CN110176934A - 一种信号解调方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种信号解调方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：根据射频信号确定中频信号的中频频率；以试采样频率对所述中频信号试采样，其中，所述试采样频率为所述中频频率的N/M倍，N和M为互质的正整数；根据试采样的结果确定采样频率；根据所述采样频率对所述中频信号采样，以得到解调的同相正交信号。通过上述技术方案，采样得到的信号即为同相正交信号，减少了三角函数和加乘运算，避免了混叠，实现了提高信号解调的速度和精度。

Description

一种信号解调方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种信号解调方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
在射频系统中通常需要对射频信号进行采样，解调得到同相正交(In-phase andQuadrature，IQ)信号，并根据解调结果进行反馈控制。例如，雷达设备的内标校通道、粒子加速器的反馈控制系统、通信系统的调制输出的非线性预失真调整等领域均存在对射频信号采样解调的需求，射频信号的解调过程对于精度和速度的要求很高。
现有的超外差体制是对本振信号与射频信号混合得到的中频信号进行数字采样和处理，该方法涉及多种加乘和三角函数的运算、信号处理的延迟较大，且采样频率选用不当会引入较多的非线性失真，解调精度较低。
发明内容
本发明提供了一种信号解调方法、装置、设备及存储介质，以实现提高信号解调的速度和精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种信号解调方法，包括：
根据射频信号确定中频信号的中频频率；
以试采样频率对所述中频信号试采样，其中，所述试采样频率为所述中频频率的N/M倍，N和M为互质的正整数；
根据试采样的结果确定采样频率；
根据所述采样频率对所述中频信号采样，以得到解调的同相正交信号。
进一步的，所述以试采样频率对所述中频信号试采样，包括：
遍历N/M的所有取值构成至少一个试采样频率，其中，1≤N≤100，1≤M≤100；
利用各试采样频率对所述中频信号进行试采样。
进一步的，根据试采样的结果确定采样频率，包括：
判断各试采样结果中的谐波与基波是否混叠；
若未混叠，则将试采样结果对应的试采样频率加入采样频率集合中；
以设定规则从所述采样频率集合中选取试采样频率作为采样频率。
进一步的，以设定规则从所述采样频率集合中选取试采样频率作为采样频率，包括：
将所述采样频率集合中对应于N与M的乘积最小的试采样频率作为采样频率。
进一步的，根据所述采样频率对所述中频信号采样，以得到解调的同相正交信号，包括：
以所述采样频率对所述中频信号采样，经过预设数量的采样周期，得到解调的同相正交信号，所述预设数量为所述采样频率对应的N与M的乘积。
进一步的，所述射频信号为窄带信号。
第二方面，本发明实施例提供了一种信号解调装置，包括：
中频信号确定模块，用于根据射频信号确定中频信号的中频频率；
试采样模块，用于以试采样频率对所述中频信号试采样，其中，所述试采样频率为所述中频频率的N/M倍，N和M为互质的正整数；
采样频率确定模块，用于根据试采样的结果确定采样频率；
采样模块，用于根据所述采样频率对所述中频信号采样，以得到解调的同相正交信号。
进一步的，所述试采样模块，包括：
试采样频率确定单元，用于遍历N/M的所有取值构成至少一个试采样频率，其中，1≤N≤100，1≤M≤100；
试采样单元，用于利用各试采样频率对所述中频信号进行试采样。
第三方面，本发明实施例提供了一种设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的信号解调方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的信号解调方法。
本发明实施例提供了一种信号解调方法、装置、服务器及存储介质。该方法包括：根据射频信号确定中频信号的中频频率；以试采样频率对所述中频信号试采样，其中，所述试采样频率为所述中频频率的N/M倍，N和M为互质的正整数；根据试采样的结果确定采样频率；根据所述采样频率对所述中频信号采样，以得到解调的同相正交信号。通过上述技术方案，根据采样得到的信号即可表示出同相正交信号，减少了三角函数和加乘运算，避免了混叠，提高了信号解调的速度和精度。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种信号解调方法的流程图；
图2为本发明实施例二提供的一种信号解调方法的流程图；
图3为本发明实施例三提供的一种装置的结构示意图；
图4为本发明实施例四提供的一种设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种信号解调方法的流程图，本实施例可适用于对射频系统中频信号采样以进行信号解调的情况。例如，雷达设备的内标校通道、粒子加速器的反馈控制系统以及通信系统调制输出的非线性预失真调整等领域中均存在这种情况。具体的，该信号解调方法可以由信号解调装置执行，该信号解调装置可以通过软件和/或硬件的方式实现，并集成在设备中。进一步的，设备包括但不限定于：计算机、上位机以及工控机等电子设备。
参考图1，该方法具体包括如下步骤：
S110、根据射频信号确定中频信号的中频频率。
具体的，基于射频系统超外差体制，射频信号与本振信号经过混频器后，得到中频信号，对中频信号采样和解调后可进行进一步的数字信号处理(Digital SignalProcessing，DSP)。将中频信号的中频频率记为fIF，本振信号的频率记为f0，本振信号由时钟产生器产生，射频信号的射频频率记为fRF，则中频频率满足：fIF＝fRF±f0。
S120、以试采样频率对所述中频信号试采样，其中，所述试采样频率为所述中频频率的N/M倍，N和M为互质的正整数。
具体的，将试采样频率记为fs。则试采样频率满足：k为非负整数。试采样频率和中频频率的数学关系可简化为：其中，N和M为互质的正整数。N和M有多种可能的取值组合，将预设范围内可能的取值组合分别作为试采样频率进行试采样，例如，M＝4，N＝15；或者M＝8，N＝11等。
S130、根据试采样的结果确定采样频率。
具体的，根据试采样结果判断是否出现基波与各次谐波的混叠，如果未出现混叠，则将对应的试采样频率确定为采样频率。此时的采样频率不会导致混叠，并且基于采样数据可直接表示出解调后的IQ信号，能够减少三角函数和加乘运算，提高信号解调效率。将每两个采样点之间的相位间隔记为θ，则例如，时，即N/M为1/4，此时为4倍频采样的模式，试采样结果有谐波混叠带来的失真，则不能作为采样频率。又如，fIF为50MHz，N/M为4/5，即试采样频率为40MHz，此时试采样结果有混叠，则不能作为采样频率。又如，fIF为50MHz，N/M为11/8，此时的试采样率为68.75MHz，此时试采样结果无混叠，则可作为采样频率。
S140、根据所述采样频率对所述中频信号采样，以得到解调的同相正交信号。
具体的，根据所述采样频率对所述中频信号采样，基于采样点得到的采样结果数据即可直接表示出IQ信号。其原理为：采样过程中由于fs和fIF的频率差异，每两个采样点之间的相位间隔为θ。为了保证采样结果不混叠，fs不能低于信号的调制带宽B。连续两次采样量化后的采样结果为：其中，yi和yi+1为前后两个采样周期(第i次采样和第i+1次采样)的采样结果数据。
进一步的，IQ信号与采样结果数据之间的矩阵表达式为：
该矩阵表达式可进一步换算为：其中，D可以简化为：sinθ。如果仅考虑i为奇数，那么上式可进一步简化为：即IQ采样公式。这种情况下，IQ信号可表示为：基于上述方式，基于采样结果数据即可表示出IQ信号，从而提高系统的线性度，进而提高系统的重复一致性和稳定性，并且可以降低直流偏置误差、时钟抖动误差、模数转换的量化误差和系统噪声等，提高解调精度。
本发明实施例一提供的一种信号解调方法，通过构建互质的N/M构建试采样频率，并根据试采样的结果确定采样频率，基于采样结果数据可直接表示出IQ信号，降低了计算量，并且有效避免了采样结果的混叠，提高信号解调的速度和精度。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种信号解调方法的流程图，本实施例是在上述实施例的基础上优化，对确定试采样频率以及采样频率的过程进行具体说明。本实施例中设定采样频率fs远远大于信号的调制带宽。未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述任意实施例。
具体的，参考图2，该方法具体包括如下步骤：
S210、根据射频信号确定中频信号的中频频率。
具体的，基于超外差体制混频原理，中频频率满足：fIF＝fRF±f0。
S220、遍历N/M的所有取值构成至少一个试采样频率，其中，1≤N≤100，1≤M≤100。
具体的，基于奈奎斯特采样定理，试采样频率可表示为：其中，N和M为互质的正整数。N/M有多种可能的取值，本实施例示例性地设置N和M均不大于100。当N或M大于100时，产生的高次谐波的分量很小，可忽略不计，从而避免试采样的计算量过大。
进一步的，本实施例示例性地设定N>M。在N<M的情况下，为了得到完整的IQ信号需要经过更多的采样周期，导致较大的延迟时间，对于采样带宽的要求也较高。
S230、利用各试采样频率对所述中频信号进行试采样。
S240、判断各试采样结果中的谐波与基波是否混叠，若是，则执行S260，若否，则执行S250。
具体的，基于频谱交调混叠的原理，判断各试采样结果中的谐波与基波是否存在频谱混叠，频谱混叠即按照试采样频率试采样造成的失真的分量。谐波混叠的分量表示为：fspur＝k1fs±k2fIF，k1和k2均为非负整数。对于一个N/M所确定的试采样频率，在未发生混叠的情况下，对应的试采样结果应避免产生满足fspur＝fIF的频率分量。其中，fspur＝fIF转换为角频率可表示为：ωspur＝ωIF，即，ωspur与ωIF之间相差2π的整数倍。如果出现了fspur＝fIF的频率分量，说明谐波混叠在基波上，则执行S250，过滤(舍弃)对应的试采样频率；如果没有出现fspur＝fIF的频率分量，说明未发生混叠，则执行S250，将对应的试采样频率加入采样频率集合中，作为备选的采样频率。
S250、将试采样结果对应的试采样频率加入采样频率集合中，执行S270。
S260、过滤试采样结果对应的试采样频率。
S270、以设定规则从所述采样频率集合中选取试采样频率作为采样频率。
具体的，将优化的N/M(试采样结果中未发生混叠的N/M)作为采样频率，可避免谐波与基波的混叠。
S280、以所述采样频率对所述中频信号采样，经过预设数量的采样周期，得到解调的同相正交信号，所述预设数量为所述采样频率对应的N与M的乘积。
具体的，以所述采样频率对中频信号采样，每个信号周期可以采样获得M/N个采样点，经过N*M个采样周期的采样后，可以得到完整的IQ信号，实现对采样结果采用快速算法实现IQ解调。
进一步的，以设定规则从所述采样频率集合中选取试采样频率作为采样频率，包括：将所述采样频率集合中对应于N与M的乘积最小的试采样频率作为采样频率。
具体的，经过N*M个采样周期的采样后可得到完整的IQ信号，将采样频率集合中对应于N与M的乘积最小的试采样频率作为采样频率，从而减少采样过程的延迟时间，提高采样效率。
需要说明的是，本实施例确定N/M的原则为系统延迟时间尽量小且采样结果没有混叠。任何采样过程都会存在N/M的数学关系。本实施例根据试采样结果确定合理的N/M及对应的采样频率，基于所确定的N/M，经过N*M个采样周期可拼凑出一组完整的IQ信号，完成信号解调。进一步的，基于解调得到的IQ信号可形成快速反馈环路的新的IQ信号，进而完成反馈环路的反馈控制。
进一步的，所述射频信号为窄带信号。
具体的，本实施例中的射频信号为窄带信号，是一种简单正弦波信号，基于这一特点，通过合理确定中频频率和采样频率，可实现射频系统中快速、低失真的信号采样、反馈补偿和生成等。
本发明实施例二提供的一种信号解调方法，在上述实施例的基础上优化，通过试采样并根据试采样结果确定合理的N/M及对应的采样频率，基于所确定的N/M，经过N*M个采样周期可得到完整的IQ信号，减少了三角函数和加乘运算，提高信号解调的速度，并避免了混叠失真；通过将对应于N与M的乘积最小的试采样频率作为采样频率，减少信号解调的延迟时间。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种信号解调装置的结构示意图。本实施例提供的信号解调装置包括：
中频信号确定模块310，用于根据射频信号确定中频信号的中频频率；
试采样模块320，用于以试采样频率对所述中频信号试采样，其中，所述试采样频率为所述中频频率的N/M倍，N和M为互质的正整数；
采样频率确定模块330，用于根据试采样的结果确定采样频率；
采样模块340，用于根据所述采样频率对所述中频信号采样，以得到解调的同相正交信号。
本发明实施例三提供的一种信号解调装置，通过中频信号确定模根据射频信号确定中频信号的中频频率；通过试采样模块以试采样频率对所述中频信号试采样，其中，所述试采样频率为所述中频频率的N/M倍，N和M为互质的正整数；通过采样频率确定模块根据试采样的结果确定采样频率；通过采样模块根据所述采样频率对所述中频信号采样，以得到解调的同相正交信号，采样得到的信号即为同相正交信号，减少了三角函数和加乘运算，避免了混叠，实现了提高信号解调的速度和精度。
在上述实施例的基础上，所述试采样模块320具体用于：
遍历N/M的所有取值构成至少一个试采样频率，其中，1≤N≤100，1≤M≤100；
利用各试采样频率对所述中频信号进行试采样。
在上述实施例的基础上，所述采样频率确定模块330，包括：
判断单元，用于判断各试采样结果中的谐波与基波是否混叠；
采样频率集合确定单元，用于若未混叠，则将试采样结果对应的试采样频率加入采样频率集合中；
采样频率确定单元，用于以设定规则从所述采样频率集合中选取试采样频率作为采样频率。
在上述实施例的基础上，所述采样频率确定单元，具体用于：
将所述采样频率集合中对应于N与M的乘积最小的试采样频率作为采样频率。
进一步的，所述采样模块340，具体用于：
以所述采样频率对所述中频信号采样，经过预设数量的采样周期，得到解调的同相正交信号，所述预设数量为所述采样频率对应的N与M的乘积。
进一步的，所述射频信号为窄带信号。
本发明实施例三提供的信号解调装置可以用于执行上述任意实施例提供的信号解调方法，具备相应的功能和有益效果。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的一种设备的硬件结构示意图。如图4所示，本实施例提供的一种设备，包括：处理器410和存储装置420。该设备中的处理器可以是一个或多个，图4中以一个处理器410为例，所述设备中的处理器410和存储装置420可以通过总线或其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器410执行，使得所述一个或多个处理器实现上述实施例中任意所述的信号解调方法。
该设备中的存储装置420作为一种计算机可读存储介质，可用于存储一个或多个程序，所述程序可以是软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中信号解调方法对应的程序指令/模块(例如，附图3所示的信号解调装置中的模块，包括：中频信号确定模块310、试采样模块320、采样频率确定模块330以及采样模块340)。处理器410通过运行存储在存储装置420中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的信号解调方法。
存储装置420主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等(如上述实施例中的试采样频率、中频频率等)。此外，存储装置420可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储装置420可进一步包括相对于处理器410远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
并且，当上述设备中所包括一个或者多个程序被所述一个或者多个处理器410执行时，进行如下操作：根据射频信号确定中频信号的中频频率；以试采样频率对所述中频信号试采样，其中，所述试采样频率为所述中频频率的N/M倍，N和M为互质的正整数；根据试采样的结果确定采样频率；根据所述采样频率对所述中频信号采样，以得到解调的同相正交信号。
本实施例提出的设备与上述实施例提出的信号解调方法属于同一发明构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述任意实施例，并且本实施例具备与执行信号解调方法相同的有益效果。
在上述实施例的基础上，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被信号解调装置执行时实现本发明上述任意实施例中的信号解调方法，该方法包括：根据射频信号确定中频信号的中频频率；以试采样频率对所述中频信号试采样，其中，所述试采样频率为所述中频频率的N/M倍，N和M为互质的正整数；根据试采样的结果确定采样频率；根据所述采样频率对所述中频信号采样，以得到解调的同相正交信号。
当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的信号解调方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的信号解调方法中的相关操作，且具备相应的功能和有益效果。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的信号解调方法。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种信号解调方法，其特征在于，包括：
根据射频信号确定中频信号的中频频率；
以试采样频率对所述中频信号试采样，其中，所述试采样频率为所述中频频率的N/M倍，N和M为互质的正整数；
根据试采样的结果确定采样频率；
根据所述采样频率对所述中频信号采样，以得到解调的同相正交信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以试采样频率对所述中频信号试采样，包括：
遍历N/M的所有取值构成至少一个试采样频率，其中，1≤N≤100，1≤M≤100；
利用各试采样频率对所述中频信号进行试采样。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据试采样的结果确定采样频率，包括：
判断各试采样结果中的谐波与基波是否混叠；
若未混叠，则将试采样结果对应的试采样频率加入采样频率集合中；
以设定规则从所述采样频率集合中选取试采样频率作为采样频率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，以设定规则从所述采样频率集合中选取试采样频率作为采样频率，包括：
将所述采样频率集合中对应于N与M的乘积最小的试采样频率作为采样频率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述采样频率对所述中频信号采样，以得到解调的同相正交信号，包括：
以所述采样频率对所述中频信号采样，经过预设数量的采样周期，得到解调的同相正交信号，所述预设数量为所述采样频率对应的N与M的乘积。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述射频信号为窄带信号。
7.一种信号解调装置，其特征在于，包括：
中频信号确定模块，用于根据射频信号确定中频信号的中频频率；
试采样模块，用于以试采样频率对所述中频信号试采样，其中，所述试采样频率为所述中频频率的N/M倍，N和M为互质的正整数；
采样频率确定模块，用于根据试采样的结果确定采样频率；
采样模块，用于根据所述采样频率对所述中频信号采样，以得到解调的同相正交信号。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述试采样模块，包括：
试采样频率确定单元，用于遍历N/M的所有取值构成至少一个试采样频率，其中，1≤N≤100，1≤M≤100；
试采样单元，用于利用各试采样频率对所述中频信号进行试采样。
9.一种设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-6中任一所述的信号解调方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一所述的信号解调方法。
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