正交幅度調製信號的產生方法、裝置和數位訊號發生器的製作方法
2023-10-09 01:06:09
專利名稱：正交幅度調製信號的產生方法、裝置和數位訊號發生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及信號發生領域，尤其是涉及一種正交幅度調製信號的產生方法、裝置和數位訊號發生器。
背景技術：
正交幅度調製(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)是一種振幅和相位相結合的高階調製方式，其具有較高的頻帶利用率和較好的功率利用率。所謂正交幅度調製，就是用兩個獨立的基帶波形對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調製，從而利用這種已調信號在同一帶寬內頻譜的正交性來實現兩路並行的數字信息傳輸。目前的正交幅度調製有模擬和數字兩種實現方式。模擬實現方式由於模擬器件的一致性和穩定性都不夠理想，因此大大影響了系統的性能，而隨著數位技術的飛速發展，通過數字方式來實現正交幅度調製由於具有較好的集成度而得到了廣泛的應用。如圖1所示為現有技術中一種用現場可編程技術實現全數字16QAM調製器的結構圖，該調製器包括了時鐘單元101、信號源102、數據分離器103、數據選擇器104、數控器及查找表單元105和106、疊加單元107、D/A轉換器108。時鐘單元101採用晶振作為基準時鐘，對晶振提供的時鐘分頻後提供給包括信號源102在內的其他模塊。信號源102由偽隨機序列產生，採用最長線性反饋m序列作為信號源。數據分離器103根據16QAM調製原理，將信號源102所產生的m序列分離成2路基帶信號:1路和Q路，並作極性變換，將信號源102提供的歸零碼轉換為非歸零碼。數據選擇器104用來實現輸入數據和輸出波形的對應關係。數控器及查找表單元105、106包括一個16進位的計數器和8個正弦表或餘弦表，
1、Q兩路信號通過數據選擇器在8個正弦表或餘弦表中分別選擇輸出。疊加單元107用來將I路和Q路信號相加合成16QAM調製信號。D/A轉換器108採用專用集成電路晶片，將疊加後的數位訊號轉換為模擬信號輸出。上述16QAM調製器對兩路正交的四電平振幅鍵控信號疊加形成16QAM調製信號實現起來比較簡單，但是如果是數位訊號發生器中採用上述調製器來產生QAM調製信號，則會存在如下缺陷:(I)上述16QAM調製器僅採用固定階數的偽隨機序列作為調製源，無法滿足現代數位訊號發生器中調製源類型靈活可調的要求。(2)為了產生16QAM調製信號，數控器及查找表單元內置的正弦餘弦表達到了 8個，需要佔用很大的存儲空間，而如果要產生64QAM、256QAM則需要的存儲空間會更多。(3)上述16QAM調製器將多個正弦餘弦表固定的放在數控器及查找表單元內，因此擴展性很差，不能靈活地修改調製類型，比如修改為8QAM、16QAM、64QAM、256QAM、QPSK
坐寸ο
發明內容
本發明實施例提供了一種正交幅度調製信號的產生方法、裝置和數位訊號發生器，用於實現調製源靈活可調、調製類型靈活修改以及減少存儲空間的佔用。—方面，本發明實施例提供了一種正交幅度調製信號的產生方法，該方法包括:根據用戶的調製源選擇指示從模擬源、用戶自定義數據文件或偽隨機序列中選擇一項作為待調製的I路、Q路數據；根據用戶設置的載波頻率產生兩路正交載波；將所述I路、Q路數據分別和所述兩路正交載波相乘；將兩路乘積相加以得到數位化的QAM已調信號；將所述QAM已調信號轉換為模擬信號後輸出。優選地，本發明實施例中當用戶指示以用戶自定義數據文件為調製源時，還包括:根據用戶設置的基帶速率產生工作使能信號；根據所述工作使能信號從調製文件存儲器中讀取用戶自定義數據文件作為待調製的I路、Q路數據。優選地，本發明實施例還包括:將用戶自定義數據文件寫入至非易失性存儲器；根據用戶設置的調製參數將所述用戶自定義數據文件轉換調製文件格式；將轉換格式後的用戶自定義數據文件寫入至調製文件存儲器。優選地，本發明實施例中當用戶指示以偽隨機序列為調製源時，還包括:根據用戶設置的基帶速率產生工作使能信號；根據所述使能信號以及用戶設置的調製類型輸出待調製的I路、Q路數據。優選地，本發明實施例中當用戶指示以模擬源為調製源時，還包括:將待調製的兩路模擬量轉換為數字量的待調製的I路、Q路數據。另一方面，本發明實施例還提供了一種正交幅度調製信號的產生裝置，包括:QAM調製控制單元、數字控制振蕩器、第一乘法器、第二乘法器、加法器和輸出單元，其中所述QAM調製控制單元還包括控制模塊和調製源選擇模塊，所述控制模塊用於接收用戶的調製源選擇指示以控制所述調製源選擇模塊從模擬源、用戶自定義數據文件或偽隨機序列中選擇一項作為待調製的I路、Q路數據，以及根據用戶設置的載波頻率控制所述數字控制振蕩器產生兩路正交載波；所述第一乘法器用於將I路數據和一路正交載波相乘；所述第二乘法器用於將Q路數據和另一路正交載波相乘；所述加法器用於將所述第一乘法器和所述第二乘法器的結果相加以得到數位化的QAM已調信號；所述輸出單元用於將所述QAM已調信號轉換為模擬信號後輸出。優選地，本發明實施例中QAM調製控制單元還包括:基帶速率控制模塊，用於根據用戶設置的基帶速率在所述控制模塊的控制下產生工作使能信號；調製文件存儲器，用於存儲用戶自定義數據文件；存儲控制器，用於根據所述工作使能信號以及所述控制模塊的控制從所述調製文件存儲器讀取所述自定義數據文件，並發送給所述調製源選擇模塊。優選地，本發明實施例還包括:中央處理器單元和非易失性存儲器，所述中央處理器單元用於將將用戶自定義數據文件寫入至所述非易失性存儲器，以及根據用戶設置的調製參數將所述用戶自定義數據文件轉換調製文件格式，以及將轉換格式後的用戶自定義數據文件寫入至所述調製文件存儲器。優選地，本發明實施例中QAM調製控制單元還包括:偽隨機序列產生模塊，用於根據基帶速率控制模塊產生的使能信號以及用戶設置的調製類型輸出待調製的I路、Q路數據給所述調製源選擇模塊。優選地，本發明實施例中QAM調製控制單元還包括:模數轉換模塊，用於將待調製的兩路模擬量轉換為數字量的待調製的I路、Q路數據，並發送給所述調製源選擇模塊。另一方面，本發明實施例還包括一種數位訊號發生器，包括如上所述的正交幅度調製信號的產生裝置。本發明實施例可設置QAM調製的各項參數，包括調製類型、調製源、載波速率、基帶速率，具有良好的靈活性和可擴展性；另外本發明實施例不需要存儲過多的正弦餘弦表，易於實現，減少對存儲空間的佔用。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例提供的一種正交幅度調製信號的產生裝置的結構示意圖；圖2為本發明實施例提供的另一種正交幅度調製信號的產生裝置的結構示意圖；圖3為本發明實施例提供的一種QAM調製控制單元的結構示意圖；圖4為本發明實施例提供的一種正交幅度調製信號的產生方法流程示意圖；圖5為本發明實施例提供的一種數位訊號發生器的結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。如圖1所示為本發明實施例提供的一種正交幅度調製信號的產生裝置的結構示意圖，該裝置包括:QAM調製控制單元110、數字控制振蕩器120、第一乘法器130、第二乘法器140、加法器150和輸出單元160，其中QAM調製控制單元110還包括控制模塊111和調製源選擇模塊112。其中QAM調製控制單元110分別和數字控制振蕩器120、第一乘法器130及第二乘法器140相連，數字控制振蕩器120分別和第一乘法器130及第二乘法器140相連，加法器150則分別和第一乘法器130、第二乘法器140及輸出單元160相連。在本實施例中QAM調製控制單元110用於根據用戶指示準備調製源、設置調製參數以及輸出載波頻率，具體來說:控制模塊111用於接收用戶的調製源選擇指示以控制調製源選擇模塊112從模擬源、用戶自定義數據文件或偽隨機序列中選擇一項作為待調製的I路、Q路數據，這裡的I路數據和Q路數據都為數位訊號，其中I路數據發送給第一乘法器130、而Q路數據則發送給第二乘法器140。另外控制模塊111還用於根據用戶設置的載波頻率控制數字控制振蕩器120產生兩路正交載波，即控制模塊111可以將用戶設置的載波頻率發送給數字控制振蕩器120，由數字控制振蕩器120產生兩路正交載波，比如一路餘弦波信號和一路正弦波信號。第一乘法器130用於將I路數據和一路正交載波相乘，比如將I路數據和一路餘弦波信號相乘。第二乘法器140用於將Q路數據和另一路正交載波相乘，比如將Q路數據和一路正弦波信號相乘。當然，本發明實施例並不限定上述相乘關係，只需滿足將I路、Q路數據分別和兩路正交載波相乘即可。加法器150用於將第一乘法器130和第二乘法器140的結果相加以得到數位化的QAM已調信號。輸出單兀160用於將加法器150得到的QAM已調信號轉換為模擬信號後輸出。作為本發明的一個實施例，輸出單元還可以包括一處理模塊，其再將QAM已調信號轉換為模擬信號後，對模擬信號進行一系列處理後再輸出，比如濾波、衰減、放大處理等。本發明實施例可設置QAM調製的各項參數，包括調製類型、調製源、載波速率、基帶速率，具有良好的靈活性和可擴展性；另外本發明實施例不需要存儲過多的正弦餘弦表，易於實現，減少對存儲空間的佔用。如圖2是本發明實施例提供的另一種正交幅度調製信號的產生裝置的結構示意圖，如圖3所示為本發明實施例提供的一種QAM調製控制單元的結構示意圖。由圖2可見，該正交幅度調製信號的產生裝置包括:QAM調製控制單元210、數字控制振蕩器220、第一乘法器230、第二乘法器240、加法器250、輸出單元260、中央處理器單元270、非易失性存儲器280、人機界面和用戶接口 290和時鐘單元300。QAM調製控制單元210、數字控制振蕩器220、第一乘法器230、第二乘法器240、加法器250和輸出單元260之間的連接關係與圖1對應實施例中相同，不再贅述。在本實施例中，中央處理器單元270分別和非易失性存儲器280、人機界面和用戶接口 290以及QAM調製控制單元210相連。由圖3可見，在本實施例中QAM調製控制單元210具體可以包括:控制模塊211、調製源選擇模塊212、基帶速率控制模塊213、調製文件存儲器214、存儲控制器215、偽隨機序列產生模塊216和模數轉換模塊217。其中控制模塊211分別和調製源選擇模塊212、基帶速率控制模塊213存儲控制器215以及偽隨機序列產生模塊216相連，調製源選擇模塊212分別和存儲控制器215、偽隨機序列產生模塊216及模數轉換模塊217相連，基帶速率控制模塊213還分別和存儲控制器215及偽隨機序列產生模塊216相連，調製文件存儲器214則和存儲控制器215相連。下面結合圖2及圖3對本發明實施例進行進一步的說明:在本實施例中，控制模塊211可以根據上層接口發送的系統要求來控制調製源選擇模塊212、基帶速率控制模塊213、存儲控制器215以及偽隨機序列產生模塊216進行相應的操作。在本實施例中上層接口即為和中央處理器單元270之間的接口。用戶可以通過人機界面和用戶接口 290對中央處理器下發各種配置及系統要求，然後再由中央處理器單元270下發給控制模塊211。調製源選擇模塊212可以從模擬源、用戶自定義數據文件或者偽隨機序列中選擇一項作為待調製的I路、Q路數據輸出。具體選擇哪種調製源輸出，是根據控制單元211的選擇控制信號來決定的。基帶速率控制模塊213可以根據控制模塊211所設置的基帶速率，來產生一個工作使能信號，將該工作使能信號分別作為存儲控制器215以及偽隨機序列產生模塊216的工作使能信號，以此來實現基帶速率的設置。比如，基帶速率控制模塊213可以採用直接數字式頻率合成技術(Direct Digital Synthesizer, DDS)來產生工作使能信號。需要指出的是，在本實施例中當調製源是模擬源時，其基帶速率取決於模擬量本身，其基帶速率並不受控制模塊211的控制。調製文件存儲器214和存儲控制器215用於實現用戶自定義數據文件的存儲和讀取。當開始QAM調製前，控制模塊211可以將上層接口發來的用戶自定義數據文件通過存儲控制器215寫入到調製文件存儲器214之中；當開始調製後，存儲控制器215可以根據工作使能信號以及控制模塊211的命令將用戶自定義數據文件從調製文件存儲器214中讀取到調製源選擇模塊212中。偽隨機序列產生模塊216用於根據基帶速率控制模塊產生的使能信號以及用戶設置的調製類型輸出待調製的I路、Q路數據給調製源選擇模塊212。在本實施例中控制模塊211可以決定偽隨機序列產生模塊216輸出數據的調製類型，比如16QAM、64QAM、16PSK等。調製類型不同，偽隨機序列產生模塊216輸出數據的序列格式也隨之不同，比如:調製類型為16QAM時，偽隨機序列產生模塊216是將偽隨機序列的前2比特作為I數據，後2比特作為Q數據，以此循環；而當調製類型為64QAM時，偽隨機序列產生模塊216是將偽隨機序列的前3比特作為I數據，後3比特作為Q數據，以此循環。模數轉換模塊217用於將待調製的兩路模擬量轉換為數字量的待調製的I路、Q路數據，並發送給調製源選擇模塊212。在本實施例中，模數轉換模塊217可以使用兩塊模數轉換器件，也可以使用具有多通道輸出的模數轉換器件。在本實施例中，中央處理器單元270具體用於:通過人機界面和用戶接口 290接受用戶控制；設置QAM調製的各個參數，比如載波頻率、基帶速率、調製類型、調製源選擇等；將用戶自定義數據文件寫入至所述非易失性存儲器280 ;根據用戶設置的調製參數將用戶自定義數據文件轉換調製文件格式，以及將轉換格式後的用戶自定義數據文件從非易失性存儲器280中讀出並寫入至調製文件存儲器214。需要指出的是，在本實施例中，在QAM調製控制單元210內，除了模數轉換模塊217為模擬器件外，其它各個模塊都為數字器件，可以全部集成到一塊現場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)晶片裡，另外數字控制振蕩器220、第一乘法器230、第二乘法器240和加法器250同樣也可以集成至一塊FPGA晶片中。另外，調製文件存儲器214可以用FPGA晶片中內嵌的存儲器來實現，當然，也可以用外掛的存儲器來實現，比如目前主流的動態隨機存取存儲器(Dynamic Random Access Memory, DRAM)、靜態隨機存取存儲器(Static Random Access Memory, SRAM)、快閃記憶體(Flash)存儲器等。本發明實施例可設置QAM調製的各項參數，包括調製類型、調製源、載波速率、基帶速率，具有良好的靈活性和可擴展性；另外本發明實施例不需要存儲過多的正弦餘弦表，易於實現，減少對存儲空間的佔用；最後本發明實施例還可以利用FPGA晶片的可編程性予以實現，其集成度高，可靠性好。如圖4所示為本發明實施例提供的一種正交幅度調製信號的產生方法流程示意圖，包括如下步驟:S401:根據用戶的調製源選擇指示從模擬源、用戶自定義數據文件或偽隨機序列中選擇一項作為待調製的I路、Q路數據。
作為本發明的一個實施例，用戶自定義數據文件可以存儲在調製文件存儲器中，更進一步的說，存儲在調製文件存儲器中的用戶自定義數據文件是通過如下方式獲得的:用戶通過中央處理器將用戶自定義數據文件寫入至非易失性存儲器；然後中央處理器根據用戶設置的調製參數將所述用戶自定義數據文件轉換調製文件格式；最後中央處理器將轉換格式後的用戶自定義數據文件寫入至調製文件存儲器。這樣，當開始調製後，如果用戶選擇自定義數據文件作為調製源，則基帶速率控制模塊可以根據用戶設置的基帶速率產生工作使能信號，與調製文件存儲器對應的存儲控制器則可以根據該工作使能信號從調製文件存儲器中讀取用戶自定義數據文件作為待調製的I路、Q路數據。作為本發明的另一個實施例，當用戶指示以偽隨機序列為調製源時，基帶速率控制模塊也可以根據用戶設置的基帶速率產生工作使能信號，然後偽隨機序列產生模塊則可以根據該工作使能信號以及用戶設置的調製類型輸出待調製的I路、Q路數據。作為本發明的另一個實施例，當用戶指示以模擬源為調製源時，模數轉換模塊可以將待調製的兩路模擬量轉換為數字量的待調製的I路、Q路數據。S402:根據用戶設置的載波頻率產生兩路正交載波，比如一路餘弦波信號和一路正弦波信號。S403:將I路、Q路數據分別和兩路正交載波相乘。比如可以將I路數據和一路正交載波相乘，而將Q路數據和另一路正交載波相乘。S404:將兩路乘積相加以得到數位化的QAM已調信號。S405:將QAM已調信號轉換為模擬信號後輸出。作為本發明的一個實施例，S405之後還可以包括一處理步驟，其對模擬信號進行一系列處理後再輸出，比如濾波、衰減、放大處理等。本發明實施例可設置QAM調製的各項參數，包括調製類型、調製源、載波速率、基帶速率，具有良好的靈活性和可擴展性；另外本發明實施例不需要存儲過多的正弦餘弦表，易於實現，減少對存儲空間的佔用。如圖5所示為本發明實施例提供的一種數位訊號發生器的結構示意圖，該數位訊號發生器500包括QAM調製信號產生裝置501，該QAM調製信號產生裝置501可以如圖1至圖3對應實施例中所描述的產生裝置，在此不再贅述。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分流程，可以通過電腦程式來指令相關的硬體來完成，所述的程序可存儲於一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質可為磁碟、光碟、只讀存儲記憶體(Read-Only Memory, ROM)或隨機存儲記憶體(Random AccessMemory, RAM)等。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種正交幅度調製信號的產生方法，其特徵在於，所述方法包括: 根據用戶的調製源選擇指示從模擬源、用戶自定義數據文件或偽隨機序列中選擇一項作為待調製的I路、Q路數據； 根據用戶設置的載波頻率產生兩路正交載波； 將所述I路、Q路數據分別和所述兩路正交載波相乘； 將兩路乘積相加以得到數位化的QAM已調信號； 將所述QAM已調信號轉換為模擬信號後輸出。
2.如權利要求1所述的正交幅度調製信號的產生方法，其特徵在於，當用戶指示以用戶自定義數據文件為調製源時，還包括: 根據用戶設置的基帶速率產生工作使能信號； 根據所述工作使能信號從調製文件存儲器中讀取用戶自定義數據文件作為待調製的I路、Q路數據。
3.如權利要求2所述的正交幅度調製信號的產生方法，其特徵在於，還包括: 將用戶自定義數據文件寫入至非易失性存儲器； 根據用戶設置的調製參數將所述用戶自定義數據文件轉換調製文件格式； 將轉換格式後的用 戶自定義數據文件寫入至調製文件存儲器。
4.如權利要求1所述的正交幅度調製信號的產生方法，其特徵在於，當用戶指示以偽隨機序列為調製源時，還包括: 根據用戶設置的基帶速率產生工作使能信號； 根據所述使能信號以及用戶設置的調製類型輸出待調製的I路、Q路數據。
5.如權利要求1所述的正交幅度調製信號的產生方法，其特徵在於，當用戶指示以模擬源為調製源時，還包括: 將待調製的兩路模擬量轉換為數字量的待調製的I路、Q路數據。
6.一種正交幅度調製信號的產生裝置，其特徵在於，包括:QAM調製控制單元、數字控制振蕩器、第一乘法器、第二乘法器、加法器和輸出單元，其中所述QAM調製控制單元還包括控制模塊和調製源選擇模塊， 所述控制模塊用於接收用戶的調製源選擇指示以控制所述調製源選擇模塊從模擬源、用戶自定義數據文件或偽隨機序列中選擇一項作為待調製的I路、Q路數據，以及根據用戶設置的載波頻率控制所述數字控制振蕩器產生兩路正交載波； 所述第一乘法器用於將I路數據和一路正交載波相乘； 所述第二乘法器用於將Q路數據和另一路正交載波相乘； 所述加法器用於將所述第一乘法器和所述第二乘法器的結果相加以得到數位化的QAM已調信號； 所述輸出單元用於將所述QAM已調信號轉換為模擬信號後輸出。
7.如權利要求6所述的正交幅度調製信號的產生裝置，其特徵在於，所述QAM調製控制單元還包括: 基帶速率控制模塊，用於根據用戶設置的基帶速率在所述控制模塊的控制下產生工作使能信號； 調製文件存儲器，用於存儲用戶自定義數據文件；存儲控制器，用於根據所述工作使能信號以及所述控制模塊的控制從所述調製文件存儲器讀取所述自定義數據文件，並發送給所述調製源選擇模塊。
8.如權利要求7所述的正交幅度調製信號的產生裝置，其特徵在於，還包括:中央處理器單元和非易失性存儲器， 所述中央處理器單元用於將將用戶自定義數據文件寫入至所述非易失性存儲器，以及根據用戶設置的調製參數將所述用戶自定義數據文件轉換調製文件格式，以及將轉換格式後的用戶自定義數據文件寫入至所述調製文件存儲器。
9.如權利要求7所述的正交幅度調製信號的產生裝置，其特徵在於，所述QAM調製控制單元還包括: 偽隨機序列產生模塊，用於根據基帶速率控制模塊產生的使能信號以及用戶設置的調製類型輸出待調製的I路、Q路數據給所述調製源選擇模塊。
10.如權利要求6所述的正交幅度調製信號的產生裝置，其特徵在於，所述QAM調製控制單元還包括: 模數轉換模塊，用於將待調製的兩路模擬量轉換為數字量的待調製的I路、Q路數據，並發送給所述調製源選擇模塊。
11.一種數位訊號發生器,其特徵在於,包括如權利要求6-10任一所述的正交幅度調製信號的 產生裝置。
全文摘要
本發明實施例提供了一種正交幅度調製信號的產生方法、裝置和數位訊號發生器，方法包括根據用戶的調製源選擇指示從模擬源、用戶自定義數據文件或偽隨機序列中選擇一項作為待調製的I路、Q路數據；根據用戶設置的載波頻率產生兩路正交載波；將I路、Q路數據分別和兩路正交載波相乘；將兩路乘積相加以得到數位化的QAM已調信號；將QAM已調信號轉換為模擬信號後輸出。本發明實施例可設置QAM調製的各項參數，包括調製類型、調製源、載波速率、基帶速率，具有良好的靈活性和可擴展性；另外本發明實施例不需要存儲過多的正弦餘弦表，易於實現，減少對存儲空間的佔用。
文檔編號H04L27/34GK103179079SQ20111043154
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者丁新宇, 王悅, 王鐵軍, 李維森 申請人:北京普源精電科技有限公司