CN108616472B - 一种幅度调制方法及幅度调制装置 - Google Patents

一种幅度调制方法及幅度调制装置 Download PDF

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Abstract

一种用于模拟衰减器的幅度调制方法，包括获取调制波形的数字信号、数字预失真处理、生成模拟调制信号和执行幅度调制的步骤，由于采用数字预失真处理的办法取代了现有技术中的模拟预失真处理办法，使得生成的调制信号具有了更高的调制精度，能够有效改善模拟衰减器的谐波失真现象。此外，依据幅度调制方法构建的一种幅度调制装置，采用了直接数字式频率合成器、数字预失真处理器和数模转换器作为调制信号的发生单元，使该发生单元具有全数字化地接收信号以及处理信号的能力，不但能够获得精度较高的调制信号，还能够以数字芯片的处理形式避免模拟预失真电路中存在的电路布局复杂和适配信号频率有限的问题。

Description

一种幅度调制方法及幅度调制装置
技术领域
本发明涉及幅度调制技术，具体涉及一种幅度调制方法及幅度调制装置。
背景技术
调制技术是一种将信号源产生的信号转换为适宜无线传输形式的过程，可分为模拟调制过程和数字调制过程，其中，幅度调制(简称AM调制，Amplitude Modulation)是模拟调制的重要手段之一。幅度调制在有线电或无线电通信和广播中应用甚广，其在载波信号频率不变的情况下，使载波的振幅按照所需传送信号的变化规律而变化。
目前，常采用模拟衰减器对微波信号进行幅度调制以扩大载波的调幅范围，见图1。采用直接数字式频率合成器(简称DDS，用于产生任意频率的数字信号)和数模转换器(简称DAC，又称D/A转换器)产生原始调制信号，经过模拟预失真处理模块后产生调制信号，该调制信号控制模拟衰减器对载波信号进行幅度调制，从而控制载波的幅度。由于模拟衰减器的衰减量与控制信号之间存在严重的非线性关系，所以不能直接用原始调制信号去控制模拟衰减器，而采用模拟预失真处理模块先对控制信号进行预失真处理。在采用模拟预失真处理器时，对原始调制信号进行的是模拟量信号处理过程，无法获得较高精度的调制信号，往往会存在模拟衰减器的谐波失真大，模拟预失真电路设计复杂，模拟预失真电路无法适配模拟衰减器各频段调制信号，以及模拟预失真电路存在温漂的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是如何在幅度调制过程中改善模拟失真处理模块所引起的模拟衰减器的谐波失真现象。为解决上述问题，本发明提供了一种幅度调制方法及幅度调制装置。
根据本申请的第一个方面，本申请提供了一种幅度调制方法，包括：
获取调制波形的数字信号；
对所述数字信号进行数字预失真处理；
将经过数字预失真处理的数字信号进行数模转换，获取模拟调制信号；
将所述模拟调制信号输入到一模拟衰减器的控制端，以通过该模拟衰减器对由其输入端输入的模拟载波信号进行调幅，并通过其输出端输出模拟调幅信号。
根据本申请的第二个方面，本申请提供了一种幅度调制装置，包括：
直接数字式频率合成器，用于输出调制波形的数字信号；
数字预失真处理器，用于接收所述数字信号并对该数字信号进行数字预失真处理；
数模转换器，用于对经过数字预失真处理的数字信号进行数模转换，获得模拟调制信号；
模拟衰减器，所述模拟衰减器的控制端用于接收所述模拟调制信号，以对其输入端输入的模拟载波信号进行幅度调制，并通过输出端输出模拟调幅信号。
本申请的有益效果是：
依据上述实施例的一种幅度调制方法，包括获取调制波形的数字信号、数字预失真处理、生成模拟调制信号和执行幅度调制的步骤，由于采用数字预失真处理的办法取代了现有技术中的模拟预失真处理办法，使得生成的调制信号具有了更高的调制精度，能够有效改善模拟衰减器的谐波失真现象。此外，依据幅度调制方法构建的一种幅度调制装置，采用了直接数字式频率合成器、数字预失真处理器和数模转换器作为调制信号的发生单元，使该发生单元具有全数字化地接收信号以及处理信号的能力，不但能够获得精度较高的调制信号，还能够以数字芯片的处理形式避免模拟预失真电路中存在的电路布局复杂和适配信号频率有限的问题，同时，也可避免模拟预失真电路中因个别信号处理元件所引起的温漂问题。
附图说明
图1为现有技术中幅度调制装置的结构示意图；
图2为幅度调制装置的结构示意图；
图3为另一种幅度调制装置的结构示意图；
图4为又一种幅度调制装置的结构示意图；
图5为幅度调制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
模拟衰减器，是一种提供衰减的电子元器件，广泛地应用于电子设备中，属于现有技术。模拟衰减器主要具有两个用途：一方面用于调整电路中的信号大小，另一方面用于改善电路中的阻抗匹配以得到稳定的负载阻抗。现有的模拟衰减器通常具有载波输入端、调制控制端和调制输出端，其中，载波输入端用于输入待衰减的载波信号，调制控制端用于输入对载波信号进行幅度调制的调制信号，调制输出端用于模拟调幅信号(即幅度调制后的载波信号)。
采用模拟衰减器对载波信号进行幅度调制的过程可理解为用调制信号UΩ(t)去控制载波信号Uc(t)的振动幅度，使载波信号Uc(t)的振动幅度按照调制信号UΩ(t)的规律进行变化。得到的模拟调幅信号可以表示为：
UΩ'(t)＝Uc(Ec+UΩcos(Ωt))cos(ωct)
上式中，Uc表示载波幅度，则载波信号的表达式为Uc(t)＝Uccos(ωct)；UΩ表示调制幅度，则调制信号的表达式为UΩ(t)＝Ec+UΩcos(Ωt)。通过式中的数学方程上看模拟调幅信号是调制信号与载波信号的乘积。
直接数字式频率合成器(简称DDS，Direct Digital Synthesizer)，是一项关键的数字化频率发生器件，用于合成任意频率的数字信号(包括用于幅度调制的调制波形的数字信号)，属于现有技术。DDS通常包括信号源和波形数据发生器，其中，信号源可为时钟，用于产生特定频率的周期性信号，函数波形发生器在信号的激励信号作用下通过查询数据表(数据表用于存储一个完整周期的函数波形)的方式产生用户自定义的函数波形或者频率可调的固定波形(常见的固定波形有正弦波、方波、阶梯波和锯齿波)。与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域。此外，DDS还具有数模转换元件，能够将合成的数字信号转换为相对应频率、幅度的模拟信号。
数模转换器，是一种把数字量转变成模拟量的器件，属于现有技术，这里不再进行详细描述。
本申请公开了一种幅度调制装置，如图2所示。
该幅度调制装置包括直接数字式频率合成器101(或者称为DDS)、数字预失真处理器102、数模转换器103(或者称为DAC)、模拟衰减器104。下面将分别说明。
直接数字式频率合成器101用于向数字预失真处理器102发送调制波形的数字信号。直接数字式频率合成器101产生调制波形的数字信号的具体过程为：直接数字式频率合成器101利用内部的时钟产生周期性的激励信号，内部的函数波形发生器按照用户设定的函数波形并在该激励信号作用下查询自身的数据表，在数据表中找到相应的波形函数之后输出该波形函数的波形数据，该波形数据以数字形式达到数字预失真处理器102。
数字预失真处理器102与直接数字式频率合成器101信号连接，用于接收调制波形的数字信号并对该数字信号进行数字预失真处理。该数字预失真处理器102预设有模拟衰减器103的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系，在对数字信号进行数字预失真处理时，包括根据该关系对数字信号进行数字预失真处理。数字预失真处理的过程可描述为：数字预失真处理器102将获取的调制波形的数字信号作为该关系对应的曲线方程的自变量进行计算，得到的曲线方程的因变量作为经过数字预失真处理的数字信号。
数模转换器103与数字预失真处理器102信号连接，用于对经过数字预失真处理的数字信号进行数模转换，获得模拟调制信号。该模拟调制信号为模拟信号形式，可满足模拟衰减器104的调制控制端的信号形式要求。
模拟衰减器104的控制端与模数转换器103信号连接，用于接收模拟调制信号以对其输入端输入的模拟载波信号进行幅度调制，并通过输出端输出模拟调幅信号。在一具体实施例中，优选地采用一定频率的正弦波信号作为模拟载波信号。模拟衰减器104将模拟调制信号加载到模拟载波信号之中生成模拟调幅信号，该模拟调幅信号的周期与模拟调制信号一致，振动幅度按照模拟调制信号的幅度规律进行变化。
进一步地，为了在数字预失真处理器102中预设模拟衰减器104的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系，幅度调制装置还包括预设单元105，用于获取模拟衰减器104的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系，请参照图3。在一实施例中，预设单元105包括功率采集器1051和关系处理模块1052，说明如下。
功率采集器1051设于模拟衰减器104的调制输出端，用于采集模拟衰减器104的模拟调幅信号的输出功率。在数模转换器103预先向模拟衰减器104的控制端依次发送若干个不同电压值的模拟直流信号时，功率采集器1051分别获取模拟衰减器的控制端被输入每个模拟直流信号时，输出端对应的信号的功率，将所获取的功率依次发送给关系处理模块1052。
关系处理模块1052与功率采集器1051和数字预失真处理器102信号连接，用于根据模拟调幅信号的输出功率生成模拟衰减器104的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系，用于将该关系预设在数字预失真处理器102中。关系处理模块1052根据接收到的功率计算得到每个模拟直流信号在模拟衰减器104的控制端输入时输出的模拟调幅信号的幅度，从而得到若干对模拟衰减器104的控制端的电压与输出端对应的信号幅度，对这些若干对模拟衰减器104的控制端的电压与输出端对应的信号幅度进行拟合，得到模拟衰减器104的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系，并将这种关系预设于数字预失真处理器102。在一具体实施例中，关系处理模块105对若干对模拟衰减器104的控制端的电压与输出端对应的信号幅度进行拟合的过程可描述为：将输出端对应的信号幅度作为X轴自变量，控制端的电压作为Y轴因变量，对若干对模拟衰减器的控制端的电压与输出端对应的信号幅度进行曲线拟合，得到曲线方程，将曲线方程作为模拟衰减器104的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系。
在另一具体实施例中，预设单元105中的关系处理模块1052集成在数字预失真处理器102中，并形成数字预失真处理器102的一个功能单元，请参照图4。这种设计可以进一步简化上述的幅度调制装置的硬件结构，可以扩展数字预失真处理器102的功能，为用户提供操作便利。
本申请还提出了一种幅度调制方法，如图5所示，该幅度调制方法包括以下步骤。
S201，获取调制波形的数字信号。
见图2，设置直接数字式频率合成器101输出用户自定义的调制波形的数字信号，此时的数字信号是具有特定函数波形的波形数据，如正弦波数据、方波数据、阶梯波数据或者锯齿波数据，这里不对数字信号的具体波形数据做限制。
S202，对调制波形的数字信号进行数字预失真处理。
在本步骤中，包括预先获取若干对模拟衰减器104的控制端的电压与输出端对应的信号幅度，以得到模拟衰减器14的控制端电压与输出端对应信号幅度的关系的步骤，根据该关系将对步骤S201中的调制波形的数字信号进行数字预失真处理。
得到模拟衰减器14的控制端电压与输出端对应信号幅度的关系的步骤包括以下环节：
(1)测量模拟调幅信号的输出功率。见图3，预设单元中的关系处理模块1052通过数字预失真处理器102向数模转换器103依次发送若干个不同幅度值的数字直流信号，数模转换器103接收到这些数字直流信号之后依次输出不同电压值的模拟直流信号至模拟衰减器104。模拟衰减器104在其输入端被输入每个模拟直流信号时，将该模拟直流信号加载至模拟载波信号(优选地采用正弦波信号)并产生幅度固定的模拟调幅信号。此时，功率采集器1051依次对各个固定功率的模拟调幅信号进行功率的采集，并将各个功率的采集结果以数字信号形式依次传输至关系处理模块1052。
(2)转化输出功率为信号幅度。关系处理模块1052依次接收环节(1)中的输出功率并对其做数据处理，将各个功率转化为对应的信号幅度，从而得到若干对模拟衰减器104的控制端的电压与输出端对应的信号幅度。功率和信号幅度之间的转化比例关系由用户自定义设置，这里不再进行进一步限制。
(3)曲线拟合得到预失真处理的曲线方程。将模拟衰减器104的输出端对应的信号幅度作为X轴自变量，控制端的电压作为Y轴因变量，对所述若干对模拟衰减器104的控制端的电压与输出端对应的信号幅度进行曲线拟合，得到曲线方程，该曲线方程作为模拟衰减器的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系。由于曲线拟合属于现有技术，这里不再进行详细说明。
得到的曲线方程直接地反映了模拟衰减器104的调制控制端电压和调制输出端功率的对应关系，间接地放映了模拟衰减器104的衰减特性。为保证曲线拟合的运算效果，为增强模拟预失真方程的准确度，应当采用一定数量的关系数据进行曲线拟合运算，因此，优选地获得至少20对模拟衰减器的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系。
(4)预设曲线方程。数字预失真处理器102从关系处理模块1052中得到步骤S203中的曲线方程，并将该曲线方程预设在数字预失真处理器102中。
上述的环节(1)至(4)详细地说明了获得并预设曲线方程的过程，也是预设模拟衰减器104的控制端电压与输出端对应信号幅度的关系的过程，该过程多用于幅度调制装置的参数校正阶段，如出厂设置、初始化设置等情形。当幅度调制装置已预设了曲线方程的情形下，则直接利用幅度调制装置进行幅度调制即可，不必再执行环节(1)至(4)。
接下来，将根据该关系将对步骤S201中的数字调制信号进行数字预失真处理，数字预失真处理的过程可描述为：数字预失真处理器102接收步骤S201中数字信号，并获取该数字信号的各个数据点，读取各数据点并将各数据点作为参数X轴自变量依次代入曲线方程之中以得到对应的Y轴因变量，得到的连续的Y轴因变量即为经过数字预失真处理的数字信号。
S203，生成模拟调制信号。
数模转换器103接收步骤S206中的已经过数字预失真处理的数字信号进行模数转换以生成模拟调制信号。。
S204，输出模拟调制信号并进行幅度调制。
数模转换器103输出模拟调制信号至模拟衰减器104的调制控制端，模拟衰减器104将该模拟调制信号加载到模拟载波信号中并生成模拟调幅信号，从而对模拟载波信号进行幅度调制。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.一种幅度调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取调制波形的数字信号；
对所述数字信号进行数字预失真处理；该步骤具体包括：预先获取若干对模拟衰减器的控制端的电压与输出端对应的信号幅度，以得到模拟衰减器的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系；根据所述关系对所述数字信号进行数字预失真处理；
将经过数字预失真处理的数字信号进行数模转换，获取模拟调制信号；
将所述模拟调制信号输入到一模拟衰减器的控制端，以通过该模拟衰减器对由其输入端输入的模拟载波信号进行调幅，并通过其输出端输出模拟调幅信号。
2.如权利要求1所述的幅度调制方法，其特征在于，所述预先获取若干对模拟衰减器的控制端的电压与输出端对应的信号幅度，以得到模拟衰减器的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系，包括：
预先向模拟衰减器的控制端依次发送若干个不同电压值的模拟直流信号；
分别获取模拟衰减器的控制端被输入每个模拟直流信号时，输出端对应的信号幅度，以得到若干对模拟衰减器的控制端的电压与输出端对应的信号幅度；
对所述若干对模拟衰减器的控制端的电压与输出端对应的信号幅度进行拟合，得到模拟衰减器的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系。
3.如权利要求2所述的幅度调制方法，其特征在于，分别获取模拟衰减器的控制端被输入每个模拟直流信号时，输出端对应的信号幅度，包括：分别获取模拟衰减器的控制端被输入每个模拟直流信号时，输出端对应的信号的功率，根据该信号的功率计算得到该信号的幅度。
4.如权利要求2所述的幅度调制方法，其特征在于，所述对所述若干对模拟衰减器的控制端的电压与输出端对应的信号幅度进行拟合，得到模拟衰减器的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系，包括：将输出端对应的信号幅度作为X轴自变量，控制端的电压作为Y轴因变量，对所述若干对模拟衰减器的控制端的电压与输出端对应的信号幅度进行曲线拟合，得到曲线方程，作为所述关系。
5.如权利要求4所述的幅度调制方法，其特征在于，所述根据所述关系对所述数字信号进行数字预失真处理，包括：将所述获取的调制波形的数字信号作为所述曲线方程的自变量进行计算，得到的所述曲线方程的因变量作为经过数字预失真处理的数字信号。
6.一种幅度调制装置，其特征在于，包括：
直接数字式频率合成器，用于输出调制波形的数字信号；
数字预失真处理器，用于接收所述数字信号并对该数字信号进行数字预失真处理；所述数字预失真处理器预设有模拟衰减器的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系，在对所述数字信号进行数字预失真处理时，包括根据所述关系对所述数字信号进行数字预失真处理；
数模转换器，用于对经过数字预失真处理的数字信号进行数模转换，获得模拟调制信号；
模拟衰减器，所述模拟衰减器的控制端用于接收所述模拟调制信号，以对其输入端输入的模拟载波信号进行幅度调制，并通过输出端输出模拟调幅信号。
7.如权利要求6所述的一种幅度调制装置，其特征在于还包括预设单元；
所述数模转换器预先向模拟衰减器的控制端依次发送若干个不同电压值的模拟直流信号；
所述预设单元分别获取模拟衰减器的控制端被输入每个模拟直流信号时，输出端对应的信号幅度，以得到若干对模拟衰减器的控制端的电压与输出端对应的信号幅度，对所述若干对模拟衰减器的控制端的电压与输出端对应的信号幅度进行拟合，得到模拟衰减器的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系，并将所述关系预设于所述数字预失真处理器。
8.如权利要求7所述的一种幅度调制装置，其特征在于，所述预设单元对所述若干对模拟衰减器的控制端的电压与输出端对应的信号幅度进行拟合，得到模拟衰减器的控制端电压与输出端对应的信号幅度的关系时，将输出端对应的信号幅度作为X轴自变量，控制端的电压作为Y轴因变量，对所述若干对模拟衰减器的控制端的电压与输出端对应的信号幅度进行曲线拟合，得到曲线方程，作为所述关系。
9.如权利要求8所述的一种幅度调制装置，其特征在于，所述数字预失真处理器根据所述关系对所述数字信号进行数字预失真处理时，将所述获取的数字信号作为所述曲线方程的自变量进行计算，得到的所述曲线方程的因变量作为经过数字预失真处理的数字信号。
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