CN114884523B - 适用于陶瓷滤波器的中频调制信号的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于陶瓷滤波器的中频调制信号的生成方法，其方法为：A、当信号为模拟信号时，通过ADC采样转换成数字信号，并按照倍数插值并经过低通滤波获得基带信号，然后进行中频正交调制，即可获得载波频率为f_c、采样速率为f_s的中频调制信号；B、对上述中频调制信号进行重组；C、将重组后的信号通过DAC模块或DMA模块输出至陶瓷滤波器，本方法可在不需要增加太多MCU算力的情况下，只需要进行简单取反和复制工作，无需MCU介入，通过简单的数据重组，利用DMA操作实现高速输出，实现高中频信号的间接合成。

Description

适用于陶瓷滤波器的中频调制信号的生成方法

技术领域

本发明涉及中频信号调制领域，特别涉及适用于陶瓷滤波器的中频调制信号的生成方法。

背景技术

在基于MCU的软件无线电系统中，通常需要生成一个低中频调制信号，然后通过多级混频和滤波电路，实现频率的搬移，然后再经过放大，经由天馈系统将信号辐射出去，从而完成信号发射工作。

一般地，基于MCU的软件无线电发射侧系统如图2所示，原则上，中频频率选择范围很宽，但工程实践中，受到各种因素的限制，通常选用450kHz或480kHz作为载波频率，这是因为在这个频点(450kHz或480kHz)上，有专用的陶瓷滤波器，能够提供极其优良的带外衰减特性，并且价格低廉且供货充足、稳定。

一般情况下，受到MCU算力的限制，通常无法利用MCU直接生成450kHz或480kHz的中频调制信号(对应的最低采样速率要求是900kSps或960kSps，通常取1800kSps或1920kSps)。为了解决此问题，通常会先生成一个更低的中频调制信号，如24kHz或30kHz等中频信号，然后通过混频操作，将低中频(如24kHz或30kHz等)信号搬移到高中频(如450kHz或480kHz)上去，这样会引入一级混频电路，会导致电路复杂，且会引入更多干扰。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种在不需要增加太多MCU算力的情况下，即可实现所需中频信号生成的适用于陶瓷滤波器的中频调制信号的生成方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于陶瓷滤波器的中频调制信号的生成方法，其方法为：

A、当信号为模拟信号时，通过ADC采样转换成数字信号，并按照倍数插值并经过低通滤波获得基带信号，然后进行中频正交调制，即可获得载波频率为f_c、采样速率为f_s的中频调制信号，

其中，设定

所述中频正交调制方法为，当为复合调制时，算法如下：

s(t)＝A(t)sin(2πf_ct+θ(t)) (1)；

其离散表达式为：

s_i＝A_i sin(2iπf_cT_s+θ_i) (2)；

由于即

得到：

将上式展开，得到：

由此进一步得到：

B、对上述中频调制信号进行重组；

C、将重组后的信号通过DAC模块或DMA模块输出至陶瓷滤波器。

进一步的是：在进行中频正交调制时，当调制方法为幅度调制时，上述(5)式可简化为：

进一步的是：在进行中频正交调制时，当调制方法为角度调制时，上述(5)式可简

化为：

进一步的是：步骤B中的数据重组方法为：当步骤A中得到的中频信号为30kHz时，将中频调制信号进行3倍扩展，中间两个值取0，交替进行，用中频信号去调制占空比为1:2的120kHz方波,重组数据为：

+A₀+0+0+A₁+0+0+A₂+0+0+A₃+0+0+A₄+0+0+A₅+0+0+A₆+0+0+A₇+0+0；

120kHz的占空比为1:2的可表达为：

其中，1/3代表直流分量，

即在占空比为1:2的120kHz方波中，含有480kHz谐波分量。

进一步的是：步骤B中的数据重组方法为：当系统的采样速率为360kSps时，将中频调制信号进行2倍扩展，并且间隔取负值；

即重组数据为：+A₀-A₀+A₁-A₁+A₂-A₂+A₃-A₃+A₄-A₄+A₅-A₅+A₆-A₆+A₇-A₇+A₈-A₈。

本发明的有益效果是：本方法可在不需要增加太多MCU算力的情况下，只需要进行简单取反和复制工作，无需MCU介入，通过简单的数据重组，利用DMA操作实现高速输出，实现高中频信号的间接合成。

附图说明

图1为本申请实施例的适用于陶瓷滤波器的中频调制信号的生成方法的系统示意图。

图2为现有技术中的中频调制信号的生成方法的系统示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文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。本文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，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/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。

本申请的实施例公开了一种适用于陶瓷滤波器的中频调制信号的生成方法，其方法为：

A、当信号为模拟信号时，通过ADC采样转换成数字信号，并按照倍数插值并经过低通滤波获得基带信号，然后进行中频正交调制，即可获得载波频率为f_c、采样速率为f_s的中频调制信号，

其中，设定

由于一般模拟语音信号采样速率为8kSps(或24kSps)，按照15倍(或5倍，对应于24kSps)插值并经过低通滤波，获得120kSps基带信号，然后进行中频正交调制，经过简单计算，即可获得载波频率为30kHz的、采样速率为120kSps的中频调制信号；

所述中频正交调制方法为，当为复合调制时，算法如下：

s(t)＝A(t)sin(2πf_ct+θ(t)) (1)；

其离散表达式为：

s_i＝A_i sin(2iπf_cT_s+θ_i) (2)；

由于即

得到：

将上式展开，得到：

由此进一步得到：

B、对上述中频调制信号进行重组；

C、将重组后的信号通过DAC模块或DMA模块输出至陶瓷滤波器。

从上述(5)式可看出，通过正交调制方式可以简化计算步骤，从而可以节省50％以上的算力。

具体的，在进行中频正交调制时，当调制方法为幅度调制时，上述(5)式可简化为：

从上述计算可看出，针对简单幅度调制而言，只需对基带信号按照顺序进行++--操作即可，在此条件下，正交调制可以节省95％以上的算力。

具体的，在进行中频正交调制时，当调制方法为角度调制时，上述(5)式可简化为：

从上述计算可看出，针对角度调制而言，只要对基带信号间隔进行正弦函数和余弦函数计算，并按照++--进行取反操作即可。在此条件下，正交调制至少可以节省50％以上的MCU算力，如果结合其它优化操作，可以节省80％的以上的算力，对于低功耗低性能的MCU尤为重要。

当采样速率为120kSps时，若将其通过DAC直接输出，将得到一个中心频率为30kHz的带通信号以及高频谐波分量，但高频谐波分量很微弱，这对下一级中频滤波带来困难。为此需要对数据进行重组，其目的在于提高高中频分量的比例。

本实施例中，步骤B中的数据重组方法为：当步骤A中得到的中频信号为30kHz时，将中频调制信号进行8倍扩展，并且间隔取负值，即将30kHz的中频信号去调制频率为480kHz的方波，

即重组数据为：

+A₀-A₀+A₀-A₀+A₀-A₀+A₀-A₀+A₁-A₁+A₁-A₁+A₁-A₁+A₁-A₁+A₂-A₂+A₂-A₂+A₂-A₂+A₂-A₂；

480kHz方波，可表示为傅里叶级数形式：

其中f₀＝480kHz；

由此，在频域上，我们得到无数个双边带信号，双边带信号的中心频率为：

n×480kHz±30kHz n＝2i+1；

当n＝1时，获得下边带信号中心频点为450kHz、上边带信号为510kHz的谐波分量，这两个分量是所有分量中最大的，比其它频率分量高9dB以上，非常有利于用陶瓷滤波器进行滤取获得预期的信号。

采用上述方案，需要较多的RAM资源，且需要进行多次数据复制和修改，可适用于MCU资源比较富裕的情况。

本实施例中，步骤B中的数据重组方法为：当步骤A中得到的中频信号为30kHz时，将中频调制信号进行3倍扩展，中间两个值取0，交替进行，用中频信号去调制占空比为1:2的120kHz方波,重组数据为：

+A₀+0+0+A₁+0+0+A₂+0+0+A₃+0+0+A₄+0+0+A₅+0+0+A₆+0+0+A₇+0+0；

120kHz的占空比为1:2的可表达为：

其中，1/3代表直流分量，

即在占空比为1:2的120kHz方波中，含有480kHz谐波分量，从而通过陶瓷滤波器，很容易得到纯净的调制信号。

本实施例中，步骤B中的数据重组方法为：当系统的采样速率为360kSps时，将中频调制信号进行2倍扩展，并且间隔取负值；

即重组数据为：+A₀-A₀+A₁-A₁+A₂-A₂+A₃-A₃+A₄-A₄+A₅-A₅+A₆-A₆+A₇-A₇+A₈-A₈。

此时，DAC输出频率为720kHz，等效于360kHz的方波被90kHz的信号调制，很容易得到450kHz(360kHz+90kHz)和270kHz(360kHz-90kHz)的双边带信号，通过450kHz的陶瓷滤波器，很容得到纯净的调制信号。

因此，如上所述，在MCU资源受限的情况下，通过合理选择采样速率和低中频载波频率，利用简单的正交调制，然后再经过简单的数据重组，通过无需MCU的介入的DMA操作，等间隔地输出经过重组后的数据，保证在输出的DAC信号中含有丰富的谐波分量，然后利用陶瓷滤波器，经过简单的滤波操作，可以获得纯净的450kHz或480kHz中频调制信号，为拓展提高低功耗低性能的MCU在软件无线电系统中的应用提供了可能。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于陶瓷滤波器的中频调制信号的生成方法，其特征在于：

A、当信号为模拟信号时，通过ADC采样转换成数字信号，并按照倍数插值并经过低通滤波获得基带信号，然后进行中频正交调制，即可获得载波频率为f_c、采样速率为f_s的中频调制信号，

其中，设定

所述中频正交调制方法为，当为复合调制时，算法如下：

s(t)＝A(t)sin(2πf_ct+θ(t)) (1)；

其离散表达式为：

s_i＝A_isin(2iπf_cT_s+θ_i) (2)；

由于即

s_i表示第i个采样时刻载波信号大小，θ_i表示第i个采样时刻载波的其中，T_s为采样周期，瞬时调制相位，而A_i表示第i个采样所对应的载波幅度值；

由此进一步得到：

B、对上述中频调制信号进行重组，具体为：对中频信号进行扩展并用中频信号去调制方波；

C、将重组后的信号通过DAC模块或DMA模块输出至陶瓷滤波器。

2.如权利要求1所述的适用于陶瓷滤波器的中频调制信号的生成方法，其特征在于：在进行中频正交调制时，当调制方法为幅度调制时，上述(5)式可简化为：

3.如权利要求1所述的适用于陶瓷滤波器的中频调制信号的生成方法，其特征在于：在进行中频正交调制时，当调制方法为角度调制时，上述(5)式可简化为：

4.如权利要求1所述的适用于陶瓷滤波器的中频调制信号的生成方法，其特征在于：步骤B中的数据重组方法为：当步骤A中得到的中频信号为30kHz时，将中频调制信号进行8倍扩展，并且间隔取负值，用中频信号去调制频率为480kHz的方波，重组数据为：

+A₀-A₀+A₀-A₀+A₀-A₀+A₀-A₀+A₁-A₁+A₁-A₁+A₁-A₁+A₁-A₁+A₂-A₂+A₂-A₂+A₂-A₂+A₂-A₂；

480kHz方波，可表示为傅里叶级数形式：

其中f₀＝480kHz

由此，在频域上，我们得到无数个双边带信号，双边带信号的中心频率为：

n×480kHz±30kHz n＝2i+1；

当n＝1时，获得下边带信号中心频点为450kHz谐波分量。

5.如权利要求1所述的适用于陶瓷滤波器的中频调制信号的生成方法，其特征在于：步骤B中的数据重组方法为：当步骤A中得到的中频信号为30kHz时，将中频调制信号进行3倍扩展，中间两个值取0，交替进行，用中频信号去调制占空比为1:2的120kHz方波,重组数据为：

+A₀+0+0+A₁+0+0+A₂+0+0+A₃+0+0+A₄+0+0+A₅+0+0+A₆+0+0+A₇+0+0；

120kHz的占空比为1:2的可表达为：

其中，1/3代表直流分量，

即在占空比为1:2的120kHz方波中，含有480kHz谐波分量。

6.如权利要求1所述的适用于陶瓷滤波器的中频调制信号的生成方法，其特征在于：步

骤B中的数据重组方法为：当系统的采样速率为360kSps时，将中频调制信号进行2倍扩展，

并且间隔取负值；

即重组数据为：+A₀-A₀+A₁-A₁+A₂-A₂+A₃-A₃+A₄-A₄+A₅-A₅+A₆-A₆+A₇-A₇+A₈-A₈。