用于频移键控信号的使用戈泽尔算法的解调器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于频移键控的信号的、按照一般递归计算规则使用戈泽尔算法的解调器，其中，fs为采样频率，fg为寻找频率。为了降低在供给功率有限的装置中的计算花费而建议，采样频率fs为寻找的离散频谱分量的频率fg的整数多倍。
【专利说明】用于频移键控信号的使用戈泽尔算法的解调器
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于频移键控的信号的、使用戈泽尔算法的解调器。【背景技术】
[0002]频移键控(英文为Frequency Shift Keying,缩写为FSK)是用来传输对干扰不敏感的数字信号的调制技术。在频移键控中在一组不同频率之间的周期正弦振荡的载波频率被改变，这些频率代表各单个的发送标记。
[0003]发送标记在调制中被分配给确定的发送频率，在解调时识别确定的频率并且输出相应的标记以继续进行数据处理。频移键控的主要参数是整数个数的可供使用的发送频率。
[0004]在最简单的形式中，只有两个不同的标记:所谓的二进制FSK，其经由两个不同的标记频率fl和f2传输。在这种情况中，比特率等于标记率。这种形式优选被用来在测量和调节技术中按照HART协议传输数据。
[0005]参考http://de.wikipedia.0rg/wiki/Goertzel-Algorithmus。戈泽尔算法是一种包括数字信号处理的方法并且作为离散傅立叶变换(DFT)的一种特殊形式。与不同的快速计算方法相比，在总是在一个程序段中计算所有的离散频谱分量的离散傅立叶变换(FFT)中，能够利用戈泽尔算法只计算单个的离散频率份额。
[0006]该算法是基于一种包括数字滤波器的结构，该滤波器被扩展了状态控制。这些状态把计算划分为向后分支(在其中，在时域中采样的输入值被加载)和向前分支(其提供输出信号)。向后回路在每个数字采样值时都被经过并且构造为递归的数字滤波器，该数字滤波器包括两个状态存储器和一个累加器。向前分支只有在N个采样值之后才被一次经过并且从状态存储器提供计算好的复数的输出值、按照绝对值和相位的频谱分量。采样值的数量N可以取值任意的正整数。
[0007]已知的是，随着采样值的数量N增大，离散频率分量的识别的品质随同提高。
[0008]对于每次频谱分量计算，在FSK中，标记频率fl和f2在戈泽尔算法中需要4N次加法和4N次乘法。在FSK解调中使用戈泽尔算法原则上由US5，818，296A是已知的。在文献“The GoertzelAlgorithm”，http://eetimes.com/design/embedded/4024443/The-Goertzel-Algorithm中描述了戈泽尔算法的实施。
[0009]此外由德州仪器公司的应用报告“Modified Goetzel Algorithm in DTMFDetection Using the TMS320C80”、1996，Digital Signal Processing Solutions 中已知技术实施。该技术实施涉及拨号语音的识别及其在通讯业务中多频率语音拨号方法的组合。在此，在697Hz与1477Hz之间的可变语音拨号频率用固定的8kHz的采样率进行采样。
[0010]戈泽尔算法原则上也适合用于FSK信号的解调，如其在自动化技术中用来在中央设备与周边设备之间通信的那样。但是它与总是还很高的计算花费相抵触，其时间需求和功率需求特别是在能实时的周边设备中不可满足，这些周边设备由由于爆炸保护原因而功率受限制的导体回线馈电。这种设备对于其整个运行最大有96mW可供使用。它至少包括、但不限制于包括用于通信、用于按照相应自动化技术任务处理信号、用于信号转换、用于测量值检测或者设定值输出的装置以及诊断装置。
【发明内容】
[0011]因此本发明的目的在于，提供一种用于频移键控的信号的、使用戈泽尔算法的解调器，其需要的计算花费允许在供给功率受限制的设备中实施。
[0012]按照本发明，该目的通过权利要求1的装置实现。此外，该目的按照方法通过权利要求的步骤实现。本发明的有利的扩展方案分别在从属权利要求中给出。
[0013]本发明从本身已知的戈泽尔算法出发，按照一般的递归计算规则:
[0014]M=s [n] 2+s [n_l] 2+s [n] *s [n_l] *cre
[0015]其中，s[η]=x[n]+cre*s[n_l]-s[n_2]
[0016]M为寻找的离散频谱分量的幅值，
[0017]X [η]为输入信号的采样值，
[0018]s [η]为状态信号， [0019]cre为状态信号s[n_l]的反馈系数。
[0020]按照本身已知的戈泽尔算法的数字滤波器的向后分支包括第一反馈级和第二反馈级。在第一反馈级中第一状态存储器的状态通过反馈系数Cre反馈到输入信号x[n]。
[0021]该反馈系数Cm通过下面的方程式描述:
/
[0022]Cre =2*cos(2*π* —)，其中，
fS
[0023]fs为采样频率，fg为寻找的频率、标记频率。
[0024]按照本发明，采样频率为寻找的离散频谱分量的频率的整数多倍。
[0025]优选采样频率fs与寻找的离散频谱分量的频率的比例正好等于数值3、4和6之
O
[0026]特别是，在采样频率fs与寻找的离散频谱分量的相应频率fg的任意比例fs/fg^ [3, 4, 6]时，系数取值实数范围中的数值。用来由第一状态存储器计算反馈参数的计算技术的实施是乘法和加法的多重结果。特别是，乘法强迫比较高的计算技术花费。
[0027]在采样频率fs与寻找的离散频谱分量的相应频率fg的比例fs/fg=3时，反馈系数Cre=-10因此，第一状态存储器的状态以负符号反馈。参数符号相反的计算技术实施是位操作，该位操作在一个计算步骤中执行。
[0028]在采样频率fs与寻找的离散频谱分量的相应频率fg的比例fs/fg=4时，反馈系数cM=0。因此，第一状态存储器的状态没被反馈。借此所有用来由第一状态存储器计算反馈参数的计算步骤无替代地取消。
[0029]在采样频率fs与寻找的离散频谱分量的相应频率fg的比例fs/fg=6时，反馈系数Cre=10因此，第一状态存储器的状态符号为正地、亦即无改变地反馈。
[0030]本发明的结果是，戈泽尔算法在按照本发明的采样频率4与寻找的离散频谱分量的相应频率fg的比例情况下能够通过减小的计算步骤数量、特别是耗费的乘法的数量来实施。减小的计算技术花费能够实现用较低的功率来计算寻找的离散频谱分量的相应幅值。因此有利地，戈泽尔算法也可在供给功率有限的装置中实施。与此相关的细节在实施例中
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【附图说明】
[0031]以下借助实施例进一步阐述本发明。对此所需的附图示出:
[0032]图1示出戈泽尔算法的框图；
[0033]图2示出按戈泽尔算法一般形式的数学运算的顺序的视图；
[0034]图3示出按戈泽尔算法第一实施形式的数学运算的顺序的视图；
[0035]图4示出按戈泽尔算法第二实施形式的数学运算的顺序的视图；
[0036]图5示出按戈泽尔算法第三实施形式的数学运算的顺序的视图；
[0037]图6示出按本发明的解调器实施用来识别载波的原理视图。
【具体实施方式】
[0038]图1示出按照戈泽尔算法一般形式的数字滤波器的框图。该滤波器包括向后分支，该向后分支被每个数字采样值x[n]经过并且包括两个相继的状态存储器2_1和2_2。状态存储器τχ和Ζ_2的输出信号s[n-l]和s[n-2]各自按照相应数字采样值χ[η]加权地被反馈，形成标记值s [η]。在此，第一状态存储器Ζ—1的输出信号s[n-l]用反馈系数&加权和第二状态存储器Z—2的输出信号s [n-2]用系数-1加权。该反馈系数k通过下面的方程式描述:
[0039]
【权利要求】
1.用于频移键控的信号的、按照一般递归计算规则使用戈泽尔算法的解调器，一般递归计算规则为:
M=s [n] 2+s [n-l]2+s [n] *s [n-1] *cre
其中，s [η] =x [n] +cre*s [n-1] _s [n-2]， M为寻找的离散频谱分量的幅值， X[n]为输入信号的采样值， s [n]为状态信号，
为状态信号s[n-l]的反馈系数，
其中，Cre=2*cos(2*π*fx/fx)，fs为采样频率，fg为寻找频率，
其特征在于:采样频率fs为寻找的离散频谱分量的频率fg的整数多倍。
2.按照权利要求1所述的解调器，其特征在于，采样频率fs与寻找的离散频谱分量的频率fg的比例正好为3。
3.按照权利要求1所述的解调器，其特征在于，采样频率fs与寻找的离散频谱分量的频率fg的比例正好为4。
4.按照权利要求1所述的解调器，其特征在于，采样频率fs与寻找的离散频谱分量的频率fg的比例正好为6。
【文档编号】H04L27/14GK103929389SQ201410011111
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2013年1月10日
【发明者】S·波克 申请人:Abb技术股份公司