一種基于dds和dsp的射頻數(shù)字化調(diào)制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于DDS和DSP的射頻數(shù)字化調(diào)制方法，該方法包括，將通過A／D轉(zhuǎn)換器得到的數(shù)字信號傳輸給DSP，該DSP根據(jù)A／D轉(zhuǎn)換器輸出的最大采樣值和數(shù)字信號的瞬時值，計算DDS的瞬時頻率偏移量，并根據(jù)DDS的位數(shù)、時鐘頻率和射頻載波頻率，計算DDS的瞬時頻率控制字，DDS根據(jù)該瞬時頻率控制字對射頻信號進行頻率調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)頻信號。本發(fā)明實現(xiàn)了完全數(shù)字化的射頻調(diào)制過程，與模擬調(diào)制方法相比，線路相對簡單、一致性好、可靠性高，特別適用于高速跳頻的發(fā)射信道，例如高速跳頻電臺，頻率轉(zhuǎn)換時間短，數(shù)據(jù)傳輸速率高。
【專利說明】一種基于DDS和DSP的射頻數(shù)字化調(diào)制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超短波無線電通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及發(fā)射信道的數(shù)字化調(diào)制方法，具體涉及一種基于DDS和DSP的射頻數(shù)字化調(diào)制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，超短波無線電通信電臺的調(diào)制體制通常為調(diào)頻體制(FM)，對于模擬信號例如模擬話音信號的調(diào)頻，一般是通過將模擬話音信號加到本振鎖相環(huán)的壓控振蕩器上，根據(jù)音頻信號幅度的變化來改變變?nèi)荻O管的容值，從而控制本振鎖相環(huán)的輸出頻率，實現(xiàn)模擬調(diào)頻；另外，隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，中頻數(shù)字化技術(shù)已應(yīng)用于超短波無線電通信電臺中，該技術(shù)是通過數(shù)字信號處理技術(shù)將模擬話音信號調(diào)制到一個固定的中頻上,再通過一級或多級混頻將已調(diào)制的中頻信號搬移(通過混頻實現(xiàn)頻率搬移)到射頻上。但是，這兩種方法都涉及到大量的模擬電路，因此整個調(diào)制模擬線路復(fù)雜，且存在著信號質(zhì)量指標(biāo)一致性和可靠性差的不足。
[0003]隨著波形發(fā)生器件DDS技術(shù)的進步，為基于DDS實現(xiàn)射頻數(shù)字化調(diào)制方法創(chuàng)造了條件，目前，DDS的時鐘頻率最低在幾十兆赫茲，最高可達4000多兆赫茲，DDS輸出頻率最高可達到其時鐘頻率的二分之一。
[0004]目前在國內(nèi)，基于DDS和DSP實現(xiàn)射頻數(shù)字化調(diào)制的方法尚未見報道，申請?zhí)枮?00910265030.4的中國專利申請公開了“一種基于DDS的數(shù)字調(diào)制信號發(fā)生器”，但其只是利用DDS產(chǎn)生一種數(shù)字調(diào)制信號，即相當(dāng)于一個信號源，不要求輸入，只要求輸出結(jié)果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種線路相對簡單、一致性好、可靠性高的射頻調(diào)制方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種射頻數(shù)字化調(diào)制方法，將模擬信號輸入到η位A / D轉(zhuǎn)換器進行采樣，輸出數(shù)字信號；所述數(shù)字信號被傳輸給DSP，所述DSP根據(jù)公式(I)計算m位DDS的瞬時頻率偏移
β.f頻偏，
[0008]f -f mx X B—A (1)，
[0009]其中，f-J1max表示所述DDS的最大頻率偏移量，A表示所述模擬信號的最大電壓Vim對應(yīng)的所述A / D轉(zhuǎn)換器輸出的米樣值,B表不所述A / D轉(zhuǎn)換器輸出的所述數(shù)字信號的瞬時值，所述DSP根據(jù)公式(2)計算所述DDS的瞬時頻率控制字Λ，
[0010]A=2mX(FG+f?偏移)+Fglk (2)，
[0011]其中，F(xiàn)c表示射頻載波頻率，F(xiàn)clk表示所述DDS的時鐘頻率，將所述瞬時頻率控制字Λ送到所述DDS，所述DDS根據(jù)所述瞬時頻率控制字△對射頻信號進行頻率調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)頻信號。
[0012]進一步的，所述A / D轉(zhuǎn)換器對所述模擬信號進行采樣得到采樣信號，然后對所述采樣信號進行FIR或IIR濾波，再對濾波后的采樣信號進行內(nèi)插，產(chǎn)生所述數(shù)字信號。
[0013]進一步的，所述模擬信號在被輸入到所述A / D轉(zhuǎn)換器之前，先通過放大器進行放大。
[0014]進一步的，所述DSP在計算瞬時頻率偏移量之前，先對接收到的所述數(shù)字信號進行聞斯濾波。
[0015]進一步的，采用低噪聲鎖相環(huán)為所述DDS提供頻率為Fm的時鐘信號。
[0016]本發(fā)明的射頻調(diào)制方法是基于DSP和DDS實現(xiàn)的，將模擬信號例如音頻信號直接調(diào)制到射頻上，實現(xiàn)了全程數(shù)字化的調(diào)制過程，其中，DSP器件作為一種運算和預(yù)置DDS頻率控制字的工具，具有很寬的頻率選擇范圍。本發(fā)明既適用于模擬信號的調(diào)制，也適用于數(shù)字信號的調(diào)制。
[0017]本發(fā)明的顯著效果在于:采用DSP的強大的數(shù)字信號處理能力和DDS的強大的波形產(chǎn)生能力完成了射頻發(fā)射信道的全程數(shù)字化，省去了大量的模擬電路，并且，采用數(shù)字調(diào)制，相位失真小，輸出波形相位連續(xù)，消除了產(chǎn)生群時延的因素，即“無群時延”，發(fā)射信道頻率轉(zhuǎn)換時間很短，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，特別適用于高速跳頻的發(fā)射信道，例如高速跳頻電臺，良好的相位噪聲特性可以保證電臺的共址性能好，良好的調(diào)制性能可以使電臺通話話音清晰，全頻段降低音頻采樣A / D相位雜散，射頻輸出幅度波動小，直接可以推動功放，功耗小，以目前的DDS的工作時鐘，可產(chǎn)生高達2000多兆赫茲的射頻頻率，頻段覆蓋寬。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的基于DDS和DSP的射頻數(shù)字化調(diào)制方法的實現(xiàn)原理框圖。
[0019]圖2為本發(fā)明的具體實施例的原理框圖。
[0020]圖3為本發(fā)明的基于DDS和DSP的射頻數(shù)字化調(diào)制方法的流程圖。
[0021]圖4為本發(fā)明的具體實施例中計算DDS的瞬時頻率偏移量的示意圖。
[0022]圖5為本發(fā)明中通過高斯濾波的前后波形的示意圖。
[0023]圖6為本發(fā)明的具體實施例中DDS的連接線路圖。
[0024]圖7為本發(fā)明中DDS的控制時序示意圖。

【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的實施例。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明的對應(yīng)于或者用于實現(xiàn)射頻數(shù)字化調(diào)制方法的系統(tǒng)或裝置包括，音頻放大部分、音頻采樣A / D轉(zhuǎn)換器部分、DSP運算和預(yù)置DDS頻率控制字部分、DDS調(diào)制器部分、低噪聲鎖相環(huán)部分等，其中，音頻采樣A / D轉(zhuǎn)換器包含F(xiàn)IR / IIR濾波器及內(nèi)插/抽取濾波器。
[0027]具體的，如圖2所示，音頻放大部分是采用帶語音壓縮的音頻放大器芯片，用來實現(xiàn)將所要調(diào)制的音頻信號放大到一定的幅度。對調(diào)頻而言，已調(diào)信號的頻偏隨音頻信號的幅度Vlis的變化而變化，而一般調(diào)頻信號都有最大頻偏f ^mimx的要求，因此音頻放大部分要將輸出的最大幅度限定在一個固定值Vliimx,即不管音頻放大部分的輸入幅度是多大，輸出幅度都不能超過V

音頻MAX，V音頻MAX
的值也不能超過后邊的音頻采樣A / D轉(zhuǎn)換器部分的最大輸入幅度參考，以防止信號產(chǎn)生失真。在本實施例中，音頻放大部分將音頻信號放大到2.5VP_P。
[0028]音頻采樣A / D轉(zhuǎn)換器部分，實現(xiàn)對放大的音頻信號的采樣，即把音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，音頻采樣A / D轉(zhuǎn)換器可采用TI公司的TLV320AIC20，由音頻放大部分輸出的信號輸入到TLV320AIC20的34、35腳，該音頻采樣A / D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部還包含F(xiàn)IR / IIR濾波器以及內(nèi)插/抽取濾波器，對采樣后的數(shù)字信號進行FIR / IIR濾波和內(nèi)插，其中，F(xiàn)IR / IIR濾波器主要是濾除雜散分量，內(nèi)插主要是提高A / D的采樣速度，使數(shù)據(jù)信號不通過A / D轉(zhuǎn)換器而直接進入DSP。
[0029]DSP運算和預(yù)置DDS頻率字部分包括DSP和CPLD，其中，DSP器件可選用TMS320VC5416,與TLV320AIC20為標(biāo)準(zhǔn)接法，主要完成對音頻采樣數(shù)據(jù)的頻率變化量的高速實時計算、頻偏控制、DDS的高速實時刷新以及A / D轉(zhuǎn)換器的控制，CPLD與DSP也是標(biāo)準(zhǔn)接法，其主要為A / D轉(zhuǎn)換器提供主時鐘、為DSP提供主時鐘、同步時鐘以及各種邏輯控制。
[0030]DDS在DSP的控制下完成發(fā)射信道頻率調(diào)制，DDS器件可選用AD公司的AD9951，其詳細(xì)的連接方法如圖6所示。AD9951DDS的功耗很低，DDS的相位噪聲主要由時鐘頻率的相位噪聲、時鐘頻率和輸出頻率之比的關(guān)系和DDS器件本身的基底相位噪聲決定，理論上，輸出信號的相位噪聲會對時鐘頻率信號的相位噪聲有(f。/ fout)的改善，考慮到DDS器件內(nèi)的相位累加器、ROM和DAC在內(nèi)的各部件對噪聲性能的影響，改善程度比(f。/ fout)要小，這就從根本上保證了輸出本振信號的良好的相位噪聲指標(biāo)。
[0031]基于以上方案，實際線路簡單，有源器件數(shù)量少，并都為低功耗、小封裝器件，保證了合成器具有功耗和體積小的特點。
[0032]如圖7所示，DDS的控制時序采用四線串行送數(shù)，片選CSB低電平有效，數(shù)據(jù)線采用雙向SD10，數(shù)據(jù)在時鐘SCLK上升沿寫入，首先存于輸入緩沖器中，采用外部頻率更新方式，頻率更新信號FUD的上升沿有效，DDS加電第一次送數(shù)時，所有寄存器送相應(yīng)數(shù)，以后改變頻率時只送頻率字寄存器04h。
[0033]DSP計算DDS調(diào)制的瞬時頻率偏移量和控制字的具體過程如下:
[0034]設(shè)頻率范圍為30?88.975MHz，調(diào)制頻偏為5.6kHz，但本發(fā)明并不限于此，因為頻率范圍與選用的DDS的時鐘頻率大小有關(guān)，而調(diào)制頻偏可根據(jù)需要任意選擇。結(jié)合圖4所不的內(nèi)容，對模擬話音信號而言，A / D轉(zhuǎn)換器的音頻輸入最大門限電壓為2.5VP_P, A / D轉(zhuǎn)換器的參考電壓為+2.5V，這樣，當(dāng)A / D轉(zhuǎn)換器采樣正滿量時，對應(yīng)音頻信號的波峰，當(dāng)A / D轉(zhuǎn)換器采樣負(fù)滿量時，對應(yīng)音頻信號的波谷，頻率調(diào)制的最大頻偏為5.6kHz，即A /D轉(zhuǎn)換器采樣值為+216時，對應(yīng)DDS正頻率偏移為+5.6kHz, A / D轉(zhuǎn)換器采樣值為_216時，對應(yīng)DDS負(fù)頻率偏移為-5.6kHz，假設(shè)A / D轉(zhuǎn)換器某時刻的采樣值為+A，則根據(jù)公式(I)可知，對應(yīng)的瞬時頻率偏移量為(+5.6kHz) XA + 216，DDS器件采用32位的AD9951，假設(shè)射頻載波頻率為30MHz，則DDS輸出的瞬時頻率為30000kHz+(5.6kHz) X A +216，DDS的輸入時鐘頻率為400MHz，根據(jù)公式(2)可知，DDS的瞬時頻率更新控制字為:
[0035]Δ =232 X {30000kHz+(5.6kHz) XA + 216} +4000000kHz
[0036]將Λ的值取整后化為32位二進制，高位補O。
[0037]以上運算在DSP中完成，由于DDS要實時高速刷新，因此DSP要有極高的運算處理能力。
[0038]如圖5所示，對于二進制數(shù)字表示的數(shù)據(jù)信號而言，數(shù)據(jù)信號進入DSP以后，DSP先對數(shù)據(jù)信號進行高斯濾波，然后將濾波后的數(shù)據(jù)按公式(I)折合成頻率偏移量，再換算成DDS頻率控制字，刷新DDS。
[0039]低噪聲鎖相環(huán)部分為DDS提供400MHz的低相位噪聲時鐘源，這是保證射頻輸出良好相位噪聲(電臺的共址特性)的重要因素之一，標(biāo)頻可采用晶體振蕩器產(chǎn)生，鎖相環(huán)可選用大規(guī)模集成鎖相芯片AD4113，標(biāo)準(zhǔn)的三線串行控制，內(nèi)含參考分頻器、程序分頻器、鑒相器和充放電泵，由于該鎖相環(huán)只產(chǎn)生一個點頻，壓控振蕩器覆蓋設(shè)計很窄，環(huán)帶帶寬設(shè)計可以很窄，這保證了 400MHz時鐘信號的良好的相位噪聲指標(biāo)。由于輸出頻率由DDS直接合成，在頻率轉(zhuǎn)換過程中，鎖相環(huán)頻率不變，即鎖相環(huán)頻率轉(zhuǎn)換時間與本振輸出頻率轉(zhuǎn)換時間無關(guān)。
[0040]如圖3所示，基于DDS和DSP的射頻調(diào)制流程為:音頻經(jīng)A / D量化后，歸一化，設(shè)置頻偏，計算頻率偏移，線性內(nèi)插，計算頻率控制字，刷新DDS。
【權(quán)利要求】
1.一種基于DDS和DSP的射頻數(shù)字化調(diào)制方法，其特征在于， 將模擬信號輸入到η位A / D轉(zhuǎn)換器進行采樣，輸出數(shù)字信號； 所述數(shù)字信號被傳輸給DSP，所述DSP根據(jù)公式(I)計算m位DDS的瞬時頻率偏移量f頻偏， f 頻偏-f 頻偏 ΜΑχΧΒτΑ(I)， 其中，f SfiMAX表示所述DDS的最大頻率偏移量，A表示所述模擬信號的最大電壓Vmax對應(yīng)的所述A/D轉(zhuǎn)換器輸出的采樣值，B表示所述A / D轉(zhuǎn)換器輸出的所述數(shù)字信號的瞬時值， 所述DSP根據(jù)公式(2)計算所述DDS的瞬時頻率控制字Λ， A=2mX(Fc+f 偏移)+Fclk (2)， 其中，F(xiàn)。表示射頻載波頻率，F(xiàn)clk表示所述DDS的時鐘頻率， 將所述瞬時頻率控制字△送到所述DDS，所述DDS根據(jù)所述瞬時頻率控制字△對射頻信號進行頻率調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)頻信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換器對所述模擬信號進行采樣得到采樣信號，然后對所述采樣信號進行FIR或IIR濾波，再對濾波后的采樣信號進行內(nèi)插，產(chǎn)生所述數(shù)字信號。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述模擬信號在被輸入到所述A/D轉(zhuǎn)換器之前，先通過放大器進行放大。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述DSP在計算瞬時頻率偏移量f之前，先對接收到的所述數(shù)字信號進行高斯濾波。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用低噪聲鎖相環(huán)為所述DDS提供頻率為Fm的時鐘信號。
【文檔編號】H03C3/09GK104300914SQ201310731545
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】李關(guān)策, 馬春利, 宋真東, 李寶正, 楊建平, 趙玉振, 劉靜, 魚勇 申請人:陜西烽火電子股份有限公司