CN111683028B - 一种数字等报幅cw信号解调方法 - Google Patents

一种数字等报幅cw信号解调方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数字等报幅cw信号解调方法，涉及数字接收机技术领域，本发明采用数字方式取代传统的模拟电路方式实现CW解调,首先使用数字下变频模块(DDC)去除载波并降低采样率，然后使用高精度直接数字频率合成器(DDS)产生数字拍频器(DBFO)中的本振信号，减少后级数字拍频器(DBFO)的处理压力，从而使用较少的资源获得较高的拍频精度以及较大的拍频范围。

Description

一种数字等报幅cw信号解调方法
技术领域
本发明涉及数字接收机技术领域，更具体的是涉及数字等报幅cw信号解调方法技术领域。
背景技术
通信系统的核心内容是调制与解调，运用调制技术，发送端把基带消息信号转换成要求的频带信号，才能在特定的频带信道中传输，解调就是调制的逆过程，目的是恢复发送端传送的消息信号。尽管当前各种新型无线电通信系统不断涌现，但短波通信这种传统的通信方式仍然受到各个国家的普遍重视，尤其是在军事通信、应急通信、突发灾害救援中，短波通信都发挥着不可替代的作用。其中的等幅报(CW)是短波通信中的一种简单、实用的通信制式。CW最早是用于解调摩斯码的，莫斯码是单音，译码人员根据声音的长短和节奏来翻译获取到的信息。由于不同的人喜欢不同的音高，所以就可以通过频谱搬移的方式来改变声音的高低，也叫“拍频”。后来CW已经不仅用于解调莫斯码了，而已经成为了一种解调方式，解调的信号可以是任意信号。
随着软件无线电技术的发展以及大规模集成电路的广泛应用，通信系统逐渐开始采用纯数字化架构处理，可编程器件的可配置特性，能满足不同的通信功能需求。因此采用数字方式取代传统的模拟电路方式实现CW解调是本领域技术人员的努力方向。
发明内容
本发明的目的在于：为解决上述技术问题，本发明提供一种数字等报幅cw信号解调方法。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种数字等报幅cw信号解调方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、射频信号(RF)经过射频模块处理得到的中频信号(IF)，中频信号(IF)通过高速ADC采样转化为数字信号Sm(t)，数字下变频模块DDC对数字信号Sm(t)进行正交混频后将信号搬移至零频附近，得到同相信号Mix_I和正交信号Mix_Q；
步骤2、步骤1得到的同相信号Mix_I和正交信号Mix_Q经过级联梳状(CIC)滤波器对数据进行抽取，降低采样率，同时抑制前一级混频带来的高频分量；
步骤3、经过步骤3处理的信号通过FIR滤波器，解决采样率降低带来的混叠问题，满足滤波要求，输出基带信号FIR_I和FIR_Q；
步骤4、正交的基带信号FIR_I和FIR_Q进入数字拍频器(DBFO)，数字拍频器(DBFO)可以将基带信号调整到±fs/2Hz(fs指输入信号的采样率)的任意位置，使用的高精度DDS可以保证频率精度达到0.78125Hz；
步骤5、取出复数信号的实部，输出的即为CW解调结果。
步骤1中，产生的混频信号如下：
Mix(t)＝cos(ωt)-j*sin(ωt)，
AD采样后的信号为：
Sm(t)＝A*cos(ωct)，
Sm(t)*Mix(t)混频后的同相信号为:
Figure GDA0003021559600000021
Sm(t)*Mix(t)混频后的正交信号为:
Figure GDA0003021559600000022
Δω＝ω-ωc≈0。
步骤2中，级联梳状(CIC)滤波器的低通特性会对高频分量sin(ω+ωc)和cos(ω+ωc)产生抑制。
步骤3中，FIR_I＝cos(Δω)t,FIR_Q＝cos(Δω)t。
本发明的有益效果如下：
本发明采用数字方式取代传统的模拟电路方式实现CW解调。首先使用数字下变频模块(DDC)去除载波并降低采样率，然后使用高精度直接数字频率合成器(DDS)产生数字拍频器(DBFO)中的本振信号，减少后级数字拍频器(DBFO)的处理压力，从而使用较少的资源获得较高的拍频精度以及较大的拍频范围。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为超外差接收系统框图；
图3为数字拍频器的内部框图；
图4为AD采集数据频谱；
图5为DDC降采样率后输出；
图6为CW解调后输出。
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。
实施例1
本实施例提供的一种数字等幅报(CW)信号解调方法，包括以下步骤：
步骤1、对经过AD采样后的信号Sm(t)通过正交混频将信号搬移至零频附近，由于射频信号(RF)经过射频模块处理得到的中频信号(IF)已经处于一个固定的频点，所以正交混频也将产生一个等于中频频率的混频信号，将Sm(t)搬移至基带。得到同相信号Mix_I和正交信号Mix_Q。
产生的混频信号如下：
Mix(t)＝cos(ωt)-j*sin(ωt)，
ω：混频信号角频率，单位rad/s
j：虚数单位
t：时间，单位s
AD采样后的信号为：
Sm(t)＝A*cos(ωct)，
ωc：信号角频率，单位rad/s
A：信号幅度
Sm(t)*Mix(t)混频后的同相信号为
Figure GDA0003021559600000031
正交信号为
Figure GDA0003021559600000032
Δω＝ω-ωc≈0。
步骤2、混频输出信号经过级联梳状(CIC)滤波器对数据进行200倍抽取，使数据率从102.4MSPS降低到512KSPS，同时CIC的低通特性会对高频分量sin(ω+ωc)和cos(ω+ωc)产生抑制。
步骤3、下采样后的信号通过FIR滤波器，解决采样率降低带来的混叠问题，满足滤波要求，输出基带IQ信号,FIR_I＝cos(Δω)t,FIR_Q＝cos(Δω)t。
步骤4、正交的IQ信号进入数字拍频器(DBFO)，DDS产生的本振信号cos(ωBFOt)和-sin(ωBFOt)，分别和FIR_I和FIR_Q相乘，将信号搬移至拍频位置。
其内部结构如图3所示，核心是高精度直接数字频率合成器(DDS)，DDS是一种完全使用数字器件实现的频率合成技术，其基本原理是利用奈奎斯特采样定理，通过查表法产生正弦波。通过频率控制字可以改变输出的正弦波频率，控制字与输出频率关系为：
Figure GDA0003021559600000041
fout：输出频率,
Frequency_Ctrl_Word：频率控制字，取值0～2width,
fs：数据采样率，本设计中固定为512KSPS,
width：频率控制字位宽，本设计中选取为16,
由控制字与输出频率关系的表达可知，当Frequency_Ctrl_Word＝1时fout取得最小值，即DDS的频率分辨率。如果想获得更小的频率分辨率一方面需要降低fs另一方面是增大width值，而DDS中存储的数据量与2width成正比，增大频率控制字位宽将会使资源成指数级增长，所以通过降低采样率是获得更高频率分辨率的有效方法。本设计中fs为512K，故数字拍频器的精度为0.78125Hz。
步骤5、取出复数信号的实部，输出的即为CW解调结果。
图1展示了CW解调器在数字超外差接收机中的位置，信号经过射频模块被搬移至中频，中频信号通过高速ADC采样转化为数字信号，便于后续的数字信号处理。数字下变频模块DDC将一路实信号进行正交混频，通过混频将信号搬移至零中频，混频之后的信号成为相互正交的IQ两路。数字拍频器(DBFO)将两路IQ信号搬移至适合人耳监听的频率。
本发明的仿真效果如图4～6所示，仿真条件为：AD采样率102.4MSPS，信号频率为30MHz，信号频谱如图4所示。经过DDC，将信号搬移到零中频，并降采样得到基带信号，图5中的信号即在采样率降低为512KSPS时的频谱。基带信号经过数字拍频器(DBFO)将基带信号搬移至8KHz位置，如图6所示。

Claims (4)

1.一种数字等报幅cw信号解调方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、射频信号(RF)经过射频模块处理得到的中频信号(IF)，中频信号(IF)通过高速AD采样转化为数字信号Sm(t)，数字下变频模块DDC对数字信号Sm(t)进行正交混频后将信号搬移至零频附近，得到同相信号Mix_I和正交信号Mix_Q， 式中，t为时间，单位s；
步骤2、步骤1得到的同相信号Mix_I和正交信号Mix_Q经过级联梳状(CIC)滤波器对数据进行抽取，降低采样率，同时抑制前一级混频带来的高频分量；
步骤3、经过步骤3处理的信号通过FIR滤波器，解决采样率降低带来的混叠问题，满足滤波要求，输出基带信号FIR_I和FIR_Q；
步骤4、正交的基带信号FIR_I和FIR_Q进入数字拍频器(DBFO)，数字拍频器(DBFO)可以将基带信号调整到±fs/2Hz(fs指输入信号的采样率)的任意位置，使用的高精度DDS可以保证频率精度达到0.78125Hz；
步骤5、取出复数信号的实部，输出的即为CW解调结果。
2.根据权利要求1所述的一种数字等报幅cw信号解调方法，其特征在于：
步骤1中，产生的混频信号如下：
Mix(t)＝cos(ωt)-j*sin(ωt)，
AD采样后的信号为：
Sm(t)＝A*cos(ωct)，
Sm(t)*Mix(t)混频后的同相信号为:
Figure FDA0003033854400000011
Sm(t)*Mix(t)混频后的正交信号为:
Figure FDA0003033854400000012
式中，ω为混频信号角频率，单位rad/s；j为虚数单位；t为时间，单位s；ωc为信号角频率，单位rad/s；A为信号幅度。
3.根据权利要求1所述的一种数字等报幅cw信号解调方法，其特征在于：
步骤2中，级联梳状(CIC)滤波器的低通特性会对高频分量sin(ω+ωc)和cos(ω+ωc)产生抑制，
式中，ω为混频信号角频率，单位rad/s；ωc为信号角频率，单位rad/s。
4.根据权利要求1所述的一种数字等报幅cw信号解调方法，其特征在于：步骤3中，FIR_I＝cos(Δω)t,FIR_Q＝cos(Δω)t，式中，t为时间，单位s；Δω＝ω-ωc。
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