CN1110151C - 扩频调制器及扩频调制方法 - Google Patents

Abstract

一个产生限带调制的信息信号的系统和方法。一个调制信号发生器，它提供一个具有预定带宽和截止特性的限带调制信号。一个调制器系统和方法，它将信息信号和限带调制信号组合在一起产生一限带调制息的信息信号。一个调制信号发生器和方法，它发生一限带调制信号，表现为周期性间隔上的一系列调制信号值。

Description

扩频调制器及扩频调制方法

本发明涉及到用于扩展频谱发射机的一种扩展频谱调制器，更具体地说，本发明涉及到产生限带输出而无需带通滤波器的一种扩展频谱调制器。

一个现有技术扩展频谱调制器结构的例子如图1(a)中所示。这个现有技术扩展频谱调制器包括一个给乘法器31提供扩展信号的扩展信号发生器33。乘法器接收扩展信号和信息信号100，并将它们合成为一调制输出。带通滤波器接收乘法器的调制输出，并具有在发射扩展的调制信号110之前限制信号带宽的功能，为的是尽可能减少耦合到邻近频道的干扰，该频道可能被其他发射机或通讯系统所使用。

现在描述以上所述扩展频谱调制器的运行情况。一个如图1(b)中所示具有有限频带宽度的信息信号100在扩展频谱调制器的乘法器输入端被接收。扩展信号发生器33产生一个周期性的扩展信号，此扩展信号有如图1(c)中所示非常宽的频谱。如图1(c)中所示，扩展信号的频谱可以表示成离散线谱之总和，此离散的线谱相应于时域中的正弦波信号。由于信息信号100与扩展信号相乘的结果，产生了一个调制的输出信号，此输出信号有如图1(d)中所示非常宽的频谱。调制的输出信号输入到限制其带宽的带通滤波器32中，为的是输出一个如图1(e)中所示频谱的调制信号。f在这些图中表示频率。

图2表示现有技术发射机结构的一个例子，该发射机包含一个图1中所示类型的现有技术扩展频谱调制器。现有技术发射机包括一个将声音信号200变换成模拟电信号的扩音器41，一个将模拟信号转换成数字信息信号的编码器42，和一个图1中所示类型的连接在一起接收数字信息信号的扩展频谱调制器43。数字信息信号在扩展频谱调制器43的乘法器48输入端被接收。扩展信号发生器50产生一个周期性的扩展信号。调制的输出信号输入到带通滤波器49中。频率转换器44和附加的带通滤波器45连接到扩展频谱调制器43的输出端，它们分别将调制信号转换成发射频率和限制其发射带宽。放大器46用于放大带通滤波器45的输出。天线47用于以无线电波发射放大器46的输出信号。

现在描述现有技术发射机的运行情况。扩音器41将声音信号200变换成模拟电信号，并将它输入到编码器42。编码器42将模拟信号转换成数字信号，在不同情况下，编码器可作数字处理或压缩信号。然后，编码器42输出生成的数字信号给扩展频谱调制器43，对此数字信号进行调制。调制以后，频率转换器44将扩展频谱调制器43的基带输出转移到无线电发射频率，如图2(b)中所示，除了频率被移高到发射频率以外，得到调制的发射信号具有如图1(e)中所示的频谱。Δf在图2(b)中表示频移。虽然在图2(b)中出现朝负方向移位的信号频谱，但只发射正方向部分的频谱。

用于扩展频谱调制器的带通滤波器49一般没有锐截止特性，此特性会消除在指定发射频率带宽之外的信号分量。所以，现有技术发射机包含一附加的带通滤波器45以消除频率转换器44输出中在指定发射频带之外的频率分量。这样一来，在相邻频率上发射信号之间干扰度可以保持在可接受的范围以内。

图1和图2中所示现有技术扩展频谱调制器和发射机依靠带通滤波器把耦合到相邻信号频率的干扰减到最小。因为进入带通滤波器32的输入信号频谱具有图1(d)中所示的形状，而输出信号频谱必须具有图1(e)中所示的形状，带通滤波器32和45必须具有锐截止特性。

为了在硬件上提供一个有锐截止特性的带通滤波器，必须增加硬件的数量。另一方面，若这种带通滤波器由软件来实现，计算量必定增大到超出可接受的范围。结果，依靠现有技术的发射机和调制器，必定遇到这样一种设计状况，或者导致相邻频道上有不能令人满意的干扰，或者在调制器系统中导致需要昂贵且巨大的滤波器硬件，和/或附加的处理能力以适当限制发射信号的频带。

另外，在现有技术的扩展频谱发射机中，因为放入扩展频谱调制器43中的带通滤波器32具有不令人满意的截止特性，必须提供一个附加的带通滤波器45，为的是把进入相邻频道中的干扰减少到可接受的范围。

所以，本发明的一个目的是提供一个不需要带通滤波器的扩展频谱调制器，然而又消除进入邻近信号频率的干扰。

此发明的另一个目的是提供一个允许减小硬件数量和/或软件计算量的扩展频谱调制器。

此发明还有一个目的是提供一个放入扩展频谱发射机的扩展频谱调制器，此调制器产生一个没有干扰分量的调制信号输出，该干扰分量可能会耦合到相邻的信号频率上，这样就不需要一个带通滤波器。

为了解决与现有技术扩展频谱调制器和发射机相联系的上述问题，本发明提供一个有扩展信号发生器的扩展频谱调制器，该发生器产生一个用于调制信息信号的限带扩展信号。通过限带扩展信号的调制，直接产生一个限带调制信号，从而不需要一个后续的频带限制级，该级要求有一锐截止特性的带通滤波器。同时，信号在转换到发射频率之后的后续带通滤波也不需要了。

图1(a)表示一个现有技术扩展频谱调制器的方框示意图。

图1(b)表示信息信号在调制之前的频谱。

图1(c)表示用于调制信息信号的扩展频谱调制息信号的频谱。

图1(d)表示频带限制之前被扩展频谱调制过的信号频谱。

图1(e)表示频带限制之后被扩展频谱调制过的信号频谱。

图2(a)表示一个现有技术扩展频谱发射机的方框示意图。

图2(b)表示被一频率转换器完成的从基带到无线电发射频带的频谱移动。

图3(a)表示按照本发明构成的扩展频谱调制器的方框示意图。

图3(b)表示一限带扩展频谱调制信号的频谱。

图4表示按照本发明构成的扩展频谱发射机的方框示意图。

参照图3和图4，现在描述按照本发明构成的一个扩展频谱调制器实例。图3(a)表示根据本发明扩展频谱调制器中各个单元的互相连接。扩展频谱调制器包含一个扩展频谱调制信号发生器12，它给乘法器11提供限带扩展频谱调制信号。乘法器11用于将限带调制信号与信息信号100结合在一起产生一限带扩展频谱输出信号120，该输出信号在发射之前不要求另外加带通滤波。限带扩展频谱调制的输出信号120按照扩展码进行编码，并且可以在接收器内用与调制过程中相同的扩展码进行解码。

扩展信号发生器12包括一存储器13和一地址计数器14。地址计数器14用于提供一地址标志信号，此地址标志信号从存储器13中按顺序检索存贮的调制信号值，该调制信号值代表限带扩展频谱调制信号。扩展信号发生器12按照地址标志信号以周期性间隔顺序地输出存贮的调制信号值。

地址计数器14提供地址标志信号的方法如下。从时钟输出中给地址计数器14提供一时钟信号130。地址计数器14保存一个与已传送的时钟周期数目成正比关系的计数。地址标志信号是根据这个计数得到的。地址计数器14不断按与时钟信号130成正比地递增其计数，直至地址计数器14历经存储器13中全部存贮的调制信号值完成一循环。此后，地址计数器14对计数复位，并且再从头开始检索存贮的调制信号值。这一过程在每一后续的扩展频谱调制信号的周期内一再重复。

限带扩展频谱调制信号是根据以下原理制订的。如上述有关的现有技术扩展频谱调制器和发射机，扩展频谱调制信号是一周期性信号，如周期的扩展码信号。众所周知，任何周期信号可以表示成有确定幅值和相位的正弦波的傅立叶级数。所以，周期性扩展频谱调制信号的频谱可以表示成线谱(正弦波信号)之总和，如图1(c)中所示。

根据上述原理，从现有技术扩展信号发生器33中输出的扩展频谱调制信号能够通过发生一系列正弦波来合成，这些正弦波具有与扩展频谱调制信号频谱(图1(c))中观察到的相同的各种频率，把这些适当幅值和相位的正弦波组合在一起合成出调制信号。

在类似的方式下，具有预定带宽和截止特性所表征的限带扩展频谱调制信号频谱能够通过发生一系列正弦波来合成，这些正弦波具有与带限调制信号的带限频谱中观察到相同的各种频率，然后把这些适当幅值和相位的正弦波组合在一起。

所以，为组合信息信号，本发明扩展频谱调制器所用调制信号值是根据此发明一个实例，通过合成具有预定带宽和截止特性的限带频谱而制订的，然后作数字转换，并把合成限带调制信号的调制信号值存贮在存储器13中。

在本发明的此实例中，扩展频谱调制器中限带扩展信号发生器12是由一存储器13和一地址计数器14构成，此地址计数器对存储器寻址是根据一时钟信号计数给出地址标志信号。然而，专业人员知道如何制作和运行一限带扩展信号发生器，把它放在本发明扩展频谱调制器中，按照前述原理实时地合成并输出一限带扩展信号。

同时适用于存贮和实时产生的另一种实现限带扩展频谱调制信号的方法是通过扩展频谱调制信号频谱的数学运算完成的。如前所述，众所周知，每个周期性的时域信号可以用一系列确定幅值和相位的正弦波来表示。这样一种正弦波系列信号表示也称之为频谱表示。信号的频谱表示可以用微码、软件或用硬件实现的数学计算来处理。

因此，具有由预定带宽和截止特性所表征的限带频谱的限带调制信号可以根据数学计算方法实现：

首先，确定扩展频谱调制信号的频谱(例如，图1(c)中所示的频谱)；截取这个宽带频谱以获得限带调制信号的限带频谱(例如，图3(b)中所示的频谱)；以及通过计算把限带频谱变换成具有预定带宽和截止特性的周期性时域调制信号。

限带调制信号产生之后，如同此发明中一实时实例情况一样，可以把限带调制信号与信息信号在乘法器11中合在一起，为的是调制这个信息信号。或者，如前所述，将限带调制信号转换成数字表示，存贮在存储器13中，并在周期性间隔上与信息信号合在一起。

下面，参照图4，描述按照本发明构成的一个扩展频谱发射机实例。如图所示，按照本发明的扩展频谱发射机结构不同于现有技术扩展频谱发射机的结构，不同之处是，它有一限带扩展频谱调制器23，在频率转换器24的输出端不放入一附加的带通滤波器45。

发射机有一将声音信号200变换成模拟电信号的扩音器21，一个将模拟信号转换成数字信息信号的编码器22，以及一个图3中所示类型的扩展频谱调制器23，用它来接收数字信息信号。频率转换器24和放大器25连接到扩展频谱调制器23的输出端。天线26是用于以无线电波发射放大器25的输出信号。

扩展频谱调制器23含有一个扩展频谱调制信号发生器30，它是用于给乘法器27提供限带扩展频谱调制信号。扩展信号发生器30含有一存储器28和一地址计数器29。时钟信号140提供给地址计数器29。

现在描述按照本发明扩展频谱发射机的运行状况。因为扩展信号发生器30的扩展频谱调制信号输出频谱受限于指定的带宽，乘法器27调制的信号输出不含有耦合到邻近频道的干扰分量。所以，即使在频率转换器24将调制的信号转换成发射频率之后，频率转换后的信号不含有在指定发射频带之外的干扰分量。在这种工作方式下，在频率转换器24之后不需要一个附加的带通滤波器45。因此，按照本发明的扩展频谱发射机用来发射限带调制的信号就不要求昂贵的带通滤波器硬件，或者不要求过大的软件计算量。

虽然依照此发明的某些优选实例对此发明作了详细的描述，但是那些熟悉此专业的人员仍可以在其中做许多改进和变动。因此，所附的权利要求书力图涵盖此发明精神实质和范围内的全部这样的改进和变动。

Claims (16)

1.一种用于调制信息信号，从而产生一限带调制的信息信号的调制器，包括：

生成具有对应于预先分配的传输带宽和期望的截止特性的预定带宽和截止特性的一限带调制信号的发生装置；以及

将所述信息信号和所述调制信号组合在一起产生所述限带调制的信息信号的装置。

2.权利要求1的调制器，其中所述发生装置包括：

生成所需各种频率以合成所述限带调制信号的装置；以及

将所述生成的各种频率以适当的幅度和相位组合在一起合成所述限带调制信号的装置。

3.权利要求1的调制器，其中所述发生装置在代表所述限带调制信号的周期性间隔上提供一系列调制信号值。

4.权利要求3的调制器，其中所述发生装置还包括：

存储所述一系列调制信号值的装置；以及

在所述周期性间隔上顺序地检索所述调制信号值的装置。

5.权利要求4的调制器，其中所述限带调制信号是一扩展码信号，它用于产生扩展频谱调制的信息信号。

6.权利要求1的调制器，其中所述限带调制信号是一扩展码信号，它用于产生扩展频谱调制的信息信号。

7.一种调制信号发生器，包括：

生成所需各种频率以合成一个具有预先分配的传输带宽和期望的截止特性的限带调制信号的发生装置；以及

将所述生成的各种频率以适当的幅度和相位组合在一起合成所述限带调制信号的装置。

8.权利要求7的调制信号发生器，其中所述限带调制信号是一扩展码信号，它用于产生扩展频谱调制的信息信号。

9.一个调制信号发生器，用于发生一个周期性调制信号，包括：

发生一个具有所述预定频谱的时域信号的装置，该时域信号具有一个频谱，其特征在于预先分配的传输带宽和期望的截止特性用于调制数字信息信号；以及

输出一个所述时域信号的数字表示，从而发生所述周期性调制信号的装置。

10.权利要求9的调制信号发生器，还包括：

存储所述时域信号的所述数字表示的装置；以及

顺序地检索所述数字表示的装置。

11.一种调制信息信号的方法，用于产生一限带调制的信息信号，包括的步骤为：

发生一个具有对应于预先分配的传输带宽和期望的截止特性的预定带宽和截止特性的限带调制信号；以及

将所述信息信号和所述限带调制信号组合在一起产生所述限带调制的信息信号。

12.权利要求11的方法，其中所述限带调制信号是一扩展码信号，用于产生一扩展频谱调制的信息信号。

13.权利要求11的方法，其中所述发生步骤包括：

生成所需的各种频率以合成一个具有所述预定带宽和截止特性的所述限带信号频谱；以及

将所述生成的各种频率以适当的幅度和相位组合在一起合成所述限带调制信号。

14.权利要求11的方法，其中所述生成步骤包括：

在代表具有所述预定带宽和截止特性的调制信号的周期性间隔上，提供一系列调制信号值。

15.权利要求14的方法，其中所述提供步骤包括存储所述一系列调制信号值；以及

在所述周期性间隔上顺序地检索所述调制信号值。

16.一种从宽带调制信号中发生具有周期性时域调制信号的方法，它用于调制数字信息信号，所述限带频谱的特性是有预定的带宽和截止特性，该方法包括的步骤为：

确定所述宽带调制信号的频谱；

以确定一个预先分配的带宽的频率截断所述宽带调制信号的所述频谱以获得所述限带频谱，其特性在于所述预先分配的带宽且具有一个期望的截止频率；以及

将所述限带频谱变换成所述周期性时域调制信号。

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