一种调制信号生成方法和装置

技术领域

本发明属于调制信号生成技术领域。

背景技术

电子侦察是一种特殊的侦察手段，它利用电子侦察接收设备把空间中存在的微弱电磁信号收集起来，经过放大和处理，识别电磁信号的特征，进而解析敌方发送的信息。在电子侦察的模拟训练和电子侦察接收设备性能测试过程中，调制信号生成设备常被用来模拟电磁信号环境，它是电子侦察接收设备的重要配套设备。随着无线电技术的快速发展，各种新型的调制技术不断涌现。从早期简单的模拟调制技术，到现在各种复杂的数字调制技术，调制技术在无线电系统中的应用呈现出复杂化和多样化特点。因此，为了满足对复杂电磁环境的模拟仿真和测试要求，调制信号生成设备要求具备高效地生成复杂化、多样性的调制信号，同时多种调制信号在不同时刻快速自适应切换等能力。

目前，对于调制信号生成技术的研究已经取得了一些成果。在文献《基于ARM的通信信号源的设计与实现》中，马小朋提出了基于ARM加FPGA的硬件架构实现调制信号基带数据的生成，然后通过AD9779得到模拟调制信号。在文献《专用通信信号模拟器研制》中，马瑞提出了基于智能可编程LCD屏加FPGA的硬件架构实现实现调制信号基带数据的生成，然后通过AD9739得到模拟调制信号。马小朋和马瑞提出的调制信号生成技术虽然实现了射频电路的共享，但是基带数据生成电路是根据不同的调制样式利用FPGA生成不同的调制信号。这种调制信号生成电路的规模随着调制信号的调制样式数目呈线性增长。随着调制信号的调制样式数目的增加，FPGA的逻辑资源被迅速消耗。同时，逻辑资源的消耗也引起设备功耗的增加。在文献《宽带多路调制信号生成研究》中，胡轶男提出了基于PC加FPGA的硬件架构实现一种频域叠加的复杂调制信号的生成，然后通过DA得到模拟调制数据。在文献《基于AD9361的多调制信号生成》中，韩仕鹏等人提出了FPGA实现码域叠加的复杂调制信号基带数据生成，然后通过AD9361实现上变频和数模变换。胡轶男和韩仕鹏提出的调制信号生成技术实现了从基带到射频部分电路的完全共享，采用数学变换将多种调制信号在频域、码域叠加得到的一种复杂混合信号。但是，从时间域角度上如何生成复杂、多变调制信号并未进行讨论。在文献《一种复杂调制信号高速生成装置和方法》中，胡斌等人采用PC加FPGA的硬件架构实现调制信号的基带数据生成，然后通过DA完成数模转换。这种调制信号生成技术需要预先将全部数据生成并存储在存储器，因此只适合调制信号数目较少的情况。如果调制信号数目较多，则会导致调制基带数据下发至存储器的时间较长，系统的实时性较差，同时对硬件的存储器性能要求较高。因此，现有调制信号生成技术存在明显受制于调制信号样式和数目的问题，导致在调制信号数目或者调制样式较多时设备存在功耗大、实时性差、硬件要求高、不具备多种调制信号在不同时刻自动切换能力等，无法很好的满足电子侦察对于调制信号生成设备的应用需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种调制信号生成方法和装置，能够降低设备功耗和硬件要求，提高实时性，具备多种调制信号在不同时刻自动切换能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)定义3个存储区用于存储数据，存储区1和存储区2用于存储不同调制信号的基带I/Q数据，存储区3用于存储调制信号的发射时间间隔数据；

2)调度生成和处理调制基带I/Q数据，流程如下：

a)初始化调制信号序号i＝1，生成调制信号的发射时间间隔数据T

b)对比调制信号序号i和需要生成的调制信号数目N大小，如果i＝N，则跳转至步骤c)，否则跳转至步骤d)；

c)读取存储区3中第i个数据T

d)读取存储区3中第i个数据T

e)调制信号序号值加1，对比调制信号序号i和需要生成的调制信号数目N大小，如果i＝N，则跳转至步骤f)，如果i＜N，则跳转至步骤g)；

f)读取存储区3中第i个数据T

g)读取存储区3中第i个数据T

h)调制信号序号值加1，跳转至b)；

3)调制信号基带I/Q数据上变频和数模转换。

所述的调制方式为AM、FM、CW、SSB、MASK、MPSK、MFSK或MQAM；AM、FM、CW和SSB调制方式生成调制信号基带I/Q数据的方法如下：首先生成调制信号作为I路调制数据，然后利用希尔伯特变换得到Q路调制数据；MASK、MFSK、MPSK和MQAM调制方式生成调制信号基带I/Q数据的方法如下：首先根据输入二进制序列做调制映射，然后过采样，最后成型滤波得到调制基带I/Q数据。

本发明还提出了一种适用于上述调制信号生成方法的调制信号生成装置，包括数据生成单元，数据调度单元，变频和数模转换单元，

所述的数据生成单元生成调制信号的基带I/Q数据和调制信号发射时间间隔，并且下发至数据存储区，其功能由计算机软件实现；

所述的数据调度单元控制多种调制信号基带I/Q数据调度和频率控制字读取，并且将调制信号基带I/Q数据和频率控制字送入DA；

所述的变频和数模转换单元完成数字调制基带I/Q数据的正交上变频和数字调制信号转为模拟调制信号。

所述的数据生成单元的器件为ZNYQ芯片的PS端，所述的数据存储区为为ZNYQ芯片PL端的RAM。

所述的数据调度单元的器件为ZNYQ芯片的PL端。

所述的变频和数模转换单元的器件为具备上变频功能的DA器件。

本发明的有益效果是：

一、本发明采用软件和FPGA协同工作方式实现了生成多种调制信号共享相同的硬件电路。相比仅利用FPGA生成调制信号基带数据的方法，本发明不受限于调制信号的调制样式数目，降低了调制信号产生装置的功耗。

二、本发明采用两级缓存实现调制数据实时存储和读取，不需要预先将所有的调制数据存储于存储器。相比将所有调制数据预先存储于存储区的调制信号生成技术，本发明不受限于调制信号的数目，降低了对于硬件存储电路的要求，同时增加了系统的实时性。

三、本发明采用时分复用的思想控制三个存储区数据实时调度调制数据，能够很好的实现多种调制信号在不同时刻快速自适应切换。

附图说明

图1是本发明的调制信号生成方法流程图；

图2是本发明的调度生成和处理调制基带I/Q数据控制流程图；

图3是本发明的调制信号生成装置的实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明提出了一种高效的调制信号生成方法，其技术方案如下：

假设需要生成的调制信号的数目为N，任意一种调制信号长度为Li个数据，调制信号发射时间间隔为Ti其中i＝1,...,N。

1)定义3个存储区用于存储数据。存储区1和存储区2用于存储不同调制信号的基带I/Q数据，存储区3用于存储调制信号的发射时间间隔数据。

2)调度生成和处理调制基带I/Q数据，并将调制基带I/Q数据和频率控制字送入DA。调度生成和处理调制基带I/Q数据的流程如下：

a)初始化调制信号序号i＝1，生成调制信号的发射时间间隔数据和第一种调制信号的基带I/Q数据，将数据分别下发至存储区3和存储区1。

b)判断调制信号序号i和调制信号数目N大小。如果i＝N，则跳转至c)，否则跳转至d)。

c)读取存储区3中第i个数据Ti，根据Ti产生存储区1定时控制读信号，读取存储区1的数据。跳转结束。

d)读取存储区3中第i个数据Ti，根据Ti产生存储区1定时控制读信号，读取存储区1数据。与此同时，产生调制信号序号为i+1的调制基带I/Q数据，下发至存储区2。

e)更新调制信号序号i＝i+1，判断调制信号序号i和调制信号数目N大小。如果i＝N，则跳转至f)。如果i＜N，则跳转至g)。

f)读取存储区3中第i个数据Ti，根据Ti产生存储区2定时控制读信号，读取存储区2数据。流程跳转结束。

g)读取存储区3中第i个数据Ti，根据Ti产生存储区2定时控制读信号，读取存储区2数据。与此同时，产生调制信号序号为i+1的调制基带I/Q数据，下发至存储区1。

h)更新调制信号序号i＝i+1，跳转至b)。

3)调制信号基带I/Q数据上变频和数模转换。首先，DA中的上变频模块根据输入的频率控制字对基带I/Q数据实现上变频。然后，通过数模变换得到模拟的调制信号。

优选地，所述调制方式为AM、FM、CW、SSB、MASK、MPSK、MFSK、MQAM。

所述生成调制信号基带I/Q数据的方法如下：如果是AM、FM、CW和SSB调制方式，首先生成调制信号作为I路调制数据，然后利用希尔伯特变换得到Q路调制数据；如果是MASK、MFSK、MPSK和MQAM调制方式，首先根据输入二进制序列做调制映射，然后过采样，最后成型滤波得到调制基带I/Q数据。

基于所述的调制信号生成方法，本发明提出了一种适用于该调制信号生成方法的调制信号生成装置。

所述调制信号生成装置采用硬件架构为ZNYQ芯片和具备上变频功能的DA器件组合。所述调制信号生成装置包括：数据生成单元，数据调度单元，变频和数模转换单元。

所述数据生成单元，主要功能是生成调制信号的基带I/Q数据和调制信号发射时间间隔，并且下发至数据存储区，其功能由计算机软件实现。

所述数据调度单元，主要功能是控制多种调制信号基带I/Q数据调度和频率控制字读取，并且将调制信号基带I/Q数据和频率控制字送入DA。

所述变频和数模转换单元，主要功能是完成数字调制基带I/Q数据的正交上变频和数字调制信号转为模拟调制信号。

优选地，所述数据生成单元的器件为ZNYQ芯片的PS(与FPGA无关的ARM的SOC部分)端。

优选地，所述数据调度单元的器件为ZNYQ芯片的PL(可编程逻辑FPGA部分)端。

优选地，所述数据存储区为为ZNYQ芯片PL端的RAM。

优选地，所述变频和数模转换单元的器件为具备上变频功能的DA器件。

图1为本发明提出的一种调制信号生成方法的流程图，包括以下步骤：

假设本实施例调制信号数目N＝5，调制样式分别为AM、FM、MSK、BPSK、16QAM，每一种调制信号长度分别为1024、1024、512、2048、8192点数，调制信号发射时间间隔为200us、500us、1ms、10ms、5ms。

步骤201：定义3个存储区用于存储数据。存储区1和存储区2的深度为65536，位宽为32。存储区3的深度为2048，位宽为32。存储区1和存储区2用于存储不同调制信号的基带I/Q数据，存储区3用于存储不同调制信号的发射时间间隔数据。

步骤202：调度生成和处理调制基带I/Q数据，并将调制基带I/Q数据和频率控制字送入DA。调度生成和处理调制基带I/Q数据控制流程如图2所示。

具体到本实施例，分为以下步骤：

(1)生成调制信号发射时间间隔存入存储区3，生成AM调制I/Q数据存入存储区1。

(2)i＝1，读取存储区3的发射时间间隔T

(3)i＝2，AM调制数据读取完毕，读取存储区3的发射时间间隔T

(4)i＝3，FM调制数据读取完毕，读取存储区3的发射时间间隔T

(5)i＝4，MSK调制数据读取完毕，读取存储区3的发射时间间隔T

(6)i＝5，BPSK调制数据读取完毕，读取存储区3的发射时间间隔T

步骤203：调制信号基带I/Q数据上变频和数模转换。DA配置为变频模式，调制基带I/Q数据通过DA内部上变频模块实现正交上变频，最后通过数模变换得到最终模拟输出。

所述调制信号基带I/Q数据，本实施例中生成方法如下：

对于AM、FM这两种调制信号，首先生成基本的调制信号，将其作为I路数据，然后通过希尔伯特变换生成Q路数据。

对于MSK、BPSK和16QAM这三种调制信号，首先生成原始的二进制序列，对二进制序列做调制映射得到I/Q两路数据，然后I/Q两路数据的调制映射序列做过采样处理，最后通过匹配滤波器实现成型处理。

图3为本发明提出的一种调制信号生成装置的实施例结构示意图。一种调制信号生成装置采用硬件架构为ZNYQ7100和AD9371的组合，包含数据生成单元11、数据调度单元12以及变频和数模转换单元13。数据生成单元11和数据调度单元12之间通过AXI总线交互，数据调度单元12和变频和数模转换单元13之间通过J204B高速总线交互。

所述数据生成单元11，由计算机软件实现，主要实现生成调制信号基带I/Q数据和调制信号的发射时间间隔数据，同时将生成数据下发至数据存储区。

所述数据调度单元12，主要功能是控制多种调制信号的基带数据调度，并且将调制基带数据和频率控制字送入变频和数模转换单元13。

所述上变频和数模转换单元13，主要实现调制信号基带I/Q数据的上变频，同时将数字信号转换为模拟调制信号。

优选地，所述数据生成单元11选择器件为ZNYQ7100的PS端。

优选地，所述数据调度单元12选择器件为ZNYQ7100的PL端。

优选地，所述数据存储区为为ZNYQ7100的PL端RAM。

优选地，所述变频和数模转换单元13选择器件为AD9371。

根据所述调制信号生成方法和装置的实施例，最终实现AM、FM、MSK、BPSK、16QAM这几种调制信号的输出和快速自动切换。