CN1405987A - 单、双路调制及解调方法及其单、双路调制解调器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力线载波通信用的调制解调方法及其调制解调器。该调制解调器由两路模数转换器A/D&D/A(AD1849)、数字信号处理器DSP1(ADSP2181)、数字信号调制处理器DSP3(ADSP2181)、数字信号解调处理器DSP2(ADSP2181)、高速数模转换器D/A(AD9774)、高速模数转换器A/D(AD9260)构成，模数转换器A/D&D/A与数字信号处理器DSP1相连，需要调制的模拟信号经两路A/D转换成数字信号送到DSP1进行滤波、混合处理，处理后的两路信号经数字信号调制处理器DSP3和高速数模转换器D/A调制到所需的工作频带内，需要解调的信号经高速模数转换器A/D和数字信号解调处理器DSP2与数字信号处理器DSP1相连，经DSP1滤波，分离后经两路D/A转换为所需的模拟的信号。

Description

单、双路调制及解调方法及其单、双路调制解调器

技术领域

本发明涉及调制解调方法及其调制解调器，尤其涉及电力线载波通信用的调制解调方法及其调制调器。

背景技术

目前国内同行和德国西门子公司采用的Weaver调制技术仅将音频信号通Weaver调制搬移到中频信号，再利用模似器件和锁相环技术进行高频调制，这种高频调制需要一种价格昂贵的晶体带通滤波器，同时由于需要锁相环，对电源的要求比较高，抗干扰能力差，这种方式电路复杂，成本高，可靠性低。在进行双路调制时，国内的厂家和西门子一般都采用二个中频载频进行Weaver调制解调，采用两套相同的插件完成双路调制解调(如图1所示)，此方式硬件成本高，软件复杂。

发明内容

为解决以上所述的问题，本发明的目的是提供单双路调制及解调方法及其单、双路调制解调器，采用高速DSP(数字信号处理)和高速A/D、D/A技术来使调制解调过程简单，去掉繁烦的中频变换过程，提高设备的可靠性。

为实现上述发明目的，本发明首先采用了一种单路调制解调器的调制方法，话音和远动信号经过速率为2nKHz的抽样后变为数字信号，经过数字滤波器滤除不必要的频率成份，然后和DSP(数字信号处理器)内部产生的导频信号相加得到复合信号，接着进行正交副载波调制，调制后信号经过一对幅度相同、相位相同的数字低通滤波器滤除2.3KHz以上的频率成份，接着进行两次或两次以上的内插滤波(×M1×M2或×M1×M2×M3……)，将抽样速率由2nKHz变为2nKHz×M1×M2或2nKHz×M1×M2……，最后用直接数字频率合成的方法将信号调制到所需的工作频带内。

所述的抽样速率为8KHz，所述的副载波频率为2KHz，所述的内插次数分为两次，第一次16倍、第二次为12倍，将抽样频率8KHz变为16×12×8KHz＝1536KHz。

本发明又采用了一种双路调制解调器的调制方法，每路话音，远动信号经过速率为2nKHz的抽样后变为数字信号，经过数字滤波器滤除不必要的频率成分，然后和DSP数字信号处理器内部产生的导频相加得到复合信号，接着将这两路复合信进行相加(Ch1+Ch2)和相减(Ch1-Ch2)，再进行正交副载波调制，调制后的信号经过一对幅度、相位都相同的数字低通滤波器滤除4.3KHz以上的频率成份，接着进行两次或两次以上的内插滤波(M1×M2或M1×M2×M3……)，将抽样速率由2nKHz变成2nKHz×M1×M2或2nKHz×M1×M2×M3……，最后用直接数字频率合成的方法将信号调制到所需的工作频带内。

所述的抽样速率为8KHz，所述的副载波频率为4KHz，所述的内插次数分为两次，第一次是16倍，第二次为12倍，将抽样频率由8KHz变为16×12×8KHz＝1536KHz。

本发明相应地采用了一种单路调制解调器的解调方法，解调信号经过速率2nKHz取样后变为数字信号，进行正交高频率载波解调，接着进行两次或两次以已上的抽取滤波(1/M2×1/M1或……×1/M3×1/M2×1/M1)，将抽样速率由2nKHz变为1/M2×1/M1×2nKHz或……×1/M3×1/M2×1/M1×2nKHz，抽取后的信号用一对幅度相同，相位相同的数字低通滤波器滤除无用的频率成分，再经过副载波解调，最后用相加的方法得到所需的话音及远动信号。

所述抽取次数为三次，抽样速率为1536KHz，第一次抽取后为1536×1/12＝128KHz，第二次抽取后为128KHz×1/8＝16KHz，第三次抽取为16KHz×1/2＝8KHz。

同样，本发明的一种双路调制解调器的解调方法，解调信号经过速率2nKHz取样后变为数字信号，进行正交高频载波解调，变成两路解调信号，接着进行两次或两次以上的抽取滤波(1/M2×1/M1或……×1/M3×1/M2×1/M1)，将抽样速率由2nKHz变为1/M2×1/M1×2nKHz或……×1/M3×1/M2×1/M1×2nKHz，抽取后的信号经过一对幅度相同，相位相同的数字低通滤波器滤除无用频率成分，然后经过正交副载波解调，再经过两路信号的相加和相减，最后得到两路话音和远动信号。

所述的抽取次数为3次，抽样速率为1536KHz，第一次抽取后为1536×1/12＝128KHz，第二次抽取后为128KHz×1/8＝16KHz，第三次抽取为16KHz×1/2＝8KHz。

与上述单路调制及解调方法对应，本发明采用的一种单路数字调制解调器，由模数转换器A/D&D/A(AD1849)、数字信号处理器DSP1(ADSP2181)、数字信号调制处理器DSP3(ADSP2181)、数字信号解调处理器DSP2(ADSP2181)、高速数模转换器D/A(AD9774)、高速模数转换器A/D(AD9260)构成，模数转换器A/D&D/A(AD1849)与数字信号处理器DSP1(ADSP218)相连，需要调制的模拟信号经A/D(AD1849)转换成数字信号送到DSP1进行滤波、混合处理，处理后的数字信号经数字信号调制处理器DSP3(ADSP2181)和高速数模转换器D/A(AD9774)调制到所需的工作频带内，需要解调的信号经高速模数转换器A/D(AD9260)和数字信号解调处理器DSP2(ADSP2181)与数字信号处理器DSP1(ADSP2181)相连，经DSP1滤波，分离后经D/A(AD1849)转换为所需的模拟的信号。

与上述双路调制及解调方法对应，本发明的一种双路数字调制解调器，由两路模数转换器A/D&D/A(AD1849)、数字信号处理器DSP1(ADSP2181)、数字信号调制处理器DSP3(ADSP2181)、数字信号解调处理器DSP2(ADSP2181)、高速数模转换器D/A(AD9774)、高速模数转换器A/D(AD9260)构成，模数转换器A/D&D/A(AD1849)与数字信号处理器DSP1(ADSP2181)相连，需要调制的模拟信号经两路A/D(AD1849)转换成数字信号送到DSP1进行滤波、混合处理，处理后的两路信号经数字信号调制处理器DSP3(ADSP2181)和高速数模转换器D/A(AD9774)调制到所需的工作频带内，需要解调的信号经高速模数转换器A/D(AD9260)和数字信号解调处理器DSP2(ADSP2181)与数字信号处理器DSP1(ADSP2181)相连，经DSP1滤波，分离后经两路D/A(AD1849)转换为所需的模拟的信号。

采用高速DSP、高速A/D、D/A技术，特别是采用多路Weaver调制解调技术，这在国内外是独有的，其原理如下：

首先，

设通路1(ch₁)信号为CosΩ₁t，Ω₁＝2πf₁，0.3kHz＜f₁＜3.7kHz

设通路2(ch₂)信号为CosΩ₂t，Ω₂＝2πf₂，0.3kHz＜f₂＜3.7kHz

ω_m-副载波ω_m＝2πf_m，f_m＝4kHz(双路)

                          f_m＝2kHz(单路)

ω_c-高频载波，ω_c＝2πfc，

ω_x-工作频带的下角频率，ω_x＝2πfx

1、双路机调制解调原理

(1)调制原理

x₁＝ch₂+ch₁＝CosΩ₂t+CosΩ₁t

x₂＝ch₂-ch₁＝CosΩ₂t-CosΩ₁t

x₁`＝x₁·2Cosω_mt

   ＝(CosΩ₂t+CosΩ₁t)·2Cosω_mt

   ＝Cos(ω_m-Ω₂)t+Cos(ω_m-Ω₁)t+Cos(ω_m+Ω₂)t+Cos(ω_m+Ω₁)t

x₂`＝x₂·2Sinω_mt

   ＝(CosΩ₂t-CosΩ₁t)·2Sinω_mt

   ＝Sin(ω_m-Ω₂)t-Sin(ω_m-Ω₁)t+Sin(ω_m+Ω₂)t-Sin(ω_m+Ω₁)经LPF(截止频率3.7kHz)滤除上边带，可得到：x₁``＝Cos(ω<sub>m</sub>-Ω<sub>2</sub>)t+Cos(ω<sub>m</sub>-Ω<sub>1</sub>)tx<sub>2</sub>``＝Sin(ω_m-Ω₂)t-Sin(ω_m-Ω₁)ty₁＝x₁``·2Cosω<sub>c</sub>t＝[Cos(ω<sub>m</sub>-Ω<sub>2</sub>)t+Cos(ω<sub>m</sub>-Ω<sub>1</sub>)t]·2Cosω<sub>c</sub>t＝Cos(ω<sub>c</sub>-ω<sub>m</sub>+Ω<sub>2</sub>)t+Cos(ω<sub>c</sub>+ω<sub>m</sub>-Ω<sub>1</sub>)t+Cos(ω<sub>c</sub>+ω<sub>m</sub>-Ω<sub>2</sub>)t+Cos(ω<sub>c</sub>-ω<sub>m</sub>+Ω<sub>1</sub>)ty<sub>2</sub>＝x<sub>2</sub>``·2Sinω_ct＝[Sin(ω_m-Ω₂)t-Sin(ω_m-Ω₁)t]·2Sinω_ct＝Cos(ω_c-ω_m+Ω₂)t+Cos(ω_c+ω_m-Ω₁)t-Cos(ω_c+ω_m-Ω₂)t-Cos(ω_c-ω_m+Ω₁)ty＝y₁+y₂＝2[Cos(ω_c-ω_m+Ω₂)t+Cos(ω_c+ω_m-Ω)t]

其中：ch1为下边带，CH2为上边带。

令ω_c-ω_m+4＝ω_x+4

则：fc＝fx+4

工作频率范围：f_x～(fx+8)

(2)解调

y＝Cos(ω_c-ω_m+Ω₂)t+Cos(ω_c+ω_m-Ω₁)t

y₁＝[Cos(ω_c-ω_m+Ω₂)t+Cos(ω_c+ω_m-Ω₁)·2Cosω_ct

   ＝Cos(ω_m-Ω₂)t+Cos(ω_m-Ω1)t+Cos(2ω_c-ω_m+Ω₂)t+Cos(2ω_c+ω_m-Ω₁)t

y₂＝[Cos(ω_c-ω_m+Ω₂)t+Cos(ω_c+ω_m-Ω₁)·2Sinω_ct

   ＝Sin(ω_m-Ω₂)t-Sin(ω_m-Ω₁)t+Sin(2ω_c-ω_m+Ω₂)t+Sin(2ω_c+ω_m-Ω₁)t经LPF(截止频率为3.7kHz)滤除有用频带外的无用信号，可得到：

y₁`＝Cos(ω_m-Ω₂)t+Cos(ω_m-Ω₁)t

y₂`＝Sin(ω_m-Ω₂)t-Sin(ω_m-Ω₁)t

y₁``＝[Cos(ω_m-Ω₂)t+Cos(ω_m-Ω₁)t]·2Cosω_mt

     ＝CosΩ₂t+CosΩ₁t+Cos(2ω_m-Ω₂)+Cos(2ω_m-Ω₁)t

y₂``＝[Sin(ω_m-Ω₂)t-Sin(ω_m-Ω₁)t]·2Sinω_mt

     ＝CosΩ₂t-CosΩ₁t-Cos(2ωm-Ω₂)t+Cos(2ω_m-Ω₁)t

ch₂＝y₁``+y<sub>2</sub>``＝2CosΩ₂t+2Cos(2ω_m-Ω₁)t    ……①

ch₁＝y₁``-y<sub>2</sub>``＝2CosΩ₁t+2Cos(2ω_m-Ω₂)t    ……②

除有用信号CosΩ₂t(第①项)、CosΩ₁t(第②项)外，还有无用信号Cos(2ω_m-Ω₁)t(第①项)、Cos(2ω_m-Ω₂)t(第②项)，由每一路的话音低通滤波器(LPF)、远动带通滤波器(BPF)、导频滤波器滤除，对有用信号无影响。

1.单路机调制解调原理

(1)调制原理

x₁＝CosΩ₁t·2Cosω_mtω

 ＝Cos(ω_m-Ω₁)t+Cos(ω_m+Ω₁)tx₂＝CosΩ₁t·2Sinω_mt

 ＝Sin(ω_m-Ω₁)t+Sin(ω_m+Ω₁)t经LPF(载止频率1.7kHz)x₁`＝Cos(ω<sub>m</sub>-Ω<sub>1</sub>)tx<sub>2</sub>`＝Sin(ω_m-Ω₁)ty₁＝Cos(ω_m-Ω₁)t·2Cosω_ct

 ＝Cos(ω_c+ω_m-Ω₁)t+Cos(ω_c-ω_m+Ω₁)ty₂＝Sin(ω_m-Ω₁)t·2Sinω_ct

 ＝-Cos(ω_c+ω_m-Ω₁)t+Cos(ω_c-ω_m+Ω₁)ty＝y₁+y₂＝2Cos(ω_c-ω_m+Ω₁)t，有用边带为上边带

令ωc-ωm＝ωx

则：f_c＝f_x+2

有用信号为f_x+f₁

(2)解调

y₁＝Cos(ω_c-ω_m+Ω₁)t·2Cosω_ct

   ＝Cos(ω_m-Ω₁)t+Cos(2ω_c-ω_m+Ω₁)t

y₂＝Cos(ω_c-ω_m+Ω₁)t·2Sinω_ct

   ＝Sin(ω_m-Ω₁)t+Sin(2ω_c-ω_m+Ω₁)t

经LPF(截止频率为1.7kHz的低通滤波器)滤除有用频带外的无用信号，可得到：

y₁`＝Cos(ω_m-Ω₁)t

y₂`＝Sin(ω_m-Ω₁)t

x₁＝Cos(ω_m-Ω₁)t·2Cosω_mt

   ＝CosΩ₁t+Cos(2ω_m-Ω₁)t

x₂＝Sin(ω_m-Ω₁)t·2Sinω_mt

   ＝CosΩ₁t-Cos(2ω_m-Ω₁)t

x＝x₁+x₂＝2CosΩ₁t

附图说明图1为现有西门子公司公司ESB 2000I调制部分硬件框图；图2为本发明的双路调制解调器的硬件框图；图3为本发明双路机调制原理图；图4为本发明双路机调制频谱搬移过程原理图；图5为本发明双路机解调原理图；图6为本发明单路机调制原理图；图7为本发明单路机调制频谱搬移过程原理图；图8为本发明单路机解调原理图。

具体实施方式

单路机调制部分：

话音和远动信号经过速率为8kHz的采样后变为数字信号，经过数字滤波器滤除不必要的频率成分，然后和DSP(数字信号处理器)内部产生的导频信号相加得到复合信号，接着进行正交副载波调制(副载波频率为2kHz)，调制后的信号经过一对幅度相同、相位相同的数字低通滤波滤除2.3kHz以上的频率成份，接着进行两次内插滤波，一次是16倍、一次是12倍，将抽样速率由8kHz变成1536kHz，最后用直接数字频率合成的方法将信号调制到所需的工作频带内。

双路调制部分：

每路话音、远动、导频相加得到复合信号，接着将这两路复合信号进行相加(ch1+ch2)和相减(ch1-ch2)，进行正交副载波调制(副载波频率为4kHz)，调制后的信号经过一对幅度、相位都相同的数字低通滤波器滤除4.3kHz以上的频率成份，接着的处理与单路机相同。

解调部分：

单路和双路的解调部分基本上均是调制部分的反过程，唯一的区别是为了保证接收机的选择性，进行三次抽取滤波(内插的反过程)，第一次抽取后速率由1536kHz变为128kHz，第二次抽取后速率由128kHz变为16kHz，第三次抽取后速率由16kHz变为8kHz。双路机的调制解调原理、实现方法在国内外是独创，一次调制、一次解调这在国内也是首创。

从图1和图2的比较可以看出，用高速DSP、高速A/D、D/A技术和多路Weaver调制解调技术，从音频到高频的调制和从高频到音频的解调只用一块插件即可实现，而西门子公司需要7块同样大小的插件才可完成(每一路音频信号经三块DSP处理调制到中频频带，然后还要经过两次模拟调制才能完成高频调制，解调是调制的反过程；进行单路信号处理时需5块插件，进行双路信号处理时还要再增加两个插件)，因此采用该技术使电路简化，硬件成本大为降低，调制解调用软件直接实现，提高了设备的可靠性和抗干扰能力。信号流程：

图2中，首先，发送端的话音、远动和保护信号由AD1849进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号，送到DSP1(ADSP2181)进行音频滤波、信号汇接，导频信号的产生也在DSP1中完成；汇接后的音频数字信号送到DSP3(ADSP2181)中进行Weaver调制，将音频信号直接调制到24-500kHz的频率范围内，调制后的数字信号经高速数模D/A转换器AD9774转换成模拟信号。

在接收端，将接收到的高频模拟信号送到高速A/D转换器AD9260中进行A/D转换，将接收到的模拟信号转换成数字信号后送到DSP2(ADSP2181)芯片中进行Weaver解调，使接收到的高频信号转变成音频数字信号，解调出的音频信号送到DSP1中进行音频滤波、信号分离，然后送到AD1849芯片中进行D/A转换，使音频数字信号转变为话音、远动、保护接收模拟信号，从而完成信号的解调。

双路机和单路机相比只多用一块AD1849声码器，其余部分完全相同，没有繁杂的模拟调制、解调部分，所有硬件都容纳在一个插件内。

Claims (10)

1、一种单路调制解调器的调制方法，话音和远动信号经过速率为2nKHz的抽样后变为数字信号，经过数字滤波器滤除不必要的频率成份，然后和DSP(数字信号处理器)内部产生的导频信号相加得到复合信号，接着进行正交副载波调制，调制后信号经过一对幅度相同、相位相同的数字低通滤波器滤除2.3KHz上的频率成份，接着进行两次或两次以上的内插滤波(×M1×M2或×M1×M2×M3……)，将抽样速率由2nKHz变为2nKHz×M1×M2或2nKHz×M1×M2……，最后用直接数字频率合成的方法将信号调制到所需的工作频带内。

2、根据权利要求1所述的调制方法，所述的抽样速率为8KHz，所述的副载波频率为2KHz，所述的内插次数分为两次，第一次16倍、第二次为12倍，将抽样频率8KHz变为16×12×8KHz＝1536KHz。

3、一种双路调制解调器调制方法，每路话音、远动信号经过速率为2nKHz的抽样后变为数字信号，经过数字滤波器滤除不必要的频率成分，然后和DSP数字信号处理器内部产生的导频信号相加得到复合信号，接着将这两路复合信号进行相加(Ch1+Ch2)和相减(Ch1-Ch2)，再进行正文副载波调制，调制后的信号经过一对幅度、相位都相同的数字低通滤波器滤除4.3KHz以上的频率成份，接着进行两次或两次以上的内插滤波(M1×M2或M1×M2×M3……)，将抽样速率由2nKHz变成2nKHz×M1×M2或2nKHz×M1×M2×M3……，最后用直接数字频率合成的方法将信号调制到所需的工作频带内。

4、根据权利要求3所述的调制方法，其特征在于所述的抽样速率为8KHz，所述的副载波频率为4KHz，所述的内插次数分为两次，第一次是16倍，第二次为12倍，将抽样频率由8KHz变为16×12×8KHz＝1536KHz。

5、一种单路调制解调器的解调方法，解调信号经过速率2nKHz取样后为数字信号，进行正交高频率载波解调，接着进行两次或两次以上的抽取滤波(1/M2×1/M1或……×1/M3×1/M2×1/M1)，将抽样速率由2nKHz变为1/M2×1/M1×2nKHz或……×1/M3×1/M2×1/M1×2nKHz，抽取后的信号用一对幅度相同，相位相同的数字低通滤波器滤去无用的频率成分，再经过副载波解调，最后用相加的方法得到所需的话音及远动信号。

6、根据权利要求5所述的解调方法，所述抽取次数为三次，抽样速率为1536KHz，第一次抽取后为1536×1/12＝128KHz，第二次抽取后为128KHz×1/8＝16KHz，第三次抽取为16KHz×1/2＝8KHz。

7、一种双路调制解调器的解调方法，解调信号经过速率2nKHz取样后变为数字信号，进行正交高频载波解调，变成两路解调信号，接着进行两次或两次以上的抽取滤波(1/M2×1/M1或……×1/M3×1/M2×1/M1)，将抽样速率由2nKHz变为1/M2×1/M1×2nKHz或……×1/M3×1/M2×1/M1×2nKHz，抽取后的信号经过一对幅度相同，相位相同的数字低通滤波器滤除无用频率成分，然后经过正交副载波解调，再经过两路信号的相加和相减，最后得到两路话音和远动信号。

8、根据权利要求7所述的解调方法，所述的抽取次数为3次，抽取速率为1536KHz，第一次抽取后为1536×1/12＝128KHz，第二次抽取后为128KHz×1/8＝16KHz，第三次抽取为16KHz×1/2＝8KHz。

9、一种单路数字调制解调器，该数字调制解调器由模数转换器A/D&D/A(AD1849)、数字信号处理器DSP1(ADSP2181)、数字信号调制处理器DSP3(ADSP2181)、数字信号解调处理器DSP2(ADSP2181)、高速数模转换器D/A(AD9774)、高速模数转换器A/D(AD9260)构成，模数转换器A/D&D/A(AD1849)与数字信号处理器DSP1(ADSP2181)相连，需要调制的模拟信号经A/D(AD1849)转换成数字信号送到DSP1进行滤波、混合处理，处理后的数字信号经数字信号调制处理器DSP3(ADSP2181)和高速数模转换器D/A(AD9774)调制到所需的工作频带内，需要解调的信号经高速模数转换器A/D(AD9260)和数字信号解调处理器DSP2(ADSP2181)与数字信号处理器DSP1(ADSP2181)相连，经DSP1滤波，分离后经D/A(AD1849)转换为所需的模拟的信号。

10、一种双路数字调制解调器，该调制解调器由两路模数转换器A/D&D/A(AD1849)、数字信号处理器DSP1(ADSP2181)、数字信号调制处理器DSP3(ADSP2181)、数字信号解调处理器DSP2(ADSP2181)、高速数模转换器D/A(AD9774)、高速模数转换器A/D(AD9260)构成，模数转换器A/D&D/A(AD1849)与数字信号处理器DSP1(ADSP2181)相连，需要调制的模拟信号经两路A/D(AD1849)转换成数字信号送到DSP1进行滤波、混合处理，处理后的两路信号经数字信号调制处理器DSP3(ADSP2181)和高速数模转换器D/A(AD9774)调制到所需的工作频带内，需要解调的信号经高速模数转换器A/D(AD9260)和数字信号解调处理器DSP2(ADSP2181)与数字信号处理器DSP1(ADSP2181)相连，经DSP1滤波，分离后经两路D/A(AD1849)转换为所需的模拟的信号。

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