CN111404854A - 基于单一振荡器的模数混合传输装置及调制解调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于单一振荡器的模数混合传输装置及调制解调方法，包括调制器和解调器，其特征在于：所述调制器包括模拟信号源发生器、数字信号源发生器、压控振荡器、固定衰减器和选通开关；所述解调器包括低噪声放大器、高速比较器、锁相环检波器和包络检波器。能够实现单一振荡载波系统中，同时传输数字和模拟信号互不干扰，提高传输信息效率，且占用的系统带宽低，频谱资源利用率得到有效提高。

Description

基于单一振荡器的模数混合传输装置及调制解调方法
技术领域
本发明涉及电子通信领域，尤其涉及一种基于单一振荡器的模数混合传输装置及调制解调方法。
背景技术
随着信息化时代的不断深入，通信技术成为当今世界不可或缺的重要技术领域，在通信技术中，如何提高信息传输效率，系统抗干扰能力和频道资源利用率成了重要的发展方向。数字信号有其数字信号传输的抗干扰有点，模拟信号有其传输的便捷以及不失真还原信源信息的特点，数字信号和模拟信号的混合传输在各个领域都得到了广泛应用。
发明内容
为了填补现有技术当中的空白，本发明目的是为了实现仅采用一路振荡信号让数字信号和模拟信号同时传输互不干扰。该方案由调制器和解调器组成，调制器包括模拟信号源发生器、数字信号源发生器、压控振荡器(VCO)、固定衰减器、选通开关。解调器包括低噪声放大器、高速比较器、锁相环检波器、包络检波器。一般采用ASK和FM混合调制方式，保障数字模拟信号同步高效传输互不干扰。
本发明具体采用以下技术方案：
一种基于单一振荡器的模数混合传输装置，包括调制器和解调器，其特征在于：所述调制器包括模拟信号源发生器、数字信号源发生器、压控振荡器、固定衰减器和选通开关；所述模拟信号源发生器连接压控振荡器，所述压控振荡器连接固定衰减器和选通开关，所述固定衰减器和数字信号源发生器连接选通开关，所述选通开关连接信号输出端；所述解调器包括低噪声放大器、高速比较器、锁相环检波器和包络检波器；信号输入端连接所述低噪声放大器，所述低噪声放大器分别连接高速比较器和包络检波器，所述高速比较器连接锁相环检波器。
优选地，所述固定衰减器为6dB固定衰减器。
优选地，所述模拟信号源发生器连接压控振荡器的压控输入端；所述压控振荡器的输出端分别连接固定衰减器和选通开关；所述选通开关的控制引脚与数字信号源发生器的输出相连接。
优选地，所述压控振荡器采用带有变容二极管的LC振荡器。
优选地，所述6dB固定衰减器由一个Π形电阻网络构成。
优选地，所述包络检波器采用三极管射极检波结构。
优选地，所述锁相环检波器包括锁相环跟踪器和MOS放大器。
以及根据以上装置的调制解调方法，其特征在于：模拟传输信号通过控制压控振荡器的控制电压端口，实现模拟调频；数字传输信号通过控制选通开关实现数字的ASK调制：其中，ASK调制保留全部载波，分别用压控振荡器输出信号和压控振荡器输出信号衰减6dB表示1和0信号。
优选地，数字信号和模拟信号采用ASK、FM混合调制，其中载波频率随着模拟信号的变化呈线性变化，大幅值载波幅度和小幅值载波幅度分别表示数字信号0和1。
优选地，所述包络检波器和高速比较器分别进行数字和模拟解调处理。
本发明及其优选方案能够实现单一振荡载波系统中，同时传输数字和模拟信号互不干扰，提高传输信息效率，且占用的系统带宽低，频谱资源利用率得到有效提高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1为本发明实施例整体结构示意图；
图2为本发明实施例载波信号示意图；
图3为本发明实施例压控振荡器电路原理示意图；
图4为本发明实施例6dB电压衰减器电路原理示意图；
图5为本发明实施例包络检波器电路原理示意图；
图6为本发明实施例锁相环检波器结构示意图。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
如图1所示，本实施例提供的基于单一振荡器的模数混合传输装置，包括调制器和解调器。其中，调制器包括模拟信号源发生器、数字信号源发生器、压控振荡器(VCO)、6dB固定衰减器、选通开关。解调器包括低噪声放大器、高速比较器、锁相环检波器、包络检波器。
电路拓补结构为模拟信号源发生器连接压控振荡器VCO的压控输入端，压控振荡器的输出分别两路信号走向，一路直连到选通开关，另一路和经过一个6dB衰减器直连到选通开关。选通开关的控制引脚与数字信号源发生器的输出相连接，选通开关的输出即调制后的模数混合传输信号。在解调器端，输入信号经过低噪声放大器进行放大和驱动提升后，分别连接高速比较器和包络检波器，包络检波器检波输出数字解调信号，高速比较器输出连接锁相环检波器检波后，输出模拟解调信号。
以上系统仅采用一个用于载波发生的振荡器，即实现了数字和模拟信号同时传输互不干扰。
基于以上装置，本实施例提供的调制解调方法，具体包括：模拟传输信号通过控制压控振荡器的控制电压端口，实现模拟调频；数字传输信号通过控制选通开关实现数字的ASK调制：其中，ASK调制保留全部载波，分别用压控振荡器输出信号和压控振荡器输出信号衰减6dB表示1和0信号。
如图2所示，数字信号和模拟信号采用ASK、FM混合调制，其中载波频率随着模拟信号的变化呈线性变化，大幅值载波幅度和小幅值载波幅度分别表示数字信号0和1。
解调端信号经过放大驱动后，分别连接数字解调部分的包络检波器和模拟解调部分的高速比较器，分别进行数字和模拟解调处理。
本实施例提供的方案还包括这样一些结构特征：
1、如图3所示，压控振荡器采用带有变容二极管的LC振荡器构成，其中的电容C采用变容二极管D1来实现。其中模拟信源号发生器产生的信号S1(t)用于控制压控振荡器上的变容二极管D1，从而改变振荡频率，使得LC振荡器输出产生一个FM调频波信号，其信号频率与模拟信号源发生器产生的信号S1(t)呈线性关系。
VFM＝Acos(2πfct+Φ)
其中π＝3.141592653，A为振荡幅度，为固定常数，t为时间轴，Φ为初始相位角，为固定常数，
Figure BDA0002463824830000031
L为设计常数，C为变容二极管容值，该值与S1(t)呈线性关系，
C＝K*S1(t)，K为变容管变容参数，常温下为固定值。
2、压控振荡器的调频波输出VFM经过一个6dB电压衰减器，如图4所示，该衰减器可由一个Π形电阻网络构成，输出一个幅度减半的同频同相调频波信号，即：
VFM2＝0.5*Acos(2πfct+Φ)。
3、VFM和VFM2信号经过一个选通开关，形成一个ASK调制，该调制的输出幅度分别采用A表示信号1，0.5*A表示信号0。频率与相位和压控振荡器输出保持始终一致，即：
Figure BDA0002463824830000041
即：
Vout＝0.5*A(S2(t)+1)*cos(2πfct+Φ)
4、解调器接收机收到的输入信号为Vout信号经过信道衰减后的信号，经过低噪声放大器放大驱动后，得到大信号，即：
D＝B*(S2(t)+1)*cos(2πfct+Φ)；
其中B为经过信道衰减即低噪声放大器LNA放大后信号最大幅度值，固定信道系统中为固定常数。
5、如图5所示，本实施例的包络检波器可采用三极管射极检波方式来实现包络检波，其检波输出与输入Vout的幅度保持一致；
即Vj1＝B*(S2(t)+1)，经过隔直电容后得到信号；
Vo1＝B*S2(t)，从而实现数字解调。
5、本发明的VLNA输出信号同时连接到高速比较器输入端，高速比较器输出等幅波FM信号：
Vco1＝C*cos(2πfct+Φ)；
6、如图6所示，本发明的锁相环检波器包括锁相环跟踪器和MOS放大器，其中锁相环跟踪器解调出调制在Vco1中的调制信号fc，
即
Figure BDA0002463824830000051
D为解调幅度值，为固定常数。
fpllout经过MOS放大器，MOS放大器工作在非线性区，利用MOS管的平方律特性，得到：
Vo2＝(fpllout)2＝4D2π2LC
从而解调出模拟信号S1(t)。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的基于单一振荡器的模数混合传输装置及调制解调方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种基于单一振荡器的模数混合传输装置，包括调制器和解调器，其特征在于：所述调制器包括模拟信号源发生器、数字信号源发生器、压控振荡器、固定衰减器和选通开关；所述模拟信号源发生器连接压控振荡器，所述压控振荡器连接固定衰减器和选通开关，所述固定衰减器和数字信号源发生器连接选通开关，所述选通开关连接信号输出端；所述解调器包括低噪声放大器、高速比较器、锁相环检波器和包络检波器；信号输入端连接所述低噪声放大器，所述低噪声放大器分别连接高速比较器和包络检波器，所述高速比较器连接锁相环检波器。
2.根据权利要求1所述的基于单一振荡器的模数混合传输装置，其特征在于：所述固定衰减器为6dB固定衰减器。
3.根据权利要求1所述的基于单一振荡器的模数混合传输装置，其特征在于：所述模拟信号源发生器连接压控振荡器的压控输入端；所述压控振荡器的输出端分别连接固定衰减器和选通开关；所述选通开关的控制引脚与数字信号源发生器的输出相连接。
4.根据权利要求1所述的基于单一振荡器的模数混合传输装置，其特征在于：所述压控振荡器采用带有变容二极管的LC振荡器。
5.根据权利要求2所述的基于单一振荡器的模数混合传输装置，其特征在于：所述6dB固定衰减器由一个Π形电阻网络构成。
6.根据权利要求1所述的基于单一振荡器的模数混合传输装置，其特征在于：所述包络检波器采用三极管射极检波结构。
7.根据权利要求1所述的基于单一振荡器的模数混合传输装置，其特征在于：所述锁相环检波器包括锁相环跟踪器和MOS放大器。
8.根据权利要求1-7其中任一所述的基于单一振荡器的模数混合传输装置的调制解调方法，其特征在于：模拟传输信号通过控制压控振荡器的控制电压端口，实现模拟调频；数字传输信号通过控制选通开关实现数字的ASK调制：其中，ASK调制保留全部载波，分别用压控振荡器输出信号和压控振荡器输出信号衰减6dB表示1和0信号。
9.根据权利要求8所述的基于单一振荡器的模数混合传输装置的调制解调方法，其特征在于：数字信号和模拟信号采用ASK、FM混合调制，其中载波频率随着模拟信号的变化呈线性变化，大幅值载波幅度和小幅值载波幅度分别表示数字信号0和1。
10.根据权利要求1-7其中任一所述的基于单一振荡器的模数混合传输装置的调制解调方法，其特征在于：所述包络检波器和高速比较器分别进行数字和模拟解调处理。
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