CN112152956B - 一种基带信号跟踪的单边带解调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基带信号跟踪的单边带解调方法,通过定义并控制通带带宽passband参数可以跟踪单边带基带语音信号,实现单边带调制信号的准确解调。采用本发明的技术方案:可以增强单边带解调效果,在单边带通信系统面临发射、接收端频率不一致,解调信号不稳定的难题下,本发明通过定义并控制通带带宽passband参数能够手动跟踪单边带基带信号,进而可以按照所接收信号的实际频率位置进行解调,这样能够克服单边带信号因自身没有载波分量而无法设计频率自动跟踪功能的缺陷,也便于在频分复用的单边带通信系统公共信道中查询各个信号,增强单边带解调效果。
Description
技术领域
本发明涉及单边带解调技术领域,尤其涉及的是一种基带信号跟踪的单边带解调方法。
背景技术
单边带调制信号,相对于调幅AM、双边带信号DSB来说单边带调制不仅可节省发射功率,而且所占用的频带宽度比AM、DSB减少了1/2,是短波通信中非常重要的一种调制方式。单边带调制信号只传递上边带USB或下边带LSB信号,单边带信号的调制过程首先由乘积调制器产生抑制载波双边带信号DSB-SC,然后使用带通滤波器通过已调信号的一个边带并抑制另一个边带。因为单边带信号是抑制载波的调制信号,其包络不能直接反映调制信号的变化,不能采用简单的包络检波,一般采用相干解调;为了无失真地恢复原始基带信号,相干解调要求接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步(同频同相)的本地相干载波,它与接收的已调信号相乘后,经低通滤波取出低频分量即为原始的基带调制信号,但是在接收端很难提供一个与载波信号严格同频同相的相干载波,为避免这一难题,现在的单边带解调一般采用逆维弗法(IWA)。然而,逆维弗法只能在确知单边带信号发射和接收频率一致时才可以得到理想的单边带解调结果,由于单边带通信是短波和超短波频段常用的通信调制方式,短波通信利用电离层实现中远距离的通信时信号传播的多普勒效应等因素会引起的接收、发射端频率不一致,解调信号不稳定的难题,并且单边带调制是频分复用采用最多的调制方式,即许多相互独立的信号复合成适于在同一公共信道中传送的信号,例如电话系统可传送300Hz到3100Hz范围内的语音频率。因此,单边带通信系统中的信号传播多普勒效应会使得接收设备按照发射频率解调单边带信号时可能无法跟踪到单边带基带信号,从而造成解调效果失真,引起Donald Duck语音效应,在单边带通信系统发送音乐和图像信号时,这种失真就不可接受了,并且在频分复用的单边带通信系统中,单边带信号解调时在同一公共信道也有解调多个单边带信号的需求。
现有技术的缺点在于(1)接收设备使用逆维弗法按照发射频率解调单边带信号时会发生失真,这是因为单边带通信系统的远距离通信会因信号传播的多普勒效应等因素导致接收频率相对于发射频率产生多普勒频移。(2)由于单边带调制是载波抑制的,无法设计频率自动跟踪(AFC)功能来实现对单边带基带信号的跟踪,因此在无线通信系统的多普勒效应下,当接收设备按照发射频率解调单边带信号时,难以跟踪单边带基带信号,从而对单边带信号的监测和解调带来很大不准确性。(3)对于单边带通信系统公共信道内存在信号频分复用时无法查询多个单边带信号。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的是提出一种名为通带带宽(passband)的参数,通过控制此参数可以跟踪单边带基带语音信号,增强在单边带无线短波通信系统的公共信道内信号频分复用以及信号传播多普勒效应下单边带信号的解调性能。
本发明的技术方案如下:一种基带信号跟踪的单边带解调方法,包括以下步骤:
步骤1:下变频;单边带信号为载频抑制的调制信号,下变频时将单边带信号的ADC采样数据依据发射载频wc’做数字下变频;当单边带通信系统因多普勒效应等因素使得发射、接收端频率不一致时,依据发射载频wc’做数字下变频之后不一定得到严格的零中频,设以wc’做下变频后剩余的载频频率为wc。
步骤2:跟踪单边带的基带信号;对上边带信号而言,根据信号所占用的带宽以及上边带信号的实际位置使用调谐频率为wb+passband的复数调谐将所接收的上边带基带信号的中心位置下变频到零频,其中wb是接收端根据发射端单边带的带宽信息而设置的调谐频率,参数passband是接收端根据实际接收的上边带频率位置信息而设置的。同理,对于下边带而言,使用调谐频率为wb+passband的复数调谐将所接收的下边带基带信号的中心位置上变频到零频,从而实现对单边带基带信号的跟踪。
步骤3:低通滤波;对零中频信号进行低通滤波,滤波对象为步骤2中单边带信号中心位置被调谐到零频的IQ数据,如果单边带信号带宽为B,则低通滤波器的带宽为B/2。
步骤4:恢复单边带基带信号;将低通滤波后的IQ数据使用调谐频率为wa的第二级复数调谐恢复单边带基带信号:此时wb和wa的调谐方向相反,相位一致,当wb和wa满足wa-wb=pasband时,即可在接收端获得准确的单边带基带信号。经第二级复数调谐后得到单边带基带IQ数据,I和Q信号两者的频谱正频率部分符号相同,以零中频对称的负频率部分符号相反,将I和Q数据相加,即可抑制掉单边带基带信号的频谱镜像,从而得到单边带基带信号。为保证两个本地复数本振的初始相位一致,用户设置调谐频率wb、wa或passband时,跟踪单边带基带信号和恢复单边带基带信号的两个数字复本振需要同时初始化和配置;并且通过对单边带基带IQ数据进行插值/抽取并设置相应插值抽取滤波器将单边带IQ基带数据速率与频率为wa复数本振的正余弦信号数据速率统一起来,便于复数调谐的乘法计算。
进一步的,步骤1到步骤4所述的一种基带信号跟踪的单边带解调方法,先用一对正交载波使单边带信号产生频谱折叠,折叠的频谱落在低频带内,高频部分通过低通滤波器抑制掉;对折叠的低频部分,用一对低频正交载波搬移频谱,且有一个边带的相位差是180°,然后相加,抑制掉一个边带,假定基带信号为f(t),频率范围为wL≤ws≤wH,为基带信号的希尔伯特变换,所接收单边带信号的载频为wc,则所接收的单边带信号表示为本地频率为wb,搬移信号与接收的单边带信号的载频相位差为那么所接收的单边带信号经频率为wb的第一次搬移后,输出两路信号为:
将u1和u2相加,得到:
进一步的,步骤1到步骤4所述的一种基带信号跟踪的单边带解调方法,在接收设备上,用户根据信号发射频率来设置下变频频率,在接收端和发射端载频不一致的情况下,通过设置passband参数将接收和发射端载频的频率偏移量补偿回来。由于单边带通信系统一般传递300Hz到3100Hz范围内的语音信号,因此设置通带带宽passband参数为0时解调带宽DBW起始边缘距零中频300Hz;考虑到单边带信号的类型,对于下边带LSB信号的解调,需设置wb为DBW/2+300+passband的上变频,使得下边带LSB信号的中心位置调谐到零频上,然后基带IQ信号经低通滤波后在恢复单边带基带信号模块设置wa为DBW/2+300的下变频来恢复下边带LSB的基带信号;对于上边带USB信号的解调,需设置wb为DBW/2+300+passband的下变频,使得上边带USB信号的中心位置调谐到零频上,然后基带IQ信号经低通滤波后在恢复单边带基带信号模块设置wa为DBW/2+300的上变频来恢复上边带USB的基带信号。
采用本发明的技术方案:(1)增强单边带解调效果,在无线通信系统的多普勒效应下,单边带调制信号的接收频率相对于发射频率会发生偏移,本发明通过定义并控制通带带宽passband参数能够手动跟踪单边带基带信号,进而可以按照所接收信号的实际频率位置进行解调,这样能够克服单边带信号因没有载波分量而无法设计频率自动跟踪功能(AFC)的缺陷,增强单边带解调效果;(2)提高单边带信号的监测能力,针对上边带和下边带信号的区别,制定相应的通带带宽passband参数的设置策略,提高单边带信号监测准确性。(3)对于单边带通信系统公共信道内存在信号频分复用时可以通过设置passband参数查询信道内多个单边带信号。
附图说明
图1为现有技术中逆维弗法单边带解调原理图。
图2为本发明基带信号跟踪的单边带解调方法框图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面结合附图和具体实施例,对本发明进行更详细的说明。除非另有定义,本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明的一个实施例是,提出一种名为通带带宽passband的参数,通过控制此参数可以跟踪单边带基带语音信号,增强在单边带无线短波通信系统的公共信道内信号频分复用以及信号传播多普勒效应下单边带信号的解调性能。该方法的方案框图如图2所示:
一种基带信号跟踪的单边带解调方法,具体步骤如下:
步骤1:下变频;单边带信号为载频抑制的调制信号,下变频时将单边带信号的ADC采样数据依据发射载频wc’做数字下变频;当单边带通信系统因多普勒效应等因素使得发射、接收端频率不一致时,依据发射载频wc’做数字下变频之后不一定得到严格的零中频,设以wc’做下变频后剩余的载频频率为wc。
步骤2:跟踪单边带的基带信号;对上边带信号而言,根据信号所占用的带宽以及上边带信号的实际位置使用调谐频率为wb+passband的复数调谐将所接收的上边带基带信号的中心位置下变频到零频,其中wb是接收端根据发射端单边带的带宽信息而设置的调谐频率,参数passband是接收端根据实际接收的上边带频率位置信息而设置的。同理,对于下边带而言,使用调谐频率为wb+passband的复数调谐将所接收的下边带基带信号的中心位置上变频到零频,从而实现对单边带基带信号的跟踪。
步骤3:低通滤波;对零中频信号进行低通滤波,滤波对象为步骤2中单边带信号中心位置被调谐到零频的IQ数据,如果单边带信号带宽为B,则低通滤波器的带宽为B/2。
步骤4:恢复单边带基带信号;将低通滤波后的IQ数据使用调谐频率为wa的第二级复数调谐恢复单边带基带信号:此时wb和wa的调谐方向相反,相位一致,当wb和wa满足wa-wb=pasband时,即可在接收端获得准确的单边带基带信号。经第二级复数调谐后得到单边带基带IQ数据,I和Q信号两者的频谱正频率部分符号相同,以零中频对称的负频率部分符号相反,将I和Q数据相加,即可抑制掉单边带基带信号的频谱镜像,从而得到单边带基带信号。为保证两个本地复数本振的初始相位一致,用户设置调谐频率wb、wa或passband时,跟踪单边带基带信号和恢复单边带基带信号的两个数字复本振需要同时初始化和配置;并且通过对单边带基带IQ数据进行插值/抽取并设置相应插值抽取滤波器将单边带IQ基带数据速率与频率为wa复数本振的正余弦信号数据速率统一起来,便于复数调谐的乘法计算。
下面说明一下步骤1到步骤4所述的一种基带信号跟踪的单边带解调方法的原理,如图1所示。先用一对正交载波使单边带信号产生频谱折叠,折叠的频谱落在低频带内,高频部分通过低通滤波器抑制掉;对折叠的低频部分,用一对低频正交载波搬移频谱,且有一个边带的相位差是180°,然后相加,抑制掉一个边带,假定基带信号为f(t),频率范围为wL≤ws≤wH,为基带信号的希尔伯特变换,所接收单边带信号的载频为wc,则所接收的单边带信号表示为本地频率为wb,搬移信号与接收的单边带信号的载频相位差为那么所接收的单边带信号经频率为wb的第一次搬移后,输出两路信号为:
将u1和u2相加,得到:
在上述技术内容的基础上,在接收设备上,用户根据信号发射频率来设置下变频频率,在接收端和发射端载频不一致的情况下,通过设置passband参数将接收和发射端载频的频率偏移量补偿回来。由于单边带通信系统一般传递300Hz到3100Hz范围内的语音信号,因此设置通带带宽passband参数为0时解调带宽DBW起始边缘距零中频300Hz;考虑到单边带信号的类型,对于下边带LSB信号的解调,需设置wb为DBW/2+300+passband的上变频,使得下边带LSB信号的中心位置调谐到零频上,然后基带IQ信号经低通滤波后在恢复单边带基带信号模块设置wa为DBW/2+300的下变频来恢复下边带LSB的基带信号;对于上边带USB信号的解调,需设置wb为DBW/2+300+passband的下变频,使得上边带USB信号的中心位置调谐到零频上,然后基带IQ信号经低通滤波后在恢复单边带基带信号模块设置wa为DBW/2+300的上变频来恢复上边带USB的基带信号。
采用本发明的技术方案:(1)增强单边带解调效果,在无线通信系统的多普勒效应下,单边带调制信号的接收频率相对于发射频率会发生偏移,本发明通过定义并控制通带带宽passband参数能够手动跟踪单边带基带信号,进而可以按照所接收信号的实际频率位置进行解调,这样能够克服单边带信号因没有载波分量而无法设计频率自动跟踪功能(AFC)的缺陷,增强单边带解调效果;(2)提高单边带信号的监测能力,针对上边带和下边带信号的区别,制定相应的通带带宽passband参数的设置策略,提高单边带信号监测准确性。(3)对于单边带通信系统公共信道内存在信号频分复用时可以通过设置passband参数查看信道内多个单边带信号。
需要说明的是,上述各技术特征继续相互组合,形成未在上面列举的各种实施例,均视为本发明说明书记载的范围;并且,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种基带信号跟踪的单边带解调方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:下变频;单边带信号为载频抑制的调制信号,下变频时将单边带信号的ADC采样数据依据发射载频wc’做数字下变频;当单边带通信系统因多普勒效应等因素使得发射、接收端频率不一致时,依据发射载频wc’做数字下变频之后不一定得到严格的零中频,设以wc’做下变频后剩余的载频频率为wc;
步骤2:跟踪单边带的基带信号;对上边带信号而言,根据信号所占用的带宽以及上边带信号的实际位置使用调谐频率为wb+passband的复数调谐将所接收的上边带基带信号的中心位置下变频到零频,其中wb是接收端根据发射端单边带的带宽信息而设置的调谐频率,参数passband是接收端根据实际接收的上边带频率位置信息而设置的;同理,对于下边带而言,使用调谐频率为wb+passband的复数调谐将所接收的下边带基带信号的中心位置上变频到零频,从而实现对单边带基带信号的跟踪;
步骤3:低通滤波;对零中频信号进行低通滤波,滤波对象为步骤2中单边带信号中心位置被调谐到零频的IQ数据,如果单边带信号带宽为B,则低通滤波器的带宽为B/2;
步骤4:恢复单边带基带信号;将低通滤波后的IQ数据使用调谐频率为wa的第二级复数调谐恢复单边带基带信号:此时wb和wa的调谐方向相反,相位一致,当wb和wa满足wa-wb=pasband时,即可在接收端获得准确的单边带基带信号;经第二级复数调谐后得到单边带基带IQ数据,I和Q信号两者的频谱正频率部分符号相同,以零中频对称的负频率部分符号相反,将I和Q数据相加,即抑制掉单边带基带信号的频谱镜像,从而得到单边带基带信号;为保证两个本地复数本振的初始相位一致,用户设置调谐频率wb、wa或passband时,跟踪单边带基带信号和恢复单边带基带信号的两个数字复本振需要同时初始化和配置;并且通过对单边带基带IQ数据进行插值/抽取并设置相应插值抽取滤波器将单边带IQ基带数据速率与频率为wa复数本振的正余弦信号数据速率统一起来,便于复数调谐的乘法计算。
2.根据权利要求1所述的一种基带信号跟踪的单边带解调方法,其特征在于,所述步骤1-步骤4具体包括:先用一对正交载波使单边带信号产生频谱折叠,折叠的频谱落在低频带内,高频部分通过低通滤波器抑制掉;对折叠的低频部分,用一对低频正交载波搬移频谱,且有一个边带的相位差是180°,然后相加,抑制掉一个边带,假定基带信号为f(t),频率范围为wL≤ws≤wH,为基带信号的希尔伯特变换,所接收单边带信号的载频为wc,则所接收的单边带信号表示为本地频率为wb,搬移信号与接收的单边带信号的载频相位差为那么所接收的单边带信号经频率为wb的第一次搬移后,输出两路信号为:
将u1和u2相加,得到:
3.根据权利要求1所述的一种基带信号跟踪的单边带解调方法,其特征在于,设置通带带宽passband参数为0时解调带宽DBW起始边缘距零中频300Hz;考虑单边带信号的类型,对于下边带LSB信号的解调,需设置wb为DBW/2+300+passband的上变频,使得下边带LSB信号的中心位置调谐到零频上,然后基带IQ信号经低通滤波后在恢复单边带基带信号模块设置wa为DBW/2+300的下变频来恢复下边带LSB的基带信号;对于上边带USB信号的解调,需设置wb为DBW/2+300+passband的下变频,使得上边带USB信号的中心位置调谐到零频上,然后基带IQ信号经低通滤波后在恢复单边带基带信号模块设置wa为DBW/2+300的上变频来恢复上边带USB的基带信号。
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