所述输入信号中最起支配作用的主载波信号的经解调的信息的信号，并用以产生所述主载波信号的复制信号；

延迟装置，耦合至解调器装置用以接收输入信号，且用以产生一第一信号，该第一信号与所述输入信号完全相同，只是所述第一信号被有选择地相对于所述输入信号延迟；

输出装置，耦合到所述延迟装置和解调器装置，用以接收由所述延迟装置产生的所述第一信号和由所述解调器装置所产生的所述复制信号，并将该两信号混合起来，而且还用以产生代表最起支配作用的主载波已被抑制的输入信号的输出信号；和

第二解调器装置，耦合到所述输出装置上，用以接收由其所产生的输出信号，用以产生代表所述输入信号的第二最起支配作用的载波的经解调信息的信号，并用以产生所述第二最起支配作用的载波信号的复制信号。

2、如权利要求1所述的信号接收系统，其特征在于，该系统还包括：

多个解调器装置，每个用以产生代表所述输入信号中顺次的下一个起支配作用的载波信号的经解调信息的信号，并用以产生所述顺次下一个起支配作用载波信号的复制信号;

多个输出装置;和

多个延迟装置，它们各具有一输入端，分别耦合到其中一个所述输出装置的输出端上，用以产生与从其所接收到信号完全相同但有选择地相对于所述接收到的信号延迟的第一信号;

每个所述的多个输出装置系耦合到其中一个所述的解调器装置和其中一个所述延迟装置上，用以接收由它们所产生的所述第一信号和所述复制信号，并将该两信号混合起来，并用以产生多个输出信号，每个所述输出信号抑制了所述输入信号的顺次下一个起支配作用的载波信号。

3、根据权利要求1的信号接收系统，其特征在于，

所述第一解调装置包括用以接收所述输入信号的第一锁相环装置，所述第一锁相环装置用以产生表示所述输入信号的最起支配作用的主载波信号的解调信息以及产生所述最起支配作用的主载波信号的第一复制信号;

与用以接收所述输入信号的所述第一锁相环装置相耦合的延迟装置，所述延迟装置用以产生与所述输入信号相同的延迟信号，所述延迟信号是有选择地相对于所述输入信号延迟的;

与所述延迟装置和所述第一锁相环装置相耦合、用以接收和组合由所述延迟装置所产生的延迟信号和由所述第一锁相环装置所产生的所述第一复制信号，所述输出装置用以产生表示最起支配作用的主载波已被抑制的输入信号的输出信号;以及

所述第二解调器装置包括与所述输出装置相耦合的第二锁相环装置，用以接收由所述输出装置所产生的所述输出信号，以及用以产生表示所述输入信号的第二最起支配作用的载波信号的解调信息的第二信号，和产生所述第二最起支配作用的载波信号的第二复制信号。

4、如权利要求3所述的信号接收系统，其特征在于，所述第一锁相环装置包括：

混频器装置，具有第一和第二输入端口，所述输入信号耦合到所述第一输入端口上，所述第一复制信号则耦合到所述第二输入端口上，所述混频器装置将所述输入信号与所述复制信号混合起来，以产生代表所述输入信号与所述第一复制信号的和与差的信号;

低通滤波器装置，耦合到所述混频器装置上，用以接收由所述混频器装置所产生的所述信号，并对该信号进行滤波，以产生代表所述最起支配作用的主载波信号的所述经解调信息的所述第一信号;和

振荡器装置，耦合到所述低通滤波器装置上，以产生其频率基本上与所述最起支配作用的主载波信号的频率相同的信号，所述振荡器装置响应所述第一信号以调制上述信号，用以产生所述最起支配作用的主载波信号的所述第一复制信号。

5、如权利要求4所述的信号接收系统，其特征在于，所述振荡器装置包括一压控振荡器。

6、如权利要求4所述的信号接收系统，其特征在于，所述第二锁相环装置包括基本上与所述第一锁相环装置完全相同的组件，所述第二锁相环装置被调节成锁定在所述第二最起支配作用的载波信号的频率上。

7、如权利要求3所述的信号接收系统，其特征在于，所述延迟装置包括多个放大器级，每个所述放大器级在某预定范围内提供可选择的连续可变的相位变化。

8、如权利要求4所述的信号接收系统，其特征在于，所述输出装置包括一可变增益差分放大器，该放大器的第一输入端口耦合到上述延迟装置上，用以接收所述延迟信号，其第二输入端口则耦合到所述第一锁相环装置上，用以接收所述第一复制信号，所述差分放大器将所述延迟信号与所述第一复制信号混合起来，以产生所述输出信号，所述输出信号代表所述最起支配作用的主载波信号已被抑制的输入信号。

9、如权利要求2或3所述的信号接收系统，其特征在于，该系统还包括：

多个顺次的锁相环装置，每个所述顺次的锁相环装置系调谐到所述输入信号的顺次下一个起支配作用的载波信号的频率上，每个所述顺次的锁相环装置用以产生代表在所述输入信号中顺次的下一个最起支配作用的载波信号的经解调的信息的信号，并用以产生所述顺次下一个起支配作用的载波信号的复制信号;

多个顺次的输出装置，每个所述顺次的输出装置的第一输入端耦合到紧前一个锁相环装置上，其输出端口则耦合到下一个顺次的锁相环装置上，每个所述输出装置用以产生所述顺次的下一个起支配作用的载波信号已被抑制的输出信号;

多个顺次的延迟装置，每个所述顺次的延迟装置耦合在紧接的前一个输出装置的所述输出端口与顺次下一个输出装置的第二输入端口之间，所述延迟装置用以接收由紧接的前一个输出装置所产生的所述输出信号，并产生与所述输出信号完全相同但有选择地相对于所述输出信号延迟的延迟信号，所述延迟信号耦合到所述顺次下一个输出装置的所述第二输入端口上。

10、如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一复制信号由下列关系式给出：

S₁（t）＝B₁cos〔（ω₁+ε₁+ε_k）t+∫^t _omk（a）da〕

11、如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一信号由下列关系式给出：

m₁（t）＝∫^t _om₁（a）da

12、一种用于接收包含多个调制载波信号的输入信号的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

产生一个代表所述输入信号的最起支配作用的主载波信号的经解调的信息的复制信号;

产生最起支配作用的主载波信号的复制信号;

产生与所述输入信号完全相同只是有选择地相对于所述输入信号延迟的第一信号;

将所述复制信号与所述第一信号混合起来，以产生代表最起支配作用的主载波已被抑制的输入信号的输出信号;和

产生代表所述输入信号的第二最起支配作用的载波信号的经解调的信息的信号。

13、如权利要求12所述的方法，其特征在于，该方法还包括下列步骤：

产生多个代表所述输入信号中顺次下一个起支配作用的载波信号的经解调的信息的信号;

产生多个顺次下一个起支配作用的载波信号的复制信号;

产生多个与其紧前一个起支配作用的信号已被抑制的所述输入信号完全相同的第一信号，所述第一信号相对于所述输入信号有选择地延迟;和

将所述多个复制信号与第一信号混合起来以产生多个输出信号，每个所述输出信号抑制了所述输入信号的顺次下一个起支配作用的载波信号。

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