CN110677370A - 多载波调制方法、装置和可读存储介质 - Google Patents

多载波调制方法、装置和可读存储介质 Download PDF

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Abstract

一种多载波调制方法、装置和可读存储介质，该方法包括：根据各载波的采样率和频率偏移量确定目标采样率；将各载波重采样至该目标采样率；根据各载波的频率偏移量分别对重采样后的各载波进行频率偏移；计算频率偏移后的各载波波形长度的公倍数L，并将频率偏移后的各载波波形长度重复至L；将波形长度重复至L的各载波进行叠加，得到多载波调制信号，并将多载波调制信号的采样率设置为目标采样率。由于在进行载波叠加之前对各载波进行了重采样并将各载波波形长度扩展到同一长度，使得叠加时各载波的采样率和波形长度均相同，从而能够对原有不同长度和/或不同采样率的载波进行多载波调制。

Description

多载波调制方法、装置和可读存储介质
技术领域
本发明涉及测试测量技术领域，具体涉及一种多载波调制方法、装置和可读存储介质。
背景技术
多载波信号在信号传输、测试测量等方面具有广泛的应用，比如，可以用来方便地配置发射机或接收机测试所需的宽带测试信号，又比如，可以创建由不同数字标准的信号组成的复杂多载波信号并用于测试。多载波调制采用了多个载波信号，它将需要传输的数据信号分解为若干个子数据流，从而使子数据流具有低得多的传输比特速率，利用这些数据分别去调制若干个载波，也就是，将各载波信号进行不同或相同的频率偏移和相位偏移后叠加形成调制后的波形。
目前，多载波信号的调制过程为：将各载波信号分别进行频率和相位偏移，得到偏移后的波形数据，然后将这些数据进行叠加，得到最终的信号。采用这种方法进行多载波调制时，只能对同一采样率和同一波长的载波进行多载波调制，无法满足使用不同采样率和/或不同波长的载波信号进行多载波调制的需求。
发明内容
本申请提供一种多载波调制方法、装置和可读存储介质，以解决现有技术中只能对同一采样率和同一波长的载波进行多载波调制的问题。
根据第一方面，一种实施例中提供一种多载波调制方法，包括：
根据各载波的采样率和频率偏移量确定目标采样率；
将各载波重采样至所述目标采样率；
根据各载波的频率偏移量分别对重采样后的各载波进行频率偏移；
计算频率偏移后的各载波波形长度的公倍数L，并将频率偏移后的各载波波形长度重复至L；
将波形长度重复至L的各载波进行叠加，得到多载波调制信号，并将所述多载波调制信号的采样率设置为所述目标采样率。
根据第二方面，一种实施例中提供一种多载波调制装置，包括：
确定模块，用于根据各载波的采样率和频率偏移量确定目标采样率；
重采样模块，用于将各载波重采样至所述目标采样率；
偏移模块，用于根据各载波的频率偏移量分别对重采样后的各载波进行频率偏移；
波形重复模块，用于计算频率偏移后的各载波波长的公倍数L，并将频率偏移后的各载波波形长度重复至L；
叠加模块，用于将波形长度重复至L的各载波进行叠加，得到多载波调制信号，并将所述多载波调制信号的采样率设置为所述目标采样率。
根据第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，其包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如上所述的方法。
依据上述实施例的多载波调制方法、多载波调制装置和可读存储介质，由于在进行载波叠加之前，可根据各载波的采样率和频率偏移量确定目标采样率，并将各载波重采样至该目标采样率，同时将各载波波形长度扩展到同一长度，使得叠加时各载波的采样率和波形长度均相同，从而能够对原有不同长度和/或不同采样率的载波进行多载波调制。
附图说明
图1为现有技术中多载波信号的调制过程原理图；
图2为本发明实施例提供的一种多载波调制装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种多载波调制方法的流程图；
图4为本发明实施例中确定目标采样率的方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的另一种多载波调制方法的流程图；
图6为本发明实施例中对各载波进行周期性重复的方法的流程图。
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。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。
多载波调制通过将各载波进行不同或相同的频率偏移、相位偏移后，叠加形成调制后的波形。图1为现有的多载波信号的调制过程原理图，将各载波信号（载波1，载波2，……，载波n）分别进行频率和相位偏移，比如将各载波信号乘以cos(wt)+jsin(wt)，便可得到偏移后的波形数据，然后将这些数据进行叠加，便可得到最终的调制信号。在叠加时，如果各载波信号的采样率不同，那么每个点对应的时间点不同；如果各载波的波形长度不同，那么较长的波形在比其他波形长的点将无法叠加其他波形数据；因此，采用图1方法进行多载波调制时，只能对同一采样率和同一长度的波形进行多载调制，并且在偏移较大时，会使信号偏移出带宽内。
基于此，提出本发明的方案。在本发明实施例中，各载波信号在进行叠加前，可以根据各载波的采样率和频率偏移量确定目标采样率，将各载波重采样至该目标采样率，同时将各载波波形长度扩展至同一长度，使得叠加时各载波信号的采样率和波形长度均相同。
请参考图2，为本发明实施例提供的一种多载波调制装置的结构示意图，如图2所示，该多载波调制装置包括确定模块01、重采样模块02、偏移模块03、波形重复模块04和叠加模块05。其中，确定模块01用于根据各载波的采样率和频率偏移量确定目标采样率；重采样模块02用于将各载波重采样至确定模块01确定出的目标采样率。偏移模块03用于根据各载波的频率偏移量分别对重采样后的各载波进行频率偏移，其中的频率偏移量可以由用户设定。波形重复模块04用于计算频率偏移后的各载波波长的公倍数L，并将频率偏移后的各载波波形长度重复至L。叠加模块05用于将波形长度重复至L的各载波进行叠加，得到多载波调制信号，并将该多载波调制信号的采样率设置为确定模块01确定出的目标采样率。这样，通过重采样模块02的重采样和波形重复模块04对波形的重复，可以将各不同载波信号处理为同一采样率和同一波形长度，使得叠加时各载波的采样率和波形长度均相同，从而能够对不同长度和/或不同采样率的载波进行多载波调制。
在另一实施例中，波形重复模块04还用于根据确定模块01确定出的目标采样率和各载波的频率偏移误差阈值分别对重采样后的各载波进行周期性重复，以使周期性重复后的各载波的频率偏移误差小于该频率偏移误差阈值，该频率偏移误差阈值可以由用户设定。此时，偏移模块03具体用于根据各载波的频率偏移量分别对周期性重复后的各载波进行频率偏移。这样，通过波形重复模块04对各载波的周期性重复，可以使各载波的频率间隔减小，从而减小频率偏移的误差。
实际应用中，上述多载波调制装置可以通过FPGA（Field－Programmable GateArray，现场可编程门阵列）、CPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件）、DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）、微处理器等电子器件来实现。
实施例一：
基于上述的多载波调制装置，本实施例提供一种多载波调制方法，其流程图参见图3，该方法可以包括如下步骤：
步骤11：确定目标采样率。
确定模块01根据各载波的采样率和频率偏移量确定目标采样率，其中的频率偏移量可以由用户设定。
在一种具体的实施例中，确定目标采样率的方法的流程图可参见图4，该方法可以包括如下的步骤111~步骤114：
步骤111：计算各载波采样率的公倍数Sa。
确定模块01计算各载波采样率的公倍数Sa，并将当前采样率更新为Sa。
步骤112：判断是否有载波的采样率超过当前采样率。
确定模块01根据各载波的采样率和频率偏移量，利用预设规则判断是否有载波的采样率超过当前采样率。若有载波的采样率超过当前采样率，则执行步骤113，否则执行步骤114。具体的，该预设规则为Sai+Offseti*4>Sr，其中，Sai为第i个载波的采样率，Offseti为第i个载波的频率偏移量，Sr为当前采样率。
步骤113：将当前采样率增加Sa。
当有载波的采样率超过当前采样率时，将当前采样率增加Sa，然后重新执行步骤112，直至各载波的采样率小于或等于当前采样率。
步骤114：将当前采样率确定为目标采样率。
步骤12：重采样。
确定模块01确定出目标采样率之后，重采样模块02将各载波重采样至该目标采样率。这样，可以保证各载波的采样率相同。
步骤13：频率偏移。
偏移模块03根据用户设置的各载波的频率偏移量分别对重采样后的各载波进行频率偏移。比如用户设置的频率偏移量为w，可以将重采样后的各载波乘以信号cos(wt)+jsin(wt)来实现频率偏移，其中的t为时间。由于cos(wt)+jsin(wt)信号在频域为频率为w的单音信号，故任意信号与之相乘后，得到的即为该信号频率偏移w的信号。
步骤14：扩展波形长度。
波形重复模块04计算频率偏移后的各载波波形长度的公倍数L，并将频率偏移后的各载波波形长度重复至L。
步骤15：叠加各载波。
叠加模块05将波形长度重复至L的各载波进行叠加，从而得到多载波调制信号，然后将该多载波调制信号的采样率设置为确定模块01确定出的目标采样率。
本实施例提供的多载波调制方法，可以根据各载波的采样率和频率偏移量确定目标采样率，将各载波重采样至该目标采样率，使得各载波具有相同的采样率；然后根据各载波的频率偏移量分别对重采样后的各载波进行频率偏移，实现各载波的调制；同时，通过计算频率偏移后的各载波波形长度的公倍数L，并将频率偏移后的各载波波形长度重复至L，使得各载波具有相同的波形长度；之后，再将波形长度重复至L的各载波进行叠加，得到多载波调制信号，并将该多载波调制信号的采样率设置为目标采样率。这样，进行叠加时各载波的采样率和波形长度均相同，从而能够对原有不同长度和/或不同采样率的载波进行多载波调制。
实施例二：
请参考图5，为本实施例提供的另一种多载波调制方法的流程图，该方法可以包括如下步骤：
步骤21：确定目标采样率。其具体实现过程可参见上述的步骤11，此处不再赘述。
步骤22：重采样。
确定模块01确定出目标采样率之后，重采样模块02将各载波重采样至该目标采样率。这样，可以保证各载波的采样率相同，同时也可以增大各载波的采样率。
步骤23：对各载波进行周期性重复。
波形重复模块04根据目标采样率和各载波的频率偏移误差阈值分别对重采样后的各载波进行周期性重复，以使周期性重复后的各载波的频率偏移误差小于频率偏移误差阈值。其中，各载波的频率偏移误差阈值可以由用户设定。
具体的，波形重复模块04可以通过如下的步骤231~步骤235描述的方法对重采样后的各载波进行周期性重复，其流程图参见图6，包括：
步骤231：确定频率间隔。
对于重采样后的每一个载波，根据目标采样率和该载波的当前波形长度确定频率间隔。具体的，可以根据频率间隔计算公式“频率间隔=目标采样率/当前波形长度”计算此时该载波的频率间隔。
步骤232：确定频率偏移误差。
确定出频率间隔后，根据该频率间隔确定频率偏移误差。具体的，将该载波的频率偏移量对该载波的频率间隔取余，得到该载波的频率偏移误差。
步骤233：判断频率偏移误差是否小于频率偏移误差阈值。
确定出载波的频率偏移误差之后，判断该频率偏移误差是否小于该载波的频率偏移误差阈值。若小于对应的频率偏移误差阈值，则执行步骤234，否则执行步骤235。
步骤234：将当前波形长度确定为该载波的波形长度。
步骤235：将当前波形长度增加该载波的原始波形长度。
若载波的频率偏移误差大于或等于对应的频率偏移误差阈值，则将当前波形长度增加该载波的原始波形长度，比如，该载波的原始波形长度为m，当前波形长度为p，当判断出该载波的频率偏移误差大于或等于对应的频率偏移误差阈值时，给p增加m，此时，该载波的当前波形长度将更新为p+m。然后，重新执行步骤231及其之后的步骤，如此循环，直至计算出的频率偏移误差小于对应的频率偏移误差阈值，这时可以将当前波形长度确定为该载波的波形长度。
在该过程中，通过周期性重复载波可以增大载波的当前波形长度，而“频率间隔=目标采样率/当前波形长度”，这样，可以使频率间隔不断减小，直至找到合适的频率间隔，从而能够减小频率偏移的误差。
步骤24：频率偏移。
波形重复模块04将各载波进行周期性重复之后，偏移模块03根据用户设置的各载波的频率偏移量分别对周期性重复后的各载波进行频率偏移。比如用户设置的频率偏移量为w，可以将周期性重复后的各载波乘以信号cos(wt)+jsin(wt)来实现频率偏移，其中的t为时间。由于cos(wt)+jsin(wt)信号在频域为频率为w的单音信号，故任意信号与之相乘后，得到的即为该信号频率偏移w的信号。
在上述过程中，通过重采样增大了各载波的采样率，由于载波的最大带宽是Sai/2+Offseti*2，通过重采样使得最终的目标采样率大于了Sai+Offseti*4，因此在频率偏移较大时不会使载波偏移出带宽内。
步骤25：扩展波形长度。
波形重复模块04计算频率偏移后的各载波波形长度的公倍数L，并将频率偏移后的各载波波形长度重复至L。这样，可以保证此时各载波的波形长度相同。
步骤26：叠加各载波。
波形重复模块04将各载波的波形长度扩展至同一波形长度L之后，叠加模块05将波形长度重复至L的各载波进行叠加，从而得到多载波调制信号，然后将该多载波调制信号的采样率设置为确定模块01确定出的目标采样率。
本实施例提供的多载波调制方法，先根据各载波的采样率和频率偏移量确定目标采样率，将各载波重采样至该目标采样率，使得各载波具有相同的采样率；然后对重采样后的各载波进行周期性重复，不断增大载波的当前波形长度，使频率间隔不断减小，直至找到合适的频率间隔，使周期性重复后的各载波的频率偏移误差小于频率偏移误差阈值，从而能够减小频率偏移的误差；接着对周期性重复后的各载波进行频率偏移，实现各载波的调制；然后计算频率偏移后的各载波波形长度的公倍数L并将频率偏移后的各载波波形长度重复至L，可以使各载波当前的波形长度相同；之后，对各载波进行叠加时，各载波的采样率和波形长度均相同，不会出现各载波每个点对应的时间点不同和/或较长的波形在比其他波形长的点无法叠加其他波形数据的情况，从而能够对不同长度和/或不同采样率的载波进行多载波调制，而且，在偏移较大时，也不会使载波偏移出带宽内。
在本申请实施例中，载波信号可以是IQ信号，即可以将载波分为I路信号（同相信号）和Q路信号（正交信号），对这两路信号分别进行上述方法的处理，其中，在对IQ信号进行偏移时，将I路信号乘以cos(wt)，Q路信号乘以jsin(wt)，即实现将IQ信号乘以cos(wt)+jsin(wt)。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
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 (10)

1.一种多载波调制方法，其特征在于，包括：
根据各载波的采样率和频率偏移量确定目标采样率；
将各载波重采样至所述目标采样率；
根据各载波的频率偏移量分别对重采样后的各载波进行频率偏移；
计算频率偏移后的各载波波形长度的公倍数L，并将频率偏移后的各载波波形长度重复至L；
将波形长度重复至L的各载波进行叠加，得到多载波调制信号，并将所述多载波调制信号的采样率设置为所述目标采样率。
2.如权利要求1所述的调制方法，其特征在于，在所述根据各载波的频率偏移量分别对重采样后的各载波进行频率偏移之前，所述方法还包括：根据所述目标采样率和各载波的频率偏移误差阈值分别对重采样后的各载波进行周期性重复，以使周期性重复后的各载波的频率偏移误差小于频率偏移误差阈值；
所述根据各载波的频率偏移量分别对重采样后的各载波进行频率偏移为：根据各载波的频率偏移量分别对周期性重复后的各载波进行频率偏移。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标采样率和各载波的频率偏移误差阈值分别对重采样后的各载波进行周期性重复包括：
对于重采样后的每一个载波，根据所述目标采样率和该载波的当前波形长度确定频率间隔；
根据所述频率间隔确定频率偏移误差；
当所述频率偏移误差小于对应的频率偏移误差阈值时，将当前波形长度确定为该载波的波形长度；
当所述频率偏移误差大于或等于对应的频率偏移误差阈值时，将当前波形长度更新为对其增加该载波原始波形长度后的长度，然后重新根据所述目标采样率和该载波的当前波形长度确定频率间隔，直至频率偏移误差小于对应的频率偏移误差阈值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标采样率和该载波的当前波形长度确定频率间隔包括：
根据频率间隔计算公式确定频率间隔，所述频率间隔计算公式为：频率间隔=目标采样率/当前波形长度。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述频率间隔确定频率偏移误差包括：
将载波的频率偏移量对该载波的频率间隔取余，得到频率偏移误差。
6.如权利要求1所述的调制方法，其特征在于，所述根据各载波的采样率和频率偏移量确定目标采样率包括：
计算各载波采样率的公倍数Sa，并将当前采样率更新为Sa；
根据各载波的采样率和频率偏移量，利用预设规则判断是否有载波的采样率超过当前采样率；
若是，则将当前采样率增加Sa，直至各载波的采样率小于或等于当前采样率；
若否，则将当前采样率确定为目标采样率。
7.如权利要求6所述的调制方法，其特征在于，所述预设规则为：Sai+Offseti*4>Sr，其中，Sai为第i个载波的采样率，Offseti为第i个载波的频率偏移量，Sr为当前采样率。
8.一种多载波调制装置，其特征在于，包括：
确定模块，用于根据各载波的采样率和频率偏移量确定目标采样率；
重采样模块，用于将各载波重采样至所述目标采样率；
偏移模块，用于根据各载波的频率偏移量分别对重采样后的各载波进行频率偏移；
波形重复模块，用于计算频率偏移后的各载波波长的公倍数L，并将频率偏移后的各载波波形长度重复至L；
叠加模块，用于将波形长度重复至L的各载波进行叠加，得到多载波调制信号，并将所述多载波调制信号的采样率设置为所述目标采样率。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述波形重复模块还用于根据所述目标采样率和各载波的频率偏移误差阈值分别对重采样后的各载波进行周期性重复，以使周期性重复后的各载波的频率偏移误差小于频率偏移误差阈值；
所述偏移模块具体用于根据各载波的频率偏移量分别对周期性重复后的各载波进行频率偏移。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。
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