专利名称：基于正交调制的用于数字广播(drm)的调相载波实现方法
技术领域：
本发明是一种将模拟调幅(AM)广播发射机改造为数字广播(DRM)发射机时，实现调相载波的方法，特别涉及一种基于幅度归一化、升采样信号处理和正交调制的调相载波的实现方法。
背景技术：
目前采用的模拟调幅(AM)广播发射机是由输入的音频信号1经放大器2之后，在混频电路5中与从射频放大器4输出的载波信号3进行混频、放大，然后进行发射，如
图1所示。
模拟调幅AM发射机实现双边带调幅调制功能可用数学公式表示如下设音频输入信号为IΩcosΩt则经载波调制输出信号为i(t)＝(IT+IΩcosΩt)cos(ωt+) {1}其中IT为载波信号振幅，ω为载波频率。
模拟调幅发射机信号处理过程一般分为音频信号处理、直流成分叠加，音频+直流信号放大，射频信号放大，混频、功率放大，等环节。直流叠加相当于式{1}的IT+IΩcosΩt运算，混频通过乘法实现。
DRM编码器输出的基带复数信号可表示为
其中cr，s，k表示所需要传输的QAM符号矢量，ψr，s，k是一个周期矢量信号，根据DRM规范，开路发射的DRM无线信号为i(t)=Re{ejωtΣr=0∞Σs=0NS-1Σk=KminKmaxcr,s,kψr,s,k(t)}]]>其中ω表示射频角频率，则DRM调制的数学算式可表示为 即i(t)＝Itcos(ωt)-Qtsin(ωt) {2}i(t)＝Atcos(ωt+t) {3}上面式(2)和式(3)是等同的，通过直接数字频率综合器(DDS)的方法既可以直接产生i(t)，也可以产生cos(ωt+t)分量。如果采用线性功率放大器进行放大，可以先通过数字频率综合器(DDS)产生小功率的i(t)信号，然后将经信号线性功率放大后发射出去，但这种方式的放大器效率只有40％左右，对于大功率发射机来说，电能的浪费十分严重，而且这种i(t)信号(如(3)式所示)也不适合采用模拟调幅发射机中效率很高的C、D类放大电路进行功率放大。
模拟调幅发射机的射频放大电路虽然不能对i(t)信号进行无失真放大，但却能对不包含幅度信息的cos(ωt+t)分量进行无失真放大的，此时cos(ωt+t)信号是一个只带有相位信息的射频信号。
利用模拟调幅发射机调制大功率DRM信号时，先将i(t)信号分为包络分量At和高频调相分量cos(ωt+t)，At分量送至发射机音频支路进行线性放大，cos(ωt+t)分量送至发射机高频支路、利用C、D类放大电路进行高效率的功率放大，然后将经过放大的At和cos(ωt+t)送到发射机的混频电路中进行混频，得到大功率的i(t)信号，实现DRM信号的功率放大与调制。这种方式既可以充分利用模拟调幅发射机的现有电路和设备，同时也实现了高效的功率放大与调制，节省了电能。目前模拟调幅发射机的DRM改造大都基于这种思路，其框图如图2所示。音频信号1进入DRM编码/调制器6，在DRM编码/调制器6中音频信号被编码/调制处理后，输出数字基带信号，并分别送入“求模/数-模转换(DAC)”7和数字射频激励调制器8。送入“求模/数-模转换(DAC)”7的一路信号生成幅度包络，向发射机提供音频信号，送入发射机的音频处理放大器2放大，最终进入混频电路5；进入数字射频激励调制器8的一路经处理生成相位调制的载波，替代改造前模拟调幅发射机中的载波激励器2的输出，送入射频放大器4放大，最终也进入混频电路5。
目前数字射频激励调制器所采取的方法是“直接调相”的方式，即先进行坐标变换将复数信号的同相信号I和正交信号Q转换成幅度和角度信息，分别形成幅度和角度参数，再用带相位调制功能的DDS芯片和高速数-模转换芯片产生调相信号。这个方法的缺点是硬件结构复杂，需要较多不同类型的芯片支持，增加了硬件的成本；功能单一，可移植性差，不易于升级，也不易于通过改变软件的方法进行功能扩展，即不能实现灵活软件无线电的设计理念。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于幅度归一化、升采样信号处理和正交调制的产生调相载波的方法，以及使用这种方法产生相位调制载波的数字射频激励器。
在具体实现时，将对DRM基带的编码/调制信号进行了如下处理对DRM编码器输出的数字串行音频符号流先进行串并转换和升采样处理，其原因是从调相信号的数学表达式cos(ωt+t)来看，调相信号的频谱是无限宽的，而DRM编码器输出的音频流采样率较低，一般为仅48K，相应的，其频谱带宽也较窄。若先进行幅度归一化，再升采样，则因为升采样低通滤波器的带宽限制，使输出的调相信号频谱带宽很窄，与理想的cos(ωt+t)信号的无限宽频谱要求相距甚远，无法应用在数字广播(DRM)系统中。为了拓宽实际生成的调相信号的频谱，需要在较高的数据率上进行幅度归一化处理。因此，要先对同相信号I和正交信号Q升采样，然后进行幅度归一化；另一方面，进行幅度归一化处理的原因是如果对DRM编码器输出的同相信号I和正交信号Q直接进行正交调制，得到的信号是一个既调幅又调相的信号i(t)＝Atcos(ωt+t)，而模拟调幅发射机所需的激励载波幅度必须恒定。因此，在正交调制之前，必须先对同相信号I和正交信号Q进行幅度归一化处理，即去掉I、Q信号的幅度信息，仅保留相位信息，使之经过正交调制和D/A变换以后，输出信号的相位能被输入信号调制，而幅度保持稳定。归一化过程的数学表达式为Q′=Q/I2+Q2,I′=I/I2+Q2]]>在经过幅度归一化处理之后再进行第二次升采样处理。第二次升采样处理实质上是一个数字域上变频的过程，即将低频的基带数字信号调制到较高的频段上。数字射频激励调制器的实现原理决定了用基带信号对载波进行正交调制时，基带信号和载波必须具有相同的数据速率。所以在进行正交调制之前，必须对基带数字信号进行升采样处理，提高其数据速率，去适配载波信号的数码率。经过幅度归一化和前后两次升采样处理后才对两路正交的信号进行正交调制，然后进行数-模转换(D/A)，输出至射频放大器。
本发明产生的有益效果是低成本，用较少的硬件开销即可达到高性能的数字射频调制的目的，特别适用于模拟调幅广播发射机改造成数字广播(DRM)发射机的场合；采用了软件无线电的设计理念，可以不改动硬件设计，就能实现多种调制方式，多功能、可移植、易于升级。例如，通过改变软件设置，在数字信号处理过程中，去掉幅度归一化的处理，直接将两路数字同相信号I和正交信号Q进行升采样，然后做正交调制和D/A变换，获得既调幅又调相的DRM射频信号，通过使用频谱仪测量，可判定、测试DRM信道编码调制器的编码质量，或者作为采用线性功率放大的数字发射机的激励器。还可以通过改变软件设置，去掉幅度归一化的处理，换成相应的算法处理，可产生模拟调幅AM广播的载波，也实现双边带调幅(DSB)。
以下结合附图和实施例对本发明作一详细的说明。
图1为模拟调幅广播发射机的原理框图；图2为将模拟调幅广播发射机改装为DRM数字广播发射机的原理框图；图3为本发明基于幅度归一化、升采样信号处理和正交调制的调相载波实现方法的原理框图暨软件原理框图；图4为本发明基于幅度归一化、升采样信号处理和正交调制的调相载波实现方法的硬件结构框图。
图中音频信号1，音频处理放大器2，载波发生器3，射频放大器4，混频器5，DRM编码/调制器6，获得包络7，数字射频激励调制器8，串/并转换和升采样9，归一化10，升采样11，正交调制12，数-模转换(DAC)13，AES接收端口(音频工程师协会接口)14，数字信号处理器件(DSP)15，可编程逻辑器件(FPGA)16，数字频率综合器件(DDS)17，逻辑控制18，发射19。
具体实施例方式图3所示为本发明的原理框图。对DRM编码器6输出的数字串行音频符号流先进行串/并转换和升采样9，接着进行幅度归一化10，经过归一化之后再一次升采样11。之后进行正交调制12，然后进行数-模转换(D/A)13，输出至射频放大器4。
以上步骤通过在一套芯片组中运行的软件实现，软件原理框图如图3所示。所使用的芯片是浮点型高性能数字信号处理器件(DSP)15，具有正交调制功能的数字频率综合器件(DDS)17，以及现场可编程逻辑器件(FPGA)16。本发明的硬件结构框图如图4所示。
权利要求
1.一种将模拟调幅广播发射机改造为数字广播(DRM)发射机时基于正交调制的调相载波的实现方法，特别涉及一种基于幅度归一化、升采样信号处理和正交调制的调相载波的实现方法，其特征是所述方法包括a)对DRM编码器(6)输出的数字串行音频流先进行串/并转换和升采样(9)；b)进行幅度归一化(10)；c)升采样(11)；d)正交调制(12)；e)数-模转换(D/A)(13)；f)输出至射频放大器(4)。
2.一种实现权利要求1所述方法的硬件芯片组，其特征在于，所述的芯片组包括AES接收端口(音频工程师协会接口)(14)；数字信号处理器(DSP)(15)；可编程逻辑器(FPGA)(16)；数字频率综合器(DDS)(17)。
3.根据权利要求2所述的硬件芯片组，其中有嵌入到芯片组的软件，其特征在于，所述的软件包括串/并转换和升采样(9)，幅度归一化(10)，升采样(11)，正交调制(12)，数-模转换(D/A)(13)。
全文摘要
本发明“基于正交调制的用于数字广播(DRM)的调相载波实现方法”是一种将模拟调幅广播发射机改造为数字广播(DRM)发射机时，基于幅度归一化、升采样信号处理和正交调制的调相载波的实现方法。用简单的方法实现数字化调相，实现了软件无线电的理念。本发明采用正交调制之前，两次升采样，在两次升采样之间进行幅度归一化处理，获得幅度恒定的调制信号。本发明用于模拟调幅广播发射机的改造为数字广播(DRM)发射机，性能和效果良好。
文档编号H04L27/20GK1674571SQ20051000490
公开日2005年9月28日 申请日期2005年1月28日 优先权日2005年1月28日
发明者吕锐, 杨占昕, 徐伟掌, 侯亚辉, 卢起斌, 邓纶晖, 曾志斌, 周剑 申请人:北京北广科数字广播电视技术有限公司