[发明专利]用于具有阈值扩展的FM调制的设备和方法

说明书

本公开针对具有扩展的阈值破坏点的FM解调器。FM解调器结合频率压缩环路使用反正弦解调器以产生经解调的输出信号。FM解调器包括使用系数α来确定滤波器如何表现的三个滤波器。FM解调器使FM信号的信噪比的阈值破坏点扩展超过传统水平，允许FM解调器在距广播天线远距离处进行工作。

背景

技术领域

本公开针对FM调制，并且具体地，针对使用反正弦解调器的具有扩展阈值的FM解调。

背景技术

频率调制(FM)是对信息进行编码的常见方法。调频信号通常可以通过下式来表示

其中A_c是幅度，为ω_c是以弧度为单位的载波频率，并且是信息信号。该信息信号可以写为

其中m(t)是调制信号，并且k_f是恒定的并且等于在m(t)＝1时的峰值频率偏差f_d。调制指数β可以写为

FM解调，特别是诸如在车辆中的那些移动FM无线电装置中的常见问题是信号强度可能随着汽车移动而显著变化，产生刺耳的声音。具体地，当FM接收器距离广播天线过远时，信号强度可能显著降低，使得传统FM解调器难以工作或无法起作用。当FM信号被从表面反射出去时，另一问题发生。当这发生时，FM接收器将同时接收两个信号，一个直接来自广播天线并且另一个是被附近表面，诸如建筑物，反射出去的。由于行进了额外的距离，反射信号可能与直接信号反相，导致了破坏性的干扰。该破坏性干扰降低了在FM解调器处接收到的信号的强度。具体地，与这些情况相关联的一个问题是FM阈值效应，其可以在噪声的幅度相当于或高于FM信号本身的幅度时出现。当这发生时，信号的解调迅速发生故障。

可以在图1中看到阈值效应，其中，信噪比(S/N或SNR)对于高水平的载波与噪声比(ρ)通常是线性的，但是在特定阈值点处，信噪比具有突然的下滑。在该阈值点的左侧，FM解调器迅速劣化。

高于阈值区域的FM系统的输出信噪比通过下式给出

SNR_out＝3β²(β+1)p。

然而，当包括阈值破坏区域时，输出信噪比是

载波与噪声比ρ由下式给出

其中B_IF是接收器中的IF滤波器的带宽，并且N₀/2是白噪声的双边功率频谱密度。

如图2所示，当FM阈值效应发生时，信号的相角θ(t)可能在短时间段中突然增加或减少2π的弧度。这在具有2π区域的信号中产生脉冲，并且产生用户能够听到的“咔哒”噪声。咔哒噪声通常指示已经达到FM阈值，并且噪声大于信号。

需要一种将阈值扩展为超过当前水平的FM解调器。

发明内容

本公开的一个实施例针对具有扩展的阈值破坏点的FM解调器。FM解调器结合反馈环路使用反正弦调节器，该反馈环路具有误差电路，用于产生输出信号，对于较宽范围的载波与噪声比，该输出信号在信噪比和载波与噪声比之间具有线性关系。FM解调器还包括三个滤波器，该三个滤波器基于系数α来对信号进行滤波。根据一个实施例，系数α可以基于FM信号的信号强度、频率偏差和失真水平来被自动调整。

根据另一实施例，第一混合器接收FM信号和来自误差电路的信号，并且产生到第一滤波器的误差差分信号。然后，第一滤波器产生对反正弦解调器的信号，该反正弦解调器解调该信号。反正弦解调器提供对第二滤波器的信号，第二滤波器提供对误差电路和对第三滤波器的信号。第三滤波器产生FM解调器的输出信号。