CN108881099B - 一种通信信号的生成系统和生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种通信信号的生成系统和生成方法，通过频率控制字解算模块实时获取通信目标所需的通信信号的符号速率，根据符号速率解算频率控制字；通过第一频率合成器获取待传输信号，并实时根据频率控制字将待传输信号调整为基带信号，以使基带信号的基波频率与符号速率相对应；通过信号调制模块将载波信号和基带信号调制为通信信号；该系统和方法实时根据通信目标所需的通信信号的符号速率解算频率控制字，通过频率控制字将待传输信号调制为基波频率与通信目标所需的通信信号的符号速率相对应的基带信号，最终将该基带信号调制为通信信号，从而达到了使系统生成的通信信号根据通信目标对通信信号中符号速率实时可变的需求。

Description

一种通信信号的生成系统和生成方法

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种通信信号的生成系统和生成方法。

背景技术

在通信领域中，通信设备之间的数据信息传输时通过通信信号来实现，数据信息一般是待传输的基带信号，其特点是频率较低、频带较宽且相互重叠，很容易造成信号之间的干扰，为了适合信道传输，必须进行调制；所谓调制，就是将待传输的基带信号加载到高频振荡信号上的过程，其实质是将基带信号搬移到高频载波上去，以生成为通信设备之间进行通信的通信信号，以上过程也就是频谱搬移的过程，目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的高频信号。

目前的调制过程是将特定频率的基带信号加载到高频载波上去，以形成高频通信信号。

然而，在通信目标经常改变，导致通信目标所需的通信信号中基波频率经常需要改变时，或者通信目标本身需要通信信号中基波频率经常需要改变时，由于目前的信号调制系统只能将特定频率的基带信号加载到高频载波上去，以形成高频通信信号，不能满足通信目标对通信信号中基波频率实时可变的需求。

发明内容

为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种通信信号的生成系统和生成方法。

本发明实施例提供一种通信信号的生成系统，包括：频率控制字解算模块、第一频率合成器、载波生成模块和信号调制模块；频率控制字解算模块连接至第一频率合成器，第一频率合成器连接至信号调制模块，载波生成模块连接至信号调制模块；频率控制字解算模块，用于实时获取通信目标所需的通信信号的符号速率，根据符号速率解算频率控制字，并将频率控制字发送至第一频率合成器；第一频率合成器，用于获取待传输信号，并实时根据频率控制字将待传输信号调整为基带信号，以使基带信号的基波频率与符号速率相对应，并将基带信号发送至信号调制模块；载波生成模块，用于生成载波信号，并将载波信号发送至信号调制模块；信号调制模块，用于将载波信号和基带信号调制为通信信号。

本发明实施例还提供一种通信信号的生成方法，包括：实时获取通信目标所需的通信信号的符号速率，根据符号速率解算频率控制字；获取待传输信号，并实时根据频率控制字将待传输信号调整为基带信号，以使基带信号的基波频率与符号速率相对应；生成载波信号，将载波信号和基带信号调制为通信信号。

本发明实施例提供的一种通信信号的生成系统和生成方法，通过频率控制字解算模块实时获取通信目标所需的通信信号的符号速率，根据符号速率解算频率控制字；通过第一频率合成器获取待传输信号，并实时根据频率控制字将待传输信号调整为基带信号，以使基带信号的基波频率与符号速率相对应；通过载波生成模块生成载波信号；通过信号调制模块将载波信号和基带信号调制为通信信号；该系统和方法实时根据通信目标所需的通信信号的符号速率解算频率控制字，通过频率控制字将待传输信号调制为基波频率与通信目标所需的通信信号的符号速率相对应的基带信号，最终将该基带信号调制为通信信号，从而达到了使系统生成的通信信号根据通信目标对通信信号中符号速率实时可变的需求。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的通信信号的生成系统的示意图；

图2为根据本发明另一实施例的通信信号的生成系统的示意图；

图3为根据本发明实施例的通信信号的生成方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在本发明的一个实施例中，参考图1，提供一种通信信号的生成系统，包括：频率控制字解算模块11、第一频率合成器12、载波生成模块13和信号调制模块14；频率控制字解算模块11连接至第一频率合成器12，第一频率合成器12连接至信号调制模块14，载波生成模块 13连接至信号调制模块14；频率控制字解算模块11，用于实时获取通信目标所需的通信信号的符号速率，根据符号速率解算频率控制字，并将频率控制字发送至第一频率合成器12；第一频率合成器12，用于获取待传输信号，并实时根据频率控制字将待传输信号调为基带信号，以使基带信号的基波频率与符号速率相对应，并将基带信号发送至信号调制模块14；载波生成模块13，用于生成载波信号，并将载波信号发送至信号调制模块14；信号调制模块14，用于将载波信号和基带信号调制为通信信号。

具体地，待传输信号一般为频率恒定的数据信号，由于通信目标经常而导致通信目标所需的通信信号中基波频率经常需要改变，或者通信目标本身需要通信信号中符号速率经常需要改变，为了满足通信目标对通信信号中符号速率实时可变的要求，本实施例的通信信号的生成系统通过频率控制字解算模块11实时获取通信目标所需的通信信号的符号速率，根据符号速率解算频率控制字。符号速率是指数据信息的传输速率，而通信信号中，基带信号为待传输的数据信号，所以调制后获得的通信信号的符号速率应与基带信号的基波频率相对应。

频率控制字为在频率合成领域中用以控制信号频率的控制字，根据频率合成技术，频率控制字、系统时钟频率，频率合成器中相位累加器的位宽与经过频率合成器调整后获得的基带信号的基波频率具有以下关系：

其中，f为对待传输信号调整后获得的基带信号的基波频率，M为频率控制字，f_c为系统时钟频率，N为频率合成器中相位累加器的位宽。

通过上式对待传输信号进行调整，以获得基带信号再基于该基带信号进行调制，即可实时获得调制信号(即通信信号)中与基带信号的基波频率相对应的符号速率。

本实施例的通信信号的生成系统通过第一频率合成器12获取待传输信号，并实时根据频率控制字将待传输信号调制为基带信号，并使基带信号的符号速率的大小与基波频率的大小相等，同时，通信信号的生成系统通过载波生成模块13生成载波信号，最后，通信信号的生成系统通过信号调制模块14将载波信号和基带信号调制为通信信号，从而使通信信号的生成系统生成的通信信号根据通信目标对通信信号中基波频率的要求实时改变。

本实施例通过实时根据通信目标所需的通信信号的符号速率解算频率控制字，通过频率控制字将待传输信号调制为基波频率与通信目标所需的通信信号的符号速率相对应的基带信号，最终将该基带信号调制为通信信号，从而达到了使系统生成的通信信号根据通信目标对通信信号中符号速率实时可变的需求。

基于以上实施例，第一频率合成器包括相位累加器、波形存储器和DAC转换器；相位累加器，用于对待传输信号的相位值根据频率控制字进行累加，将逐次累加获得的相位值组成相位值序列；波形存储器，用于存储待传输信号的幅度信息，提取并输出待传输信号在相位值序列中每一相位值处的幅度；DAC转换器，用于将待传输信号在相位值序列中每一相位值处的幅度转换为基带信号。

具体地，第一频率合成器可采用直接数字式频率合成器(DDS)，包括相位累加器、波形存储器和DAC转换器，第一频率合成器利用相位累加器的输出作为地址，通过波形存储器寻址待传输信号，获得幅度，在通过DAC转换器将幅度转换为基带信号。

待传输信号可存储在波形存储器中，波形存储器包含一个周期的待传输信号的数字幅度信息，波形存储器每个地址表示0-2π范围内的一个相位点。每一个系统时钟周期后，相位累加器将待传输信号的相位值以频率控制字M为步长增加，将逐次累加获得的相位值组成相位值序列；相位累加器将相位值序列中的相位值输出至波形存储器，波形存储器将每一相位值作为波形存储器的寻址地址，根据寻址地址提取待传输信号在相位值序列中每一相位值处的幅度，所提取的幅度再经过DAC转换为模拟信号。

系统时钟频率为f_c，相位累加器的位宽为N，频率控制字为M，相位累加器经过个时钟周期后回到初始状态，相应波形存储器中所存储待传输信号的经过一个循环回到初始位置，此时第一频率合成器输出了一个周期的基带信号，且输出的基带信号的符号频率与通信目标对通信信号中基波频率的需求值相同。

具体实施过程中，因为存储资源有限，相位累加器的输出位并不全部加载为波形存储器的寻址地址，而是要做截断；截取相位累加器输出的N位中的高Q位作为寻址地址，使得低位被截断，但被截断的低位仍会保留在相位累加器中参与累加；因此能够在不降低频率分辨率的情况下，减小波形存储器的存储容量。

本实施例利用频率合成器具有的切换速率时速度快，功耗较小，符号速率具有较高的分辨率的特点，是获得的通信信号更加细致，量化误差更小，提高了通信信号的质量。

基于以上实施例，第一频率合成器还包括多路相位变换电路；多路相位变换电路，用于从相位值序列中提取多个子相位值序列；相应地，波形存储器，用于存储待传输信号的幅度信息，提取并输出待传输信号在每一子相位值序列中每一相位值处的幅度；DAC转换器，用于将待传输信号在多个子相位值序列中每一相位值处的幅度转换为多路并行的基带信号。

具体地，第一频率合成器还可以通过多路相位变换电路，从相位值序列中提取多个子相位值序列，使每个子相位值序列中包括多个以频率控制字M为步长增加的相位值，具体实施时，在一个采样周期内同时得到K个采样点的相位值(即一个采样周期包括K个系统时钟周期)，基于每个采样点，之后各单路相位累加器以KM的步长累加采样，得到下一采样的K个采样点的相位值。相当于以K倍的采样速率按步进M采样获得的相位值序列中提取K个子相位值序列，使每个子相位值序列中包括多个以频率控制字M为步长增加的相位值。

基于以上实施例，载波生成模块包括第二频率合成器；第二频率合成器，用于将高频信号调制为多路并行的载波信号。

具体地，同样的，载波生成模块中也可采用功能如上述第一频率合成器的第二频率合成器(可采用直接数字式频率合成器(DDS))，以获得多路并行的载波信号，具体的多路并行的载波信号的获取过程与上述多路并行的基带信号的获取过程类似，此处不再赘述。

基于以上实施例，信号调制模块包括多路并行相乘器、多路并行累加器和并串转换子模块；多路并行相乘器，用于将多路并行的基带信号与多路并行的载波信号相乘，获得多路并行的调制波形；多路并行累加器，用于将多路并行的调制波形进行累加；并串转换子模块，用于将累加后的多路并行的调制波形转换为通信信号。

具体地，由于获取的多路基带信号和载波信号是并行的，本实施例的信号调制模块通过多路并行相乘器将多路并行的基带信号与多路并行的载波信号相乘，获得多路并行的调制波形；并通过多路并行累加器将多路并行的调制波形进行累加；再通过并串转换子模块将累加后的多路并行的调制波形转换为串行的通信信号。

基于以上实施例，系统还包括待传输信号提取模块；待传输信号提取模块，用于根据调制类型和待传输数据获取通信信号的三角函数表达式，并根据三角函数表达式提取I路数据信号和Q路数据信号，I 路数据信号和Q路数据信号组成待传输信号；载波生成模块，还用于生成与I路数据信号相对应的具有三角函数形式的I路载波信号和与Q 路数据信号相对应的具有三角函数形式的Q路载波信号，I路载波信号和Q路载波信号组成载波信号。

具体地，IQ调制中，通常将待传输数据分为两路，分别进行调制；常见的调制方式包括AM、DSB、SSB、FM、2ASK、2FSK、2PSK和 MSK等，不同的调制方式对应的同相分量I(t)和正交分量Q(t)各不相同，几种常见调制方式的同相分量和正交分量如表1：

调制信号的一般表达式为：

其中，ω_c是载波角频率，是载波相位，A(t)是幅值。

将上式展开可得：

S(t)＝I(t)cos(ω_ct)-Q(t)sin(ω_ct)；

其中：

表1几种常见调制方式的同相分量和正交分量

由以上各式可知，调制信号S(t)是cos(ω_ct)和-sin(ω_ct)的线性组合，而I(t)和Q(t)包含了调制信号的幅度信息和相位信息。因此，只要确定了I(t)和Q(t)，便可以通过三角函数信号(正弦信号和/或余弦信号) 实现各种不同的调制类型。因此调制过程等价于得到同相分量I(t)和正交分量Q(t)后，用I(t)和Q(t)对cos(ω_ct)和-sin(ω_ct)进行线性组合的过程，例如，对于AM信号：

s_AM(t)＝[A+Q·m(t)]cos(ω_ct)；

其中，A为直流信号，Q为调幅指数可得同相分量 I(t)＝A+Q·m(t)，正交分量Q(t)＝0；再如，对于QPSK信号：

s_QPSK(t)＝m_I(t)cos(ω_ct)-m_Q(t)sin(ω_ct)；

可得同相分量I(t)＝m_I(t)，正交分量Q(t)＝m_Q(t)。

本实施例中，根据不同的调制类型，获取调制信号(即通信信号) 的三角函数表达式，再根据调制信号的三角函数表达式获取同相分量 (即I路数据信号)和正交分量(即Q路数据信号)，从而在对任何待传输数据的调制过程中，通过待传输信号提取模块获取满足调制信号的三角函数表达式的同相分量和正交分量，通过上述方法获取的I路数据信号和Q路数据信号，满足了正交调制模型对同相分量和正交分量的要求，使得载波信号可选择使用统一的三角函数信号，例如，调制信号S(t)转换成cos(ω_ct)和-sin(ω_ct)的线性组合，则载波信号的I路载波信号可选择余弦信号cos(ω_ct)，Q路载波信号可选择正弦信号 -sin(ω_ct)；能保证调制系统仅需产生三角函数信号的载波生成模块，而无需其他类型波形信号的载波生成模块，能极大降低系统的复杂度，最大限度降低系统中资源的占用，降低了配置程序的复杂性。

基于以上实施例，信号调制模块包括第一相乘子模块、第二相乘子模块和累加器；第一相乘子模块，用于获取I路数据信号和I路载波信号，并将I路数据信号和I路载波信号相乘，以获得I路调制波形；第二相乘子模块，用于获取Q路数据信号和Q路载波信号，并将Q路数据信号和Q路载波信号相乘，以获得Q路调制波形；累加器，用于将I路调制波形与Q路调制波形累加获得通信信号。

基于以上实施例，如图2所示，将多路并行调制与IQ调制结合起来，以实现更高效的载波调制。利用第一频率合成器分别获得多路并行的I路数据信号和多路并行的Q路数据信号，利用第二频率合成器分别获得多路并行的I载波据信号和多路并行的Q路载波信号，利用多路并行相乘器将多路并行的I路数据信号和多路并行的I路载波信号相乘，以获得多路并行的I路调制波形，同样的获得多路并行的Q路调制波形，在通过多路并行累加器将多路并行的I路调制波形和多路并行的Q路调制波形进行累加，最后将累加后的结果输入至并串转换子模块，并输出通信信号。

作为本发明的又一个实施例，参考图3，提供一种通信信号的生成方法，包括：S31，实时获取通信目标所需的通信信号的符号速率，根据符号速率解算频率控制字；S32，获取待传输信号，并实时根据频率控制字将待传输信号调整为基带信号，以使基带信号的基波频率与符号速率相对应；S33，生成载波信号，将载波信号和基带信号调制为通信信号。

其中，根据频率控制字将待传输信号调制为基带信号，包括：对待传输信号的相位值根据频率控制字进行累加，将逐次累加获得的相位值组成相位值序列；提取并输出待传输信号在相位值序列中每一相位值处的幅度；将待传输信号在相位值序列中每一相位值处的幅度转换为基带信号。

本实施例的通信信号的生成方法在上述实施例中已经做了详细的阐述，此处不再赘述。

本实施例通过实时根据通信目标所需的通信信号的符号速率解算频率控制字，通过频率控制字将待传输信号调制为基波频率与通信目标所需的通信信号的符号速率相对应的基带信号，最终将该基带信号调制为通信信号，从而达到了使系统生成的通信信号根据通信目标对通信信号中符号速率实时可变的需求。

最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种通信信号的生成系统，其特征在于，包括：频率控制字解算模块、第一频率合成器、载波生成模块和信号调制模块；

所述频率控制字解算模块连接至所述第一频率合成器，所述第一频率合成器连接至所述信号调制模块，所述载波生成模块连接至所述信号调制模块；

所述频率控制字解算模块，用于实时获取通信目标所需的通信信号的符号速率，根据所述符号速率解算频率控制字，并将所述频率控制字发送至所述第一频率合成器；

所述第一频率合成器，用于获取待传输信号，并实时根据所述频率控制字将所述待传输信号调整为基带信号，以使所述基带信号的基波频率与所述符号速率相对应，并将所述基带信号发送至所述信号调制模块；

所述载波生成模块，用于生成载波信号，并将所述载波信号发送至所述信号调制模块；

所述信号调制模块，用于将所述载波信号和所述基带信号调制为通信信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一频率合成器包括相位累加器、波形存储器和DAC转换器；

所述相位累加器，用于对所述待传输信号的相位值根据所述频率控制字进行累加，将逐次累加获得的相位值组成相位值序列；

所述波形存储器，用于存储所述待传输信号的幅度信息，提取并输出所述待传输信号在所述相位值序列中每一相位值处的幅度；

所述DAC转换器，用于将所述待传输信号在所述相位值序列中每一相位值处的幅度转换为所述基带信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一频率合成器还包括多路相位变换电路；

所述多路相位变换电路，用于从所述相位值序列中提取多个子相位值序列；

相应地，所述波形存储器，用于存储所述待传输信号的幅度信息，提取并输出所述待传输信号在每一子相位值序列中每一相位值处的幅度；

所述DAC转换器，用于将所述待传输信号在多个子相位值序列中每一相位值处的幅度转换为多路并行的所述基带信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述载波生成模块包括第二频率合成器；

所述第二频率合成器，用于将高频信号调制为多路并行的所述载波信号。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述信号调制模块包括多路并行相乘器、多路并行累加器和并串转换子模块；

所述多路并行相乘器，用于将多路并行的所述基带信号与多路并行的所述载波信号相乘，获得多路并行的调制波形；

所述多路并行累加器，用于将多路并行的调制波形进行累加；

所述并串转换子模块，用于将累加后的多路并行的调制波形转换为所述通信信号。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括待传输信号提取模块；

所述待传输信号提取模块，用于根据调制类型和待传输数据获取所述通信信号的三角函数表达式，并根据所述三角函数表达式提取I路数据信号和Q路数据信号，所述I路数据信号和所述Q路数据信号组成所述待传输信号；

所述载波生成模块，还用于生成与所述I路数据信号相对应的具有三角函数形式的I路载波信号和与所述Q路数据信号相对应的具有三角函数形式的Q路载波信号，所述I路载波信号和所述Q路载波信号组成所述载波信号。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述信号调制模块包括第一相乘子模块、第二相乘子模块和累加器；

所述第一相乘子模块，用于获取所述I路数据信号和所述I路载波信号，并将所述I路数据信号和所述I路载波信号相乘，以获得I路调制波形；

所述第二相乘子模块，用于获取所述Q路数据信号和所述Q路载波信号，并将所述Q路数据信号和所述Q路载波信号相乘，以获得Q路调制波形；

所述累加器，用于将所述I路调制波形与所述Q路调制波形累加获得所述通信信号。

8.一种通信信号的生成方法，其特征在于，包括：

实时获取通信目标所需的通信信号的符号速率，根据所述符号速率解算频率控制字；

获取待传输信号，并实时根据所述频率控制字将所述待传输信号调整为基带信号，以使所述基带信号的基波频率与所述符号速率相对应；

生成载波信号，将所述载波信号和所述基带信号调制为通信信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述频率控制字将所述待传输信号调制为基带信号，包括：

对所述待传输信号的相位值根据所述频率控制字进行累加，将逐次累加获得的相位值组成相位值序列；

提取并输出所述待传输信号在所述相位值序列中每一相位值处的幅度；

将所述待传输信号在所述相位值序列中每一相位值处的幅度转换为所述基带信号。