CN107094028A - 一种自适应码速率遥测设备fm正交调制装置及其方法 - Google Patents

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王小康
李庆
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Abstract

本发明公开了一种自适应码速率遥测设备FM正交调制装置及其方法，包括预滤波模块，预滤波模块获取PCM数据流并对其进行滤波；自适应基带调制模块接收预滤波后数据和PCM数据流的码速率，通过相位累加之后经过DDS模块输出I、Q正交信号；数字上变频模块对I、Q正交信号进行CIC内插和上变频，产生调频信号；DA芯片将调频信号进行数模转换，然后以无线的形式发射出去。基于FPGA平台，通过改进的自适应码速率自适应码速率硬件体系结构实现各种码速率的FM正交调制。

Description

一种自适应码速率遥测设备FM正交调制装置及其方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种自适应码速率遥测设备FM正交调制装置；还涉及一种自适应码速率遥测设备FM正交调制方法。
背景技术
FM是一种广泛使用的遥测体制，目前主要采用模拟锁相调频电路实现和数字化软件无线电实现两种方式。模拟锁相调频电路以模拟方式合成波形的幅度、频率和相位，但是控制比较困难，系统不够灵活。随着大规模集成电路、数字信号处理技术及软件无线电技术的快速发展，FM调制系统的数字化趋势已成为必然。
但是遥测设备需要应对各种不同码速率的PCM数据码流，在现有技术上，一般是修改底层调制程序，给项目研制和代码移植带来了不小的工作量。
发明内容
本发明提供了一种自适应码速率遥测设备FM正交调制装置，基于FPGA平台，通过改进的自适应码速率自适应码速率硬件体系结构实现各种码速率的FM正交调制。
本发明还提供了一种自适应码速率遥测设备FM正交调制方法，基于FPGA平台以改变码速率参数的形式实现各种码速率的FM正交调制。
本发明的技术方案是：一种自适应码速率遥测设备FM正交调制装置，包括预滤波模块，预滤波模块获取PCM数据流并对其进行滤波；自适应基带调制模块接收预滤波后数据和PCM数据流的码速率，通过相位累加之后经过DDS模块输出I、Q正交信号；数字上变频模块对I、Q正交信号进行CIC内插和上变频，产生调频信号；DA芯片将调频信号进行数模转换，然后以无线的形式发射出去。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中预滤波模块为升余弦滚降滤波器。
其中自适应基带调制模块中使用相位累加器进行预滤波后数据和PCM数据流的码速率的累加。
其中数字上变频模块中I信号采用余弦上变频，Q信号采用正弦上变频。
其中预滤波模块、自适应基带调制模块和数字上变频模块采用xc7A200T芯片。
其中xc7A200T芯片与IO模块连接，IO模块接收PCM数据流并发送给xc7A200T芯片。
其中xc7A200T芯片与DA芯片连接，DA芯片为DA3162。
本发明的另一技术方案是：一种自适应码速率遥测设备FM正交调制方法，包括以下步骤：
步骤1，对PCM数据流进行滤波，得到预滤波后数据；具体的使用预调制升余弦滚降滤波器限制PCM数据流的带宽；
步骤2，将预滤波后数据进行相位累加，累加溢出值控制DDS模块输出基带调制后的I、Q正交信号；
步骤3，将I、Q正交信号经过CIC内插和上变频，得到调频信号；
步骤4，对调频信号进行数模转化，并通过无线的信号形式发射出去。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中步骤2中包括计算基带调制中载波的频率控制字：Fcf＝2Nfc/fclk，其中N为量化位数，fc为预滤波后数据的频率，fclk为工作频率；计算PCM码速率控制字：F(j)＝2Nkff(j)/fclk，其中N为量化位数，kf为调制频偏，f(j)为PCM数据流的码速率，fclk为工作频率。
其中步骤2中每一个时钟脉冲累加一次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：基于FPGA平台为硬件外壳，通过一个改进的自适应码速率计算结构，实现了各种码速率的FM正交调制。PCM数据流为二进制数字码元，通过预滤波模块限制其带宽，有利于信道的使用；另外可以设定预滤波模块的阶数、采用频率、截止频率等参数。
更进一步的，通过升余弦滚降滤波器实现对PCM数据流的滤波。
更进一步的，自适应基带调制模块将离散的竖直经过模数转换得到阶梯波，最终得到具有频率的连续波形，即I、Q正交信号。
更进一步的，采用基于FPGA平台的xc7A200T芯片实现本发明的功能，并且通过DA芯片完成数模转化，以无线的信号形式发射出去。
本发明的有益效果还在于：该方法解决了不同码速率的FM正交调制问题，减少了底层调制程序的工作量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明基于FPGA平台的结构示意图；
图3为本发明中预滤波模块的结构示意图；
图4为本发明中自适应基带调制模块的结构示意图；
图5为本发明中数字上变频模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明。
本发明提供了一种自适应码速率遥测设备FM正交调制装置，如图1所示，包括预滤波模块、自适应基带调制模块、数字上变频模块和DA芯片，其中预滤波模块为升余弦滚降滤波器，DA芯片为DA3162芯片。其中如图2所示，通过使用基于FPGA平台的xc7A200T芯片即可实现预滤波模块、自适应基带调制模块和数字上变频模块的功能，并且通过xc7A200T芯片连接IO模块和DA3162芯片实现本技术方案。
具体的本发明的工作原理是：如图3所示，预滤波模块接收PCM数据流，经过滤波之后得到预滤波后数据，由于PCM数据流是二进制数字码元，即矩形脉冲信号，在调频以前要先对基带码元进行脉冲成形，由于在时域上有限的信号，对应频域上的信号就是无限的，因此二进制数字信号的绝对带宽是无限的，从而不利于信道的使用，因此需要限制其带宽，即对脉冲信号进行滤波。
如图4所示，自适应基带调制模块获取到预滤波后数据时，首先计算基带调制中载波的频率控制字：Fcf＝2Nfc/fclk，其中N为量化位数，fc为预滤波后数据的频率，fclk为工作频率；计算PCM码速率控制字：F(j)＝2Nkff(j)/fclk，其中N为量化位数，kf为调制频偏，f(j)为PCM数据流的码速率，fclk为工作频率；以预滤波后数据的幅值乘以PCM码速率控制字得到相位递增量，在每一个时钟脉冲到来时，相位累加器就把频率控制字进行累加一次，相位累加器的输出就是信号的相位码，由于DDS的相位范围为-pi～pi，周期为2pi，所以不断地累加会产生溢出，这个溢出值用来控制DDS；然后利用相位地址查找波形存器，并输出相应的幅值，将这些离散的数值经过模数转换得到阶梯波，最终得到一个要求频率的连续波形，即基带调制后的I、Q正交信号。
如图5所示，数字上变频模块将基带调制后的两路同相的I、Q正交信号，分别经过CIC内插和上变频之后实现调频信号，即I正交信号经过余弦上变频，Q正交信号经过正弦上变频；然后通过DA芯片将调频信号进行数模转化，再以无线的信号形式发射出去。
本发明还公开了一种自适应码速率遥测设备FM正交调制方法，包括以下步骤：
步骤1，对PCM数据流进行滤波，具体的使用预调制升余弦滚降滤波器限制PCM数据流的带宽，得到预滤波后的数据；其中滤波器的阶数可设定，还需要设定采样频率、截止频率、滚降因子和窗函数的类型。
步骤2，将滤波后的数据进行相位累加，具体的是首先计算基带调制中载波的频率控制字：Fcf＝2Nfc/fclk，其中N为量化位数，fc为预滤波后数据的频率，fclk为工作频率；计算PCM码速率控制字：F(j)＝2Nkff(j)/fclk，其中N为量化位数，kf为调制频偏，f(j)为PCM数据流的码速率，fclk为工作频率；在工作时钟的驱动下，每一个时钟脉冲使相位累加器将频率控制字累加一次，并且通过累加溢出值控制DDS模块，并得到的输出值为相位码，并且利用相位地址查找波形存器，输出相应幅值，将离散的竖直经过模数转换得到阶梯波，最终得到一个要求频率的连续波形，即基带调制后的I、Q正交信号。
步骤3，通过数字上变频模块将基带调制后产生两路同相的I、Q正交信号进行CIC内插和上变频之后，具体的I正交信号通过余弦上变频，Q正交信号通过正弦上变频，得到调频信号。
步骤4，使用DA芯片将调频信号进行数模转化，并将其以无线的信号形式发射出去。
在本方法中使用基于FPGA平台的xc7A200T芯片即可实现预滤波模块、自适应基带调制模块和数字上变频模块的功能，然后使用DA3162芯片输出无线形式的。

Claims (10)

1.一种自适应码速率遥测设备FM正交调制装置，其特征在于，包括预滤波模块，预滤波模块获取PCM数据流并对其进行滤波；自适应基带调制模块接收预滤波后数据和PCM数据流的码速率，通过相位累加之后经过DDS模块输出I、Q正交信号；数字上变频模块对I、Q正交信号进行CIC内插和上变频，产生调频信号；DA芯片将调频信号进行数模转换，然后以无线的形式发射出去。
2.根据权利要求1所述的自适应码速率遥测设备FM正交调制装置，其特征在于，所述预滤波模块为升余弦滚降滤波器。
3.根据权利要求1所述的自适应码速率遥测设备FM正交调制装置，其特征在于，所述自适应基带调制模块中使用相位累加器进行预滤波后数据和PCM数据流的码速率的累加。
4.根据权利要求1所述的自适应码速率遥测设备FM正交调制装置，其特征在于，所述数字上变频模块中I信号采用余弦上变频，Q信号采用正弦上变频。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的自适应码速率遥测设备FM正交调制装置，其特征在于，所述预滤波模块、自适应基带调制模块和数字上变频模块采用xc7A200T芯片。
6.根据权利要求5所述的自适应码速率遥测设备FM正交调制装置，其特征在于，所述xc7A200T芯片与IO模块连接，IO模块接收PCM数据流并发送给xc7A200T芯片。
7.根据权利要求5所述的自适应码速率遥测设备FM正交调制装置，其特征在于，所述xc7A200T芯片与DA芯片连接，DA芯片为DA3162。
8.一种自适应码速率遥测设备FM正交调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对PCM数据流进行滤波，得到预滤波后数据；具体的使用预调制升余弦滚降滤波器限制PCM数据流的带宽；
步骤2，将预滤波后数据进行进行相位累加，累加溢出值控制DDS模块输出基带调制后的I、Q正交信号；
步骤3，将I、Q正交信号经过CIC内插和上变频，得到调频信号；
步骤4，对调频信号进行数模转化，并通过无线的信号形式发射出去。
9.根据权利要求8所述的自适应码速率遥测设备FM正交调制方法，其特征在于，所述步骤2中包括计算基带调制中载波的频率控制字：Fcf＝2Nfc/fclk，其中N为量化位数，fc为预滤波后数据的频率，fclk为工作频率；计算PCM码速率控制字：F(j)＝2Nkff(j)/fclk，其中N为量化位数，kf为调制频偏，f(j)为PCM数据流的码速率，fclk为工作频率。
10.根据权利要求8或9任意一项所述的自适应码速率遥测设备FM正交调制方法，其特征在于，所述步骤2中每一个时钟脉冲累加一次。
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