CN104079516B - 多进制连续相位相移键控信号发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多进制连续相位相移键控信号发生装置，包括DDS波形发生器和连接至所述DDS波形发生器的控制器，所述控制器用于控制所述DDS波形发生器产生所需的波形：当启动时，控制DDS波形发生器输出一路频率为f的正弦参考波和另一路连续相位相移键控信号，所述连续相位相移键控信号首先包括一个频率为f且与参考波相位差为0的整周期启动波，然后若需要发送码元a，则控制所述DDS波发生器先产生一个频率为f_a的整周期调整波，再产生一个频率为f的整周期相位波，其中，在M进制中，即当a或a＇代表启动波或结束波时其值为通过本发明，能够产生连续的多进制连续相位相移键控信号。

Description

多进制连续相位相移键控信号发生装置

技术领域

本发明涉及相移键控信号发生技术领域，具体而言，涉及一种多进制连续相位相移键控信号发生装置。

背景技术

信号调制技术广泛地应用于数字通信领域中，通常用基带信号去有规律地控制正弦载波的频率、相位等参数，以达到信号传输的目的。常用的调制方法有振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)等。其中，在PSK中，载波的相位随调制信号不同而发生改变。

鉴于PSK占用带宽窄，抗干扰性强，即使在有衰落的信道中也能获得很好数据传输效果等优点，成为信号传输中优选的调制技术。依据相位取值的不同，通常有二进制相移键控(BPSK)和多进制相移键控(MPSK)，如：四进制相移键控(QPSK)和八进制相移键控(OPSK)等。

相移键控信号普遍采用调相法产生，例如利用乘法器对两路严格正交的载波分量进行调制以产生QPSK信号，但这种方式易受模拟器件的非线性特性影响，调制精度不高，实现复杂，灵活性不足。鉴于此，中国专利申请公开号CN103179066A，公开了一种多进制相移键控MPSK调制方法、装置和函数信号发生器，包括映射模块、调制相位转换器、相位累加器、相位加法器、载波波形存储器和数模变换器等多种电子器件构成的仪器，通过较为复杂的运行逻辑可产生多进制相移键控信号，实现数字化程度高，具有良好的扩展性。但该申请重在阐述单个发生信号的频率、相位可变性，并没有讨论频率、相位改变时严格的时间约束及参考波的相关信息，也未考虑连续相位相移键控信号产生方式与实现方法的有关内容。

此外，美国专利号8,302,685B2(发明名称为泥浆脉冲遥测数据调制技术，MudPulse Telemetry Data Modulation Technique)，公开了一种八进制连续相位相移键控调制技术方案，但没有进一步研究不同相位波的产生方式，各个相位间转换规则以及调整波的频率及运行时间特征不得而知。

因此，需要一种新的多进制连续相位相移键控信号发生装置，能够产生多进制连续相位相移键控信号。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能够产生多进制连续相位相移键控信号的发生装置。

有鉴于此，本发明提供了一种多进制连续相位相移键控信号发生装置，包括DDS波形发生器和连接至所述DDS波形发生器的控制器，所述控制器用于控制所述DDS波形发生器产生所需的波形：

当启动时，控制DDS波形发生器输出一路频率为f的正弦参考波和另一路连续相位相移键控信号，所述连续相位相移键控信号首先包括一个频率为f且与参考波相位差为0的整周期启动波，然后若需要发送码元a，则控制所述DDS波发生器先产生一个频率为f_a的整周期调整波，再产生一个频率为f的整周期相位波，其中，

在M进制中，即a＇为码元a的前一个码元，式中a和a＇均以十进制计算，当a或a＇代表启动波或结束波时其值为

通过该技术方案即可产生一组连续相位相移键控信号，然后只需周期性地重复输出即可。

进一步，所述的多进制连续相位相移键控信号发生装置还包括移相器，连接至所述DDS波形发生器，用于调整所述DDS波形发生器产生的参考波的相位，实现对其初始相位进行微调，从而更加灵活方便地调整波形。该发生装置设置灵活、扩展性强、电路结构简便，能方便快捷地产生任意所需的多进制连续相位相移键控信号。

进一步的，本发明提供了一种连续相位相移键控信号发生装置的实现方法，具体流程包括控制软件参数设置，数据流下传，微处理器解码，定时器初始化，定时器中断，连续相位相移键控信号输出大循环以及掉电结束。控制软件设置参数主要有进制、载波频率f、初始相位、发送码元及每个码元波形数。控制软件将这些参数打包后，下传给微处理器，经微处理器解码，确定大循环输出的正弦波个数及频率顺序；大循环包括定时器初始化和定时器中断两大函数，所述定时器初始化设定首次定时时间及定时器中断小循环次数，并发送参考波频率控制字给DDS波形发生器，在定时器中断函数里，设定下一个波形(调整波或相位波)持续时间(即定时时间)和频率控制字，经DDS波形发生器对适时传输而来频率控制字处理后，便可周而复始地输出满足所需连续相位相移键控信号的正弦波序列，直到掉电结束。

本发明的有益效果是：提供一种多进制连续相位相移键控信号发生装置，以方便灵活地产生任意所需的连续相位相移键控信号，该发明可应用于数字化函数发生器中，具有很大的实用意义。

附图说明

附图1为根据本发明实施例的多进制连续相位相移键控信号发生装置组成框图；

附图2为根据本发明实施例的BPSK连续相位相移键控信号与载波信号的相位变化示意图；

附图3为根据本发明实施例的BPSK连续相位相移键控信号相位转换时的调整波频率变化关系；

附图4为根据本发明实施例的QPSK连续相位相移键控信号与载波信号的相位变化示意图；

附图5为根据本发明实施例的QPSK连续相位相移键控信号相位转换时的调整波频率变化关系；

附图6为根据本发明实施例的OPSK连续相位相移键控信号与载波信号的相位变化示意图；

附图7为根据本发明实施例的OPSK连续相位相移键控信号相位转换时的调整波频率变化关系；

附图8为根据本发明实施例的BPSK连续相位相移键控信号的程序实现方法框图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种信号发生器控制软件与基于微处理器和DDS波形发生器为核心单元的硬件电路相结合的多进制连续相位相移键控信号发生装置及其实现方法。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，根据本发明的实施例的多进制连续相位相移键控信号发生装置，包括控制器(即图中的信号发生器控制软件11和微处理器12)、DDS波形发生芯片13(即DDS波形发生器)、移相器16、低通滤波放大器17等部件。信号发生控制软件11负责设置进制、载波频率、初始相位、发送码元及每个码元波形数等参数，形成下传信号数据流，并发送至微处理器12；微处理器对接收的数据进行解码，一方面，微处理器12控制DDS波形发生芯片13输出一路标准的载波正弦信号(参考波)14，另一方面，依据进制、载波频率等具体设置参数，确定连续相位相移键控信号发生顺序，采用定时器动态中断的方式不断修正DDS波形发生芯片的正弦信号输出频率，以产生满足要求的多进制连续相位相移键控信号15；所述两路信号经低通滤波放大器17后，送入示波器/解调器18查看或解调。同时，为了更加灵活方便地调整波形，在标准载波信号14后加入移相器16，以对其初始相位进行微调。

不失一般性，令参考波为频率f，初始相位π/2的正弦波，连续相位相移键控信号由启动波、调整波、相位波和结束波组成，每种波形都是一个或多个整周期输出。

其中，启动波、相位波和结束波与参考波频率f相同，启动波和结束波与参考波相位一致，根据公式以及可求出不同码元转换时的调整波频率。其中，Δp＝码元a对应波形与参考波的相位差p-码元a的前一个码元a＇对应波形与参考波的相位差p＇，即(式中a和a＇均以十进制计算，M为进制)，当码元代表启动波或结束波时其值(a或a＇)为

图2为本发明实施例BPSK连续相位相移键控信号与载波信号的相位变化示意图。频率为f的标准正弦波形作为相位判别的参考波21。BPSK连续相位相移键控信号由启动波22，调整波23、25、27，相位波24、26以及结束波28组成，每种波形都是整周期输出(不限于一个周期，为了方便表示，图中只画了一个周期)；其中，相位波24、26与参考波频率f相同，当相位相差π/2时，代表码元“0”，相位相差3π/2时，代表码元“1”，而相位相差0时，代表启动波或结束波。

BPSK连续相位相移键控信号的相位变化是通过设置不同频率的调整波来实现的。图3为本发明实施例BPSK连续相位相移键控信号相位转换时的调整波频率变化关系图。对于任意的BPSK信号启动码元与相位31，都存在一个与参考波频率f有确定关系的调整波频率值33，实现到BPSK信号终止码元与相位32的转换。例如，码元“0”到码元“1”的调整波频率与码元“1”到码元“0”的调整波频率相同，均为2f/3。图3中“—”表示同相位无需转换。

图4为本发明实施例QPSK连续相位相移键控信号与载波信号的相位变化示意图。频率为f的标准正弦波形作为相位判别的参考波21。QPSK连续相位相移键控信号由启动波22，调整波43、45、47、49、411，相位波44、46、48、410以及结束波28组成，每种波形都是整周期输出(不限于一个周期，为了方便表示，图中只画了一个周期)；其中，相位波44、46、48、410与参考波频率f相同，当相位相差π/4时，代表码元“00”，相位相差3π/4时，代表码元“01”，相位相差5π/4时，代表码元“10”，相位相差7π/4时，代表码元“11”，而相位相差0时，代表启动波或结束波。

QPSK连续相位相移键控信号的相位变化是通过设置不同频率的调整波来实现的。图5为本发明实施例QPSK连续相位相移键控信号相位转换时的调整波频率变化关系图。对于任意的QPSK信号启动码元与相位51，都存在一个与参考波频率f有确定关系的调整波频率值53，实现到QPSK信号终止码元与相位52的转换。例如，码元“10”到码元“11”的调整波频率是4f/5，而码元“11”到码元“10”的调整波频率为是4f/7。图5中“—”表示同相位无需转换。

图6为本发明实施例OPSK连续相位相移键控信号与载波信号的相位变化示意图。频率为f的标准正弦波形作为相位判别的参考波21。OPSK连续相位相移键控信号由启动波22，调整波63、65、67、69、611、613、615、617、619，相位波64、66、68、610、612、614、616、618以及结束波28组成，每种波形都是整周期输出(不限于一个周期，为了方便表示，图中只画了一个周期)；其中，相位波64、66、68、610、612、614、616、618与参考波频率f相同，当相位相差π/8时，代表码元“000”，相位相差3π/8时，代表码元“001”，相位相差5π/8时，代表码元“010”，相位相差7π/8时，代表码元“011”，相位相差9π/8时，代表码元“100”，相位相差11π/8时，代表码元“101”，相位相差13π/8时，代表码元“110”，相位相差15π/8时，代表码元“111”，而相位相差0时，代表启动波或结束波。

OPSK连续相位相移键控信号的相位变化也是通过设置不同频率的调整波来实现的。图7为本发明实施例OPSK连续相位相移键控信号相位转换时的调整波频率变化关系图。对于任意的OPSK信号启动码元与相位71，都存在一个与参考波频率f有确定关系的调整波频率值73，实现到OPSK信号终止码元与相位72的转换。例如，码元“011”到码元“100”的调整波频率为8f/9，而码元“100”到码元“011”的调整波频率为8f/15。图7中“—”表示同相位无需转换。

图8为BPSK连续相位相移键控信号(图2所示)的具体程序实现方法，包括控制软件参数设置81，数据流下传82，微处理器解码83，定时器初始化84，定时器中断85，BPSK连续相位相移键控信号输出大循环86以及掉电结束87。控制软件设置参数主要有进制(2进制)、载波频率f(12Hz)、初始相位(-π/2)、发送码元(“0”、“1”，含启动波和结束波)及每个码元波形数(1个)。控制软件将这些参数打包后，下传给微处理器12，经微处理器解码83，确定大循环86输出的正弦波个数及频率顺序(输出7个完整周期正弦波，依次为12Hz，9.6Hz，12Hz，8Hz，12Hz，9.6Hz和12Hz)(其中，9.6Hz、8Hz即是根据本发明中的公式计算得出)；大循环86包括定时器初始化84和定时器中断85两大函数，定时器初始化设定首次定时时间(1/12s)及定时器中断小循环次数(6次)，并发送12Hz频率控制字给DDS波形发生芯片，在定时器中断85函数里，设定下一个波形持续时间(即定时时间)和频率控制字，经DDS波形发生芯片13对适时传输而来频率控制字处理后，便可周而复始地输出满足所需BPSK连续相位相移键控信号的正弦波序列，直到掉电结束87。其他多进制连续相位移键控信号，如QPSK、OPSK等的程序实现方法与图8类似。

本发明提供的多进制连续相位相移键控信号发生装置及其实现方法，除了实施例中主要阐述的BPSK、QPSK和OPSK外，还可输出其他与频率、相位调制相关的信号波形，具有很强的可扩展性。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (2)

1.一种多进制连续相位相移键控信号发生装置，其特征在于，包括DDS波形发生器和连接至所述DDS波形发生器的控制器，所述控制器用于控制所述DDS波形发生器产生所需的波形：

当启动时，控制DDS波形发生器输出一路频率为f的正弦参考波和另一路连续相位相移键控信号，所述连续相位相移键控信号首先包括一个频率为f且与参考波相位差为0的整周期的启动波，然后若需要发送码元a，则控制所述DDS波形发生器先产生一个频率为f_a的整周期调整波，再产生一个频率为f的整周期相位波，其中，

$f_a=\left\{\begin{array}{cc}\frac{2\mathrm{\&pi;}f}{2\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&Delta;}p},& \mathrm{\&Delta;}p>0\\ \frac{2\mathrm{\&pi;}f}{4\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&Delta;}p},& \mathrm{\&Delta;}p<0\end{array}\right.$

在M进制中，即a＇为码元a的前一个码元，式中a和a＇均以十进制计算，当a或a＇代表启动波或结束波时其值为

2.根据权利要求1所述的多进制连续相位相移键控信号发生装置，其特征在于，还包括移相器，其连接至所述DDS波形发生器，用于调整所述DDS波形发生器产生的参考波的相位。