CN103746953A

CN103746953A - 一种产生调频波基带信号的方法及装置

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Publication number: CN103746953A
Application number: CN201310741152.2A
Authority: CN
Inventors: 吴远伍; 武卫平; 李文意; 任士卿; 韩蕊; 程春悦; 陈晋龙
Original assignee: Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Current assignee: Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: CN103746953B

Abstract

本发明涉及一种调频波基带信号产生方法，该方法包括利用数字载波信号源产生正交的第一副载波信号和第二副载波信号；将第一调制信号和第二调制信号分别与所述第一副载波信号和述第二副载波信号混频，得到第一调频波基带信号和第二调频波基带信号；将所述第一调频波基带信号和第二调频波基带信号转换为模拟信号；利用模拟正交混频器将一射频载波信号分为第一射频载波信号和第二射频载波信号，并分别与模拟第一调频波基带信号和模拟第二调频波基带信号进行相乘相加运算，得到调频波基带信号。利用本发明所述方法可获得具有高准度频偏量的调频波基带信号，调频波基带信号的频偏量示值误差优于±0.1%，大幅度提高了调频的稳定性。

Description

一种产生调频波基带信号的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种产生基带信号的方法，特别是一种产生调频波基带信号的方法及装置。

背景技术

目前，无线电信号调制技术已经广泛应用于各种通信系统中，其中频率调制(简称调频)是无线电信号调制技术中的一个重要方面。在无线电计量校准领域，频偏量测量是频率调制测量中的主要参数，其准确度直接影响调制质量。

衡量频率调制准确性的参数频偏量是调频波瞬时频率偏离载波频率的最大值，正弦调制状态下，调频波的载波频率虽然容易测量得很准确，但调频波瞬时频率很难准确测量到，因此频偏量就很难得到准确得结果。现有的方案中大多从时域和频域两方面来测量调频波的频偏：(1)时域。有些方案中将调频波通过延迟电路后域原来波形相减(微分)或将调频波通过微分网络等方式将调频波变为调幅调频波，使得信号的幅度变化对应着频率变化，通过测量幅度变化达到测量频率变化的目的，由于延迟电路或微分网络的准确度、线性度等对频率－幅度变换的影响，加上后续幅度测量的准确性问题等因素，导致频偏测量的准确性不高，频偏测量的范围也不大；有些方案中采用锁相的方法将频率锁相环锁相到调频波上，这样锁相环路的压控振荡器的控制电压就表示了调频波频率的变化的情况，通过测量该电压达到测量频偏的目的，但由于锁相环带宽较窄，后续又涉及电压测量，导致频偏测量的准确度不高，频偏测量的范围也不大；还有些方案采用过零计数的方法测量频偏，将在调频波的过零点产生恒定的电脉冲，对电脉冲积分，得到频率变化信息，虽然频偏测量范围较宽，但仍然涉及电压测量，频偏测量的准确度仍然不高。(1)频域。贝塞尔函数零值法测量频偏是频域方式测量的主要方法，由于涉及零阶贝塞尔函数零点确认准确度度的影响，加上测量过程复杂，影响测量结果准确度的因素多，理论分析尚可，实际上准确性较差，且只能在一些特定的量值点上测量；还有一些直接的频谱测量方法，都因涉及幅度测试，导致结果的准确性不高。

因此长期以来频偏测量大多用电平测量的方法间接得到，导致调频波的频偏量测量准确度较低，这也就使得产生的频率调制信号的频偏量准确度受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种产生高频的具有高准确度频偏量的基带信号的方法，以解决无线电信号调制技术中频率调制基带信号频率低，频偏量准确度低的问题。

为解决上述问题本发明提供一种调频波基带信号产生方法，该方法包括

利用数字载波信号源产生正交的第一副载波信号和第二副载波信号；

将第一调制信号和第二调制信号分别与所述第一副载波信号和述第二副载波信号混频，得到第一调频波基带信号和第二调频波基带信号；

将所述第一调频波基带信号和第二调频波基带信号转换为模拟信号；

利用模拟正交混频器将一射频载波信号分为第一射频载波信号和第二射频载波信号，并分别与模拟第一调频波基带信号和模拟第二调频波基带信号进行相乘相加运算，得到调频波基带信号。

优选的，所述数字载波源的激励信号频率为12.5MHz。

优选的，所述调制信号发生器的输入信号为相位信号。

优选的，所述相位信号的精度需要控制在万分之一以上。

一种利用权利要求1所述方法的基带信号产生装置，该装置包括

激励信号输入端和相位信号输入端；

用于产生第一副载波信号和第二副载波信号的数字载波信号源；

用于调整相位精度的相位计算模块；

用于利用调整后的相位产生第一调制信号和第二调制信号的调制信号发生器；

用于将所述第一副载波信号与所述第一调制信号混频和所述第二副载波信号与第二调制信号混频，并输出第一调频波基带信号和第二调频波基带信号的数字正交混频器；

模数转换器，用于将所述第一调频波基带信号和第二调频波基带信号转换为模拟第一调频波基带信号和模拟第二调频波基带信号；

模拟正交混频器，用于对所述模拟第一调频波基带信号和模拟第二调频波基带信号与射频信号进行混频。

优选的，所述数模转换器为16bit线宽。

优选的，该装置还包括用于为模拟正交混频器射频载波信号的射频载波信号源。

本发明通过利用波形合成的方法获得具有高准度频偏量的调频波基带信号，又通过矢量变频的方法实现将高准确度频偏量的调频信号变频到微波频段，从而实现微波频段高准确度频率调制。通过本发明所述方法产生的高频调频波基带信号的频偏量示值误差优于±0.1%，其稳定性能大幅改善。

附图说明

图1示为一种产生高频的具有高准确度频偏量的基带信号的装置示意图。

激励信号输入端A1；相位信号输入端A2；

1、数字载波信号源，2、相位计算模块，3、数字正交混频器，4、调制信号发生器，5、数模转换器，6、模拟正交混频器，7、射频信号源。

具体实施方式

下面根据附图对本发明做进一步描述。

本发明提供一种产生高频的具有高精准度频偏量的基带信号的装置，该装置包括数字载波信号源1、相位计算模块2、数字正交混频器3、调制信号发生器4、数模转换器5、模拟正交混频器6和射频信号源7。所述相位计算模块2的输出端与调制信号发生器4的输入端连接，所述数字载波信号源1的输出端和调整信号发生器4的输出端分别与数字正交混频器3的第一输入端和第二输入端连接，所述数字正交混频器3通过数模转换器5与模拟正交混频器6连接，所述正交混频器还与射频信号源7连接，所述数字载波信号源1的激励信号频率为12.5HMz。

结合上述装置对本发明所述调频波基带信号产生方法作进一步描述：

本发明所述调频波基带信号产生方法包括调频波基带信号产生和正交频率变换。

调频波基带信号产生过程：首先，利用相位计算模将输入精度在万分之一以上的相位信号，将此相位信号输给调制信号发生器产生，使其产生第一调制信号f_s(t)=sin(m*cos(Ωt))和第二调制信号f_c(t)=cos(m*cos(Ωt))，m为调制度，即频偏量，硬件上用16bit的寄存器数值表示；然后，向数字载波信号源输入频率为12.5MHz的激励信号，使其产生两路正交的12.5MHz副载波信号，分别表示为第一副载波信号Vcc(t)=coswt和第二副载波信号Vcs(t)=sinwt；利用数字正交混频器分别将所述第一副载波信号与所述第一调制信号混频和所述第二副载波信号与第二调制信号混频，经混频后，数字正交混频器输出为第一调频波基带信号V_FMc(t)=cos(wt+m*cos(Ωt))和第二调频波基带信号V_FMs(t)=sin(wt+m*cos(Ωt))。这些的量值都是数字化的：调制信号f_s(t)=sin(m*cos(Ωt))和f_c(t)=cos(m*cos(Ωt))是一个数字形式的数据流；副载波信号Vcc(t)=coswt和Vcs(t)=sinwt也是数字形式的数据流；调制度m也是以一个数字化的比值形式确定下来的值；因此基带信号也为数字形式的数据流输出。这样就产生了一个以副载波频率为载波频率的高准确度频偏的频率调制信号的数据流，该数据流经D/A转换输出模拟形式的信号。影响模拟形式的信号的主要因素如：D/A转换的线性度、D/A转换的稳定度等因素由于只对载波项和调制项的幅度有可以忽略的影响，也就不能影响调制度m，从而使得模拟形式的信号也具有高准确度的频偏量。

正交频率变换过程：首先，将数字正交混频器输出的第一调频波基带信号V_FMc(t)=cos(wt+m*cos(Ωt))和第二调频波基带信号V_FMs(t)=sin(wt+m*cos(Ωt))经D/A变换后成为模拟信号。然后，利用模拟正交混频器将射频信号源提供的射频载波信号Vc=coswct分为第一射频载波信号Vc(t)=coswct和第二射频载波信号Vs(t)=sinwct，并分别于所述第一调频波基带信号和第二调频波基带信号经数模转换后的模拟信号进行混频，经混频后，模拟正交混频器输出Vo(t)=VFMc(t)*VC(t)+VFMs(t)*VS(t)=cos(wct+wt+m*cos(Ωt))，至此完成最终的频率变换。影响模拟信号准确度的主要因素如：D/A转换的线性度、D/A转换的稳定度等因素由于只对载波项和调制项的幅度有影响，且影响较小可以忽略的，更不能影响频率调制度m，从而使得模拟形式的信号也具有高准确度的频偏量，最终将高准确度频偏参数带到射频频段，使具有高频偏量的调频波基带信号变为适合被调制装置的高频信号。

采用这样的形式有两方面优势：首先，调制度m用一个16bits的二进制数来表示，其误差小于

调频波由数字波形合成，量值准确，且稳定；影响频偏的量值为信号的采样频率，而该频率准确度与晶振频率相同，最差也优于10-6。其次，后续的变频处理等过程对调制信号的两项正交信号同时相乘，影响因素主要为对载波项和调制项的电平，几乎不能影响调频波的过零特性，即调制度m不会变化。副载波运用数字混频方式与调制信号相乘，两者均采用16bits线宽，这在极大程度上抑制了副载波变频的非线性度。正是因为这些原因，使得该过程比模拟调制等其它形式具有更好的线性度和稳定性。

调频波基带信号采用数字波形合成方式，运用高速数字电路实时计算出基带波形的数据流，而不是采用波形存储的方式，使得波形存储容量小，结果更加准确，产生的频偏量范围更大。合成的基带波形数据流与数字形式的副载波混频，仍然保留了基带的高准确度性能。高动态范围的D/A转换器(16bit线宽)，使得输出的模拟信号完全继承了数字信号的高准确度调制信息。

综上所述，本发明通过利用波形合成的方法首先在基带实现高准确度频偏量的调频信号，又通过矢量变频的方法实现将高准确度频偏量的调频信号变频到微波频段，从而实现微波频段高准确度频率调制。克服现有频率调制频偏量准确度不高的问题。根据本发明所述的产生高频的具有高精度频偏量的调制波基带信号的频偏量示值误差优于±0.1%，其稳定性能大幅改善，适应时间短，在开机后一分钟之内即可达到指标要求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细描述说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所述技术领域的普通技术人员来说在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种调频波基带信号产生方法，其特征在于：该方法包括

2.根据权利要求1所述的产生基带信号的方法，其特征在于：所述数字载波源的激励信号频率为12.5MHz。

3.根据权利要求1所述的产生基带信号的方法，其特征在于：所述调制信号发生器的输入信号为相位信号。

4.根据权利要求3所述的产生基带信号的方法，其特征在于：所述相位信号的精度需要控制在万分之一以上。

5.一种利用权利要求1所述方法的基带信号产生装置，其特征在于：该装置包括

激励信号输入端和相位信号输入端；

用于调整相位精度的相位计算模块；

6.根据权利要求5所述的一种基带信号产生装置，其特征在于：所述数模转换器为16bit线宽。

7.根据权利要求5所述的一种基带信号产生装置，其特征在于：该装置还包括用于为模拟正交混频器射频载波信号的射频载波信号源。