一种基于硬同步的数字调制与解调系统及方法

本发明涉及测控系统，尤其涉及一种基于硬同步的数字调制与解调系统及方法。

背景技术：

1、随着科技的发展，人们对测控系统的精度和性能的要求逐步提高，尤其是对数字信号处理的结果提出了高准确性的要求。在先进测控系统中，尤其是极紫外光刻设备的先进系统中，传输的光信号往往携带了对准标记位置信息，为了解决光信号的传输问题，通常需要对光电信号进行调制和解调，过程包括：将携带位置信息的光信号调制到适于传输的高频信号，形成已调信号，然后将已调信号经信号处理后，进行解调，获取基频光信号，从中提取对准标记位置信息。

2、现有的测控系统中，负责调制的系统和负责解调的系统是两个分系统，在负责调制的系统中，载波信号是由信号发生器所产生的具有一定频率和相位的正弦波信号，所述频率和相位参数根据需求设定，光调制器将此载波与基频光信号进行调制，产生已调制光信号进入负责解调的系统，解调系统根据所设定的频率和相位参数，得到参考信号，基于此参考信号，对已调信号解调，得到基频信号。然而，信号发生器实际所产生的正弦波信号的频率和相位参数，往往与所设值不同，存在偏差，也就是说，调制载波信号的频率与解调系统中所用的参考信号的频率参数是存在偏差的，这将导致解调得到的基频信号与实际的基频信号之间存在误差，换句话说，目前的调制和解调系统，存在解调精度低导致解调后的信号准确性不高的问题，从而无法满足先进测量系统对信号的高精度要求。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于硬同步的数字调制与解调系统及方法，用以解决现有的调制和解调系统解调精度低导致解调后的信号准确性不高的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种基于硬同步的数字调制与解调系统，包括：

3、上位机，用于将数字调制载波发送至数据采集板卡；

4、数据采集板卡，用于对数字调制载波进行数模转换，生成模拟调制载波c(n)，发送至信号调制模块，以及，生成模拟调制载波c(n)的参数序列，同步发送至信号处理板卡；

5、信号调制模块，用于接收基带信号a(n)和模拟调制载波c(n)，并将两者调制，得到已调模拟信号s(n)，发送至数据采集板卡；数据采集板卡对已调模拟信号进行处理以及模数转换，得到已调数字信号传输至信号处理板卡；

6、信号处理板卡，用于基于模拟调制载波信号的参数序列，对已调数字信号进行解调，得到基带信号a(n)及其所携带的信息。

7、具体的，所述数据采集板卡包括：

8、fpga控制单元，用于接收所述数字调制载波，发送至数模转换单元；

9、数模转换单元，通过spi传输协议与fpga控制单元通信，用于将数字调制载波转换为模拟调制载波；

10、载波采集电路，用于并生成模拟调制载波c(n)的参数序列；所述模拟调制载波为调制正弦波。

11、具体的，所述基带信号为基频光信号；所述已调模拟信号是已调模拟光信号；所述数据采集模块还包括：光电转换单元、信号隔离单元、信号处理单元和模数转换单元；其中，光电转换单元通过光纤与信号调制模块连接，用于接收已调模拟光信号，并将其转换为已调模拟电信号，传输至信号隔离单元；信号隔离单元和信号处理单元，用于对已调模拟电信号依次进行过滤和放大处理，传输至模数转换单元；模数转换单元，用于将放大后的已调模拟电信号转换为已调数字电信号，传输至fpga控制单元，由fpga控制单元发送至信号处理板卡。

12、具体的，所述模拟调制载波的参数序列，由数模转换单元生成，发送至fpga控制单元。

13、具体的，所述信号处理板卡，采用dsp芯片，包括：dsp数字控制单元、解调单元、滤波器以及数字信号处理单元；其中，dsp数字控制单元，用于接收fpga控制单元传输的模拟调制载波的参数序列，以及已调数字电信号，提供给解调单元；解调单元调用所述模拟调制载波参数序列中的参数，利用数字化解调算法，对已调数字电信号进行解调，获取基频光信号，传输至滤波器；滤波器和数字信号处理单元，对基频光信号依次进行滤波和处理，以提取基频光信号携带的信息，传输至上位机。

14、具体的，所述信号处理板卡的dsp数字控制单元，通过串行rapidio方式与数据采集板卡中的fpga控制单元相互通信。

15、具体的，所述解调单元采用正交解调算法，解调过程包括：基于模拟调制载波参数序列，获取模拟调制载波的频率参数fc；

16、将所述已调数字电信号分别与参考余弦信号和参考正弦信号进行混频，得到两路混频信号；所述参考余弦信号和参考正弦信号的频率为fc；所述每一路混频信号都包含高频和低频分量；

17、两路混频信号分别经两路数字低通滤波器，滤除高频分量，得到两路低频信号，即为基频信号a(n)的同相和正交分量；

18、对两路低频信号的平方和开方，得到基频信号a(n)。

19、另一方面，本发明实施例提供了一种基于硬同步的数字调制与解调方法，采用上述基于硬同步的数字调制与解调系统实现，包括：

20、上位机向数据采集板卡发送数字调制载波；

21、数据采集板卡接收到数字调制载波后，将其转换为模拟调制载波，发送至信号调制模块，同时生成模拟调制载波的参数序列，发送至信号处理板卡；所述模拟调制载波的参数序列，包括模拟调制载波的频率、幅度和相位；

22、信号调制模块接收到模拟调制载波后，将其与基带信号进行调制，生成已调模拟信号，发送至数据采集板卡；

23、数据采集板卡接收到已调模拟信号后，将其转换为已调数字信号，传输至信号处理板卡；

24、信号处理板卡基于模拟调制载波信号的参数序列，对已调数字信号进行解调，得到基带信号a(n)及其所携带的信息。

25、进一步的，所述上位机向数据采集板卡发送数字调制载波时，同时下发门铃信号，所述数据采集板卡在接收到门铃信号后，进行已调模拟信号的接收。

26、进一步的，所述信号调制模块接收到调制命令后，开始调制工作；所述信号处理板卡接收到解调命令后，开始解调工作；所述调制命令和解调命令，由数据采集模块下发。

27、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果：在生成模拟调制载波的过程中，同步生成模拟调制载波的参数序列，通过高速传输接口rapidio传输至信号处理板卡，以代替传统解调过程中所采用的预先设定的本地参考信号的参数，保证了调制过程中所用载波信号与解调过程所用参考信号的参数保持一致，使解调精度提高，解调得到的基带信号更加准确，从而为测控系统完成后续的高精度计算提供可靠的信息。

28、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种基于硬同步的数字调制与解调系统，其特征在于，包括：上位机、数字采集板卡、信号调制模块以及信号处理板卡；其中，

2.根据权利要求1所述的基于硬同步的数字调制与解调系统，其特征在于，所述数据采集板卡包括：

3.根据权利要求2所述的基于硬同步的数字调制与解调系统，其特征在于，所述基带信号为基频光信号；所述已调模拟信号是已调模拟光信号；

4.根据权利要求3所述的基于硬同步的数字调制与解调系统，其特征在于，所述模拟调制载波的参数序列，由数模转换单元生成，发送至fpga控制单元。

5.根据权利要求4所述的基于硬同步的数字调制与解调系统，其特征在于，所述信号处理板卡，采用dsp芯片，包括：dsp数字控制单元、解调单元、滤波器以及数字信号处理单元；其中，

6.根据权利要求5所述的基于硬同步的数字调制与解调系统，其特征在于，所述信号处理板卡的dsp数字控制单元，通过串行rapidio方式与数据采集板卡中的fpga控制单元相互通信。

7.根据权利要求5所述的基于硬同步的数字调制与解调系统，其特征在于，所述解调单元采用正交解调算法，解调过程包括：基于模拟调制载波参数序列，获取模拟调制载波的频率参数fc；

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的数字调制与解调系统实现的数字调制与解调方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的基于硬同步的数字调制与解调方法，其特征在于，所述上位机向数据采集板卡发送数字调制载波时，同时下发门铃信号，所述数据采集板卡在接收到门铃信号后，进行已调模拟信号的接收。

10.根据权利要求9所述的基于硬同步的数字调制与解调方法，其特征在于，所述信号调制模块接收到调制命令后，开始调制工作；所述信号处理板卡接收到解调命令后，开始解调工作；所述调制命令和解调命令，由数据采集模块下发。

技术总结
本发明涉及一种基于硬同步的数字调制与解调系统及方法，属于测控系统领域，解决了现有调制与解调过程频率不一致导致解调精度低的问题。系统包括：上位机，将数字调制载波发送至数据采集板卡；数据采集板卡，生成模拟调制载波发送至信号调制模块，及生成模拟调制载波的参数序列发送至信号处理板卡；信号调制模块，接收基带信号和模拟调制载波，并将两者调制得到已调模拟信号发送至数据采集板卡，其对已调模拟信号进行处理及模数转换，得到已调数字信号传输至信号处理板卡；信号处理板卡基于模拟调制载波的参数序列，对已调数字信号解调，得到基带信号及其所携带的信息。实现了调制‑解调过程中参考信号频率的同步，提高了解调精度。

技术研发人员：马会娟,郭瑞,邱昕
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29