CN103179079B - 正交幅度调制信号的产生方法、装置和数字信号发生器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种正交幅度调制信号的产生方法、装置和数字信号发生器，方法包括：根据用户的调制源选择指示从模拟源、用户自定义数据文件或伪随机序列中选择一项作为待调制的I路、Q路数据；根据用户设置的载波频率产生两路正交载波；将I路、Q路数据分别和两路正交载波相乘；将两路乘积相加以得到数字化的QAM已调信号；将QAM已调信号转换为模拟信号后输出。本发明实施例可设置QAM调制的各项参数，包括调制类型、调制源、载波速率、基带速率，具有良好的灵活性和可扩展性；另外本发明实施例不需要存储过多的正弦余弦表，易于实现，减少对存储空间的占用。

Description

正交幅度调制信号的产生方法、装置和数字信号发生器

技术领域

本发明涉及信号发生领域，尤其是涉及一种正交幅度调制信号的产生方法、装置和数字信号发生器。

背景技术

正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)是一种振幅和相位相结合的高阶调制方式，其具有较高的频带利用率和较好的功率利用率。所谓正交幅度调制，就是用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，从而利用这种已调信号在同一带宽内频谱的正交性来实现两路并行的数字信息传输。

目前的正交幅度调制有模拟和数字两种实现方式。模拟实现方式由于模拟器件的一致性和稳定性都不够理想，因此大大影响了系统的性能，而随着数字技术的飞速发展，通过数字方式来实现正交幅度调制由于具有较好的集成度而得到了广泛的应用。

现有技术中一种用现场可编程技术实现全数字16QAM调制器，该调制器包括了时钟单元、信号源、数据分离器、数据选择器、数控器及查找表单元、叠加单元、D/A转换器。

时钟单元采用晶振作为基准时钟，对晶振提供的时钟分频后提供给包括信号源在内的其他模块。

信号源由伪随机序列产生，采用最长线性反馈m序列作为信号源。

数据分离器根据16QAM调制原理，将信号源所产生的m序列分离成2路基带信号：I路和Q路，并作极性变换，将信号源提供的归零码转换为非归零码。

数据选择器用来实现输入数据和输出波形的对应关系。

数控器及查找表单元包括一个16进制的计数器和8个正弦表或余弦表，I、Q两路信号通过数据选择器在8个正弦表或余弦表中分别选择输出。

叠加单元用来将I路和Q路信号相加合成16QAM调制信号。

D/A转换器采用专用集成电路芯片，将叠加后的数字信号转换为模拟信号输出。

上述16QAM调制器对两路正交的四电平振幅键控信号叠加形成16QAM调制信号实现起来比较简单，但是如果是数字信号发生器中采用上述调制器来产生QAM调制信号，则会存在如下缺陷：

(1)上述16QAM调制器仅采用固定阶数的伪随机序列作为调制源，无法满足现代数字信号发生器中调制源类型灵活可调的要求。

(2)为了产生16QAM调制信号，数控器及查找表单元内置的正弦余弦表达到了8个，需要占用很大的存储空间，而如果要产生64QAM、256QAM则需要的存储空间会更多。

(3)上述16QAM调制器将多个正弦余弦表固定的放在数控器及查找表单元内，因此扩展性很差，不能灵活地修改调制类型，比如修改为8QAM、16QAM、64QAM、256QAM、QPSK等。

发明内容

本发明实施例提供了一种正交幅度调制信号的产生方法、装置和数字信号发生器，用于实现调制源灵活可调、调制类型灵活修改以及减少存储空间的占用。

一方面，本发明实施例提供了一种正交幅度调制信号的产生方法，该方法包括：根据用户的调制源选择指示以用户自定义数据文件作为待调制的I路、Q路数据；根据用户设置的载波频率产生两路正交载波；将所述I路、Q路数据分别和所述两路正交载波相乘；将两路乘积相加以得到数字化的QAM已调信号；将所述QAM已调信号转换为模拟信号后输出；当用户指示以用户自定义数据文件为调制源时，还包括：根据用户设置的基带速率产生工作使能信号；根据所述工作使能信号从调制文件存储器中读取用户自定义数据文件作为待调制的I路、Q路数据。

优选地，本发明实施例还包括：将用户自定义数据文件写入至非易失性存储器；根据用户设置的调制参数将所述用户自定义数据文件转换调制文件格式；将转换格式后的用户自定义数据文件写入至调制文件存储器。

本发明实施例还提供了一种正交幅度调制信号的产生方法，该方法包括：根据用户的调制源选择指示以伪随机序列作为待调制的I路、Q路数据；根据用户设置的载波频率产生两路正交载波；将所述I路、Q路数据分别和所述两路正交载波相乘；将两路乘积相加以得到数字化的QAM已调信号；将所述QAM已调信号转换为模拟信号后输出；当用户指示以伪随机序列为调制源时，还包括：根据用户设置的基带速率产生工作使能信号；根据所述使能信号以及用户设置的调制类型输出待调制的I路、Q路数据。

另一方面，本发明实施例还提供了一种正交幅度调制信号的产生装置，包括：QAM调制控制单元、数字控制振荡器、第一乘法器、第二乘法器、加法器和输出单元，其中所述QAM调制控制单元还包括控制模块和调制源选择模块，所述控制模块用于接收用户的调制源选择指示以控制所述调制源选择模块以用户自定义数据文件作为待调制的I路、Q路数据，以及根据用户设置的载波频率控制所述数字控制振荡器产生两路正交载波；所述第一乘法器用于将I路数据和一路正交载波相乘；所述第二乘法器用于将Q路数据和另一路正交载波相乘；所述加法器用于将所述第一乘法器和所述第二乘法器的结果相加以得到数字化的QAM已调信号；所述输出单元用于将所述QAM已调信号转换为模拟信号后输出；QAM调制控制单元还包括：基带速率控制模块，用于根据用户设置的基带速率在所述控制模块的控制下产生工作使能信号；调制文件存储器，用于存储用户自定义数据文件；存储控制器，用于根据所述工作使能信号以及所述控制模块的控制从所述调制文件存储器读取所述自定义数据文件，并发送给所述调制源选择模块。

优选地，本发明实施例还包括：中央处理器单元和非易失性存储器，所述中央处理器单元用于将将用户自定义数据文件写入至所述非易失性存储器，以及根据用户设置的调制参数将所述用户自定义数据文件转换调制文件格式，以及将转换格式后的用户自定义数据文件写入至所述调制文件存储器。

本发明实施例还提供了一种正交幅度调制信号的产生装置，包括：QAM调制控制单元、数字控制振荡器、第一乘法器、第二乘法器、加法器和输出单元，其中所述QAM调制控制单元还包括控制模块和调制源选择模块，所述控制模块用于接收用户的调制源选择指示以控制所述调制源选择模块以伪随机序列作为待调制的I路、Q路数据，以及根据用户设置的载波频率控制所述数字控制振荡器产生两路正交载波；所述第一乘法器用于将I路数据和一路正交载波相乘；所述第二乘法器用于将Q路数据和另一路正交载波相乘；所述加法器用于将所述第一乘法器和所述第二乘法器的结果相加以得到数字化的QAM已调信号；所述输出单元用于将所述QAM已调信号转换为模拟信号后输出；QAM调制控制单元还包括：伪随机序列产生模块，用于根据基带速率控制模块产生的使能信号以及用户设置的调制类型输出待调制的I路、Q路数据给所述调制源选择模块。

另一方面，本发明实施例还包括一种数字信号发生器，包括如上所述的正交幅度调制信号的产生装置。

本发明实施例可设置QAM调制的各项参数，包括调制类型、调制源、载波速率、基带速率，具有良好的灵活性和可扩展性；另外本发明实施例不需要存储过多的正弦余弦表，易于实现，减少对存储空间的占用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种正交幅度调制信号的产生装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种正交幅度调制信号的产生装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种QAM调制控制单元的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种正交幅度调制信号的产生方法流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种数字信号发生器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示为本发明实施例提供的一种正交幅度调制信号的产生装置的结构示意图，该装置包括：QAM调制控制单元110、数字控制振荡器120、第一乘法器130、第二乘法器140、加法器150和输出单元160，其中QAM调制控制单元110还包括控制模块111和调制源选择模块112。其中QAM调制控制单元110分别和数字控制振荡器120、第一乘法器130及第二乘法器140相连，数字控制振荡器120分别和第一乘法器130及第二乘法器140相连，加法器150则分别和第一乘法器130、第二乘法器140及输出单元160相连。

在本实施例中QAM调制控制单元110用于根据用户指示准备调制源、设置调制参数以及输出载波频率，具体来说：

控制模块111用于接收用户的调制源选择指示以控制调制源选择模块112从模拟源、用户自定义数据文件或伪随机序列中选择一项作为待调制的I路、Q路数据，这里的I路数据和Q路数据都为数字信号，其中I路数据发送给第一乘法器130、而Q路数据则发送给第二乘法器140。另外控制模块111还用于根据用户设置的载波频率控制数字控制振荡器120产生两路正交载波，即控制模块111可以将用户设置的载波频率发送给数字控制振荡器120，由数字控制振荡器120产生两路正交载波，比如一路余弦波信号和一路正弦波信号。

第一乘法器130用于将I路数据和一路正交载波相乘，比如将I路数据和一路余弦波信号相乘。第二乘法器140用于将Q路数据和另一路正交载波相乘，比如将Q路数据和一路正弦波信号相乘。当然，本发明实施例并不限定上述相乘关系，只需满足将I路、Q路数据分别和两路正交载波相乘即可。

加法器150用于将第一乘法器130和第二乘法器140的结果相加以得到数字化的QAM已调信号。

输出单元160用于将加法器150得到的QAM已调信号转换为模拟信号后输出。作为本发明的一个实施例，输出单元还可以包括一处理模块，其再将QAM已调信号转换为模拟信号后，对模拟信号进行一系列处理后再输出，比如滤波、衰减、放大处理等。

本发明实施例可设置QAM调制的各项参数，包括调制类型、调制源、载波速率、基带速率，具有良好的灵活性和可扩展性；另外本发明实施例不需要存储过多的正弦余弦表，易于实现，减少对存储空间的占用。

如图2是本发明实施例提供的另一种正交幅度调制信号的产生装置的结构示意图，如图3所示为本发明实施例提供的一种QAM调制控制单元的结构示意图。

由图2可见，该正交幅度调制信号的产生装置包括：QAM调制控制单元210、数字控制振荡器220、第一乘法器230、第二乘法器240、加法器250、输出单元260、中央处理器单元270、非易失性存储器280、人机界面和用户接口290和时钟单元300。QAM调制控制单元210、数字控制振荡器220、第一乘法器230、第二乘法器240、加法器250和输出单元260之间的连接关系与图1对应实施例中相同，不再赘述。在本实施例中，中央处理器单元270分别和非易失性存储器280、人机界面和用户接口290以及QAM调制控制单元210相连。

由图3可见，在本实施例中QAM调制控制单元210具体可以包括：控制模块211、调制源选择模块212、基带速率控制模块213、调制文件存储器214、存储控制器215、伪随机序列产生模块216和模数转换模块217。其中控制模块211分别和调制源选择模块212、基带速率控制模块213存储控制器215以及伪随机序列产生模块216相连，调制源选择模块212分别和存储控制器215、伪随机序列产生模块216及模数转换模块217相连，基带速率控制模块213还分别和存储控制器215及伪随机序列产生模块216相连，调制文件存储器214则和存储控制器215相连。

下面结合图2及图3对本发明实施例进行进一步的说明：

在本实施例中，控制模块211可以根据上层接口发送的系统要求来控制调制源选择模块212、基带速率控制模块213、存储控制器215以及伪随机序列产生模块216进行相应的操作。在本实施例中上层接口即为和中央处理器单元270之间的接口。用户可以通过人机界面和用户接口290对中央处理器下发各种配置及系统要求，然后再由中央处理器单元270下发给控制模块211。

调制源选择模块212可以从模拟源、用户自定义数据文件或者伪随机序列中选择一项作为待调制的I路、Q路数据输出。具体选择哪种调制源输出，是根据控制单元211的选择控制信号来决定的。

基带速率控制模块213可以根据控制模块211所设置的基带速率，来产生一个工作使能信号，将该工作使能信号分别作为存储控制器215以及伪随机序列产生模块216的工作使能信号，以此来实现基带速率的设置。比如，基带速率控制模块213可以采用直接数字式频率合成技术(Direct DigitalSynthesizer，DDS)来产生工作使能信号。需要指出的是，在本实施例中当调制源是模拟源时，其基带速率取决于模拟量本身，其基带速率并不受控制模块211的控制。

调制文件存储器214和存储控制器215用于实现用户自定义数据文件的存储和读取。当开始QAM调制前，控制模块211可以将上层接口发来的用户自定义数据文件通过存储控制器215写入到调制文件存储器214之中；当开始调制后，存储控制器215可以根据工作使能信号以及控制模块211的命令将用户自定义数据文件从调制文件存储器214中读取到调制源选择模块212中。

伪随机序列产生模块216用于根据基带速率控制模块产生的使能信号以及用户设置的调制类型输出待调制的I路、Q路数据给调制源选择模块212。在本实施例中控制模块211可以决定伪随机序列产生模块216输出数据的调制类型，比如16QAM、64QAM、16PSK等。调制类型不同，伪随机序列产生模块216输出数据的序列格式也随之不同，比如：调制类型为16QAM时，伪随机序列产生模块216是将伪随机序列的前2比特作为I数据，后2比特作为Q数据，以此循环；而当调制类型为64QAM时，伪随机序列产生模块216是将伪随机序列的前3比特作为I数据，后3比特作为Q数据，以此循环。

模数转换模块217用于将待调制的两路模拟量转换为数字量的待调制的I路、Q路数据，并发送给调制源选择模块212。在本实施例中，模数转换模块217可以使用两块模数转换器件，也可以使用具有多通道输出的模数转换器件。

在本实施例中，中央处理器单元270具体用于：通过人机界面和用户接口290接受用户控制；设置QAM调制的各个参数，比如载波频率、基带速率、调制类型、调制源选择等；将用户自定义数据文件写入至所述非易失性存储器280；根据用户设置的调制参数将用户自定义数据文件转换调制文件格式，以及将转换格式后的用户自定义数据文件从非易失性存储器280中读出并写入至调制文件存储器214。

需要指出的是，在本实施例中，在QAM调制控制单元210内，除了模数转换模块217为模拟器件外，其它各个模块都为数字器件，可以全部集成到一块现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)芯片里，另外数字控制振荡器220、第一乘法器230、第二乘法器240和加法器250同样也可以集成至一块FPGA芯片中。另外，调制文件存储器214可以用FPGA芯片中内嵌的存储器来实现，当然，也可以用外挂的存储器来实现，比如目前主流的动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)、静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)、闪存(Flash)存储器等。

本发明实施例可设置QAM调制的各项参数，包括调制类型、调制源、载波速率、基带速率，具有良好的灵活性和可扩展性；另外本发明实施例不需要存储过多的正弦余弦表，易于实现，减少对存储空间的占用；最后本发明实施例还可以利用FPGA芯片的可编程性予以实现，其集成度高，可靠性好。

如图4所示为本发明实施例提供的一种正交幅度调制信号的产生方法流程示意图，包括如下步骤：

S401：根据用户的调制源选择指示从模拟源、用户自定义数据文件或伪随机序列中选择一项作为待调制的I路、Q路数据。

作为本发明的一个实施例，用户自定义数据文件可以存储在调制文件存储器中，更进一步的说，存储在调制文件存储器中的用户自定义数据文件是通过如下方式获得的：用户通过中央处理器将用户自定义数据文件写入至非易失性存储器；然后中央处理器根据用户设置的调制参数将所述用户自定义数据文件转换调制文件格式；最后中央处理器将转换格式后的用户自定义数据文件写入至调制文件存储器。

这样，当开始调制后，如果用户选择自定义数据文件作为调制源，则基带速率控制模块可以根据用户设置的基带速率产生工作使能信号，与调制文件存储器对应的存储控制器则可以根据该工作使能信号从调制文件存储器中读取用户自定义数据文件作为待调制的I路、Q路数据。

作为本发明的另一个实施例，当用户指示以伪随机序列为调制源时，基带速率控制模块也可以根据用户设置的基带速率产生工作使能信号，然后伪随机序列产生模块则可以根据该工作使能信号以及用户设置的调制类型输出待调制的I路、Q路数据。

作为本发明的另一个实施例，当用户指示以模拟源为调制源时，模数转换模块可以将待调制的两路模拟量转换为数字量的待调制的I路、Q路数据。

S402：根据用户设置的载波频率产生两路正交载波，比如一路余弦波信号和一路正弦波信号。

S403：将I路、Q路数据分别和两路正交载波相乘。比如可以将I路数据和一路正交载波相乘，而将Q路数据和另一路正交载波相乘。

S404：将两路乘积相加以得到数字化的QAM已调信号。

S405：将QAM已调信号转换为模拟信号后输出。

作为本发明的一个实施例，S405之后还可以包括一处理步骤，其对模拟信号进行一系列处理后再输出，比如滤波、衰减、放大处理等。

本发明实施例可设置QAM调制的各项参数，包括调制类型、调制源、载波速率、基带速率，具有良好的灵活性和可扩展性；另外本发明实施例不需要存储过多的正弦余弦表，易于实现，减少对存储空间的占用。

如图5所示为本发明实施例提供的一种数字信号发生器的结构示意图，该数字信号发生器500包括QAM调制信号产生装置501，该QAM调制信号产生装置501可以如图1至图3对应实施例中所描述的产生装置，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种正交幅度调制信号的产生方法，其特征在于，所述方法包括：

根据用户的调制源选择指示以用户自定义数据文件作为待调制的I路、Q路数据；

根据用户设置的载波频率产生两路正交载波；

将所述I路、Q路数据分别和所述两路正交载波相乘；

将两路乘积相加以得到数字化的QAM已调信号；

将所述QAM已调信号转换为模拟信号后输出，

当用户指示以用户自定义数据文件为调制源时，还包括：

根据用户设置的基带速率产生工作使能信号；

根据所述工作使能信号从调制文件存储器中读取用户自定义数据文件作为待调制的I路、Q路数据。

2.如权利要求1所述的正交幅度调制信号的产生方法，其特征在于，还包括：

将用户自定义数据文件写入至非易失性存储器；

根据用户设置的调制参数将所述用户自定义数据文件转换调制文件格式；

将转换格式后的用户自定义数据文件写入至调制文件存储器。

3.一种正交幅度调制信号的产生方法，其特征在于，所述方法包括：

根据用户的调制源选择指示以伪随机序列作为待调制的I路、Q路数据；

根据用户设置的载波频率产生两路正交载波；

将所述I路、Q路数据分别和所述两路正交载波相乘；

将两路乘积相加以得到数字化的QAM已调信号；

将所述QAM已调信号转换为模拟信号后输出，

当用户指示以伪随机序列为调制源时，还包括：

根据用户设置的基带速率产生工作使能信号；

根据所述使能信号以及用户设置的调制类型输出待调制的I路、Q路数据。

4.一种正交幅度调制信号的产生装置，其特征在于，包括：QAM调制控制单元、数字控制振荡器、第一乘法器、第二乘法器、加法器和输出单元，其中所述QAM调制控制单元还包括控制模块和调制源选择模块，

所述控制模块用于接收用户的调制源选择指示以用户自定义数据文件作为待调制的I路、Q路数据，以及根据用户设置的载波频率控制所述数字控制振荡器产生两路正交载波；

所述第一乘法器用于将I路数据和一路正交载波相乘；

所述第二乘法器用于将Q路数据和另一路正交载波相乘；

所述加法器用于将所述第一乘法器和所述第二乘法器的结果相加以得到数字化的QAM已调信号；

所述输出单元用于将所述QAM已调信号转换为模拟信号后输出，

所述QAM调制控制单元还包括：

基带速率控制模块，用于根据用户设置的基带速率在所述控制模块的控制下产生工作使能信号；

调制文件存储器，用于存储用户自定义数据文件；

存储控制器，用于根据所述工作使能信号以及所述控制模块的控制从所述调制文件存储器读取所述自定义数据文件，并发送给所述调制源选择模块。

5.如权利要求4所述的正交幅度调制信号的产生装置，其特征在于，还包括：中央处理器单元和非易失性存储器，

所述中央处理器单元用于将将用户自定义数据文件写入至所述非易失性存储器，以及根据用户设置的调制参数将所述用户自定义数据文件转换调制文件格式，以及将转换格式后的用户自定义数据文件写入至所述调制文件存储器。

6.一种正交幅度调制信号的产生装置，其特征在于，包括：QAM调制控制单元、数字控制振荡器、第一乘法器、第二乘法器、加法器和输出单元，其中所述QAM调制控制单元还包括控制模块和调制源选择模块，

所述控制模块用于接收用户的调制源选择指示以伪随机序列作为待调制的I路、Q路数据，以及根据用户设置的载波频率控制所述数字控制振荡器产生两路正交载波；

所述第一乘法器用于将I路数据和一路正交载波相乘；

所述第二乘法器用于将Q路数据和另一路正交载波相乘；

所述加法器用于将所述第一乘法器和所述第二乘法器的结果相加以得到数字化的QAM已调信号；

所述输出单元用于将所述QAM已调信号转换为模拟信号后输出，

所述QAM调制控制单元还包括：

伪随机序列产生模块，用于根据基带速率控制模块产生的使能信号以及用户设置的调制类型输出待调制的I路、Q路数据给所述调制源选择模块。

7.一种数字信号发生器，其特征在于，包括如权利要求4-6任一所述的正交幅度调制信号的产生装置。