[发明专利]一种用于语音信号调制的全数字短波激励器

摘要

一种用于语音信号调制的全数字短波激励器，该激励器由四部分组成，包括前端模数转换A/D、数字信号处理单元、数字上变频模块和硬件模块；前端模数转换A/D的输出连接到数字信号处理单元，数字信号处理单元的输出连接到数字上变频模块；输入信号首先进入前端模数转换A/D，经前端模数转换A/D采样后的信号进入数字信号处理单元进行预处理，经过数字信号处理单元处理后的信号进入数字上变频模块进行上变频处理，经过数字上变频模块处理后的输出信号进入硬件模块进行滤波放大处理，硬件模块处理后的输出信号即为激励器的输出；数字信号处理单元在现场可编程门阵列即FPGA中实现；数字上变频模块使用AD9788的部分功能实现。

主权项

一种用于语音信号调制的全数字短波激励器，其特征在于：该激励器由四部分组成，包括：前端模数转换A/D、数字信号处理单元、数字上变频模块和硬件模块，前端模数转换A/D的输出连接到数字信号处理单元，数字信号处理单元的输出连接到数字上变频模块；输入信号首先进入前端模数转换A/D，经前端模数转换A/D采样后的信号进入数字信号处理单元进行预处理，经过数字信号处理单元处理后的信号进入数字上变频模块进行上变频处理，经过数字上变频模块处理后的输出信号进入硬件模块进行滤波放大处理，硬件模块处理后的输出信号即为激励器的输出；数字信号处理单元在现场可编程门阵列(FPGA)中实现；数字上变频模块使用AD9788的部分功能实现；所述的前端模数转换A/D包括：一支路A/D和二支路A/D，两者之间关系并列；一支路信号输入一支路A/D实现前端模数转换，二支路信号输入二支路A/D实现前端模数转换；前端模数转换A/D以恒定的采样率将输入的模拟语音信号变换为数字信号；所述的数字信号处理单元包括一支路单路调制模块、二支路单路调制模块、频率调整模块、数字信号处理单元同相支路加法器和数字信号处理单元正交支路加法器；一支路单路调制模块的输出同相支路连接到数字信号处理单元同相支路加法器作为一路输入，输出的正交支路连接到数字信号处理单元正交支路加法器作为一路输入；二支路单路调制模块的输出连接到频率调整模块，频率调整模块的输出同相支路连接到数字信号处理单元同相支路加法器作为另一路输入，输出正交支路连接到数字信号处理单元正交支路加法器作为另一路输入；数字信号处理单元完成对输入信号的一级调制和采样率的提升，利用一支路单路调制模块实现常规双边带调幅和单边带调制，利用一支路单路调制模块和二支路单路调制模块分别生成下边带和上边带调制信号后相加，即实现独立边带调制；该一支路单路调制模块包括一支路幅度调节AGC、一支路基带滤波器、一支路功率调节AGC、一支路直流分量加法器、一支路直流分量DC1、一支路一级调制同相支路乘法器、一支路同相支路低通滤波器、一支路同相支路内插滤波器、一支路一级调制载波NCO、一支路一级调制正交支路乘法器、一支路正交支路低通滤波器、一支路正交支路内插滤波器；一支路幅度调节AGC的输出连接到一支路基带滤波器，一支路基带滤波器的输出连接到一支路功率调节AGC；一支路功率调节AGC的输出分成两路，第一路是：一支路直流分量DC1共同连接到一支路直流分量加法器作为输入，一支路直流分量加法器的输出与一支路一级调制载波NCO的余弦输出共同连接到一支路一级调制同相支路乘法器作为输入；第二路是：一支路功率调节AGC的输出与一支路一级调制载波NCO的正弦输出共同连接到一支路一级调制正交支路乘法器作为输入；一支路一级调制同相支路乘法器的输出连接到一支路同相支路低通滤波器，一支路同相支路低通滤波器的输出连接到一支路同相支路内插滤波器；一支路一级调制正交支路乘法器的输出连接到一支路正交支路低通滤波器，一支路正交支路低通滤波器的输出连接到一支路正交支路内插滤波器；信号走向是：由一支路A/D输出的数字信号进入一支路单路调制模块，首先经过一支路幅度调节AGC，一支路幅度调节AGC使用查找表算法实现，对输入信号幅度进行检测并调节，稳定环路增益，使得输出信号幅度稳定在恒定值；一支路幅度调节AGC的输出信号经过一支路基带滤波器滤除带外噪声，一支路基带滤波器使用FIR滤波器，利用FPGA中的IP核实现；经过一支路基带滤波器滤波后的信号在不同频率分量功率会有波动，再通过一支路功率调节AGC，一支路功率调节AGC使用查找表算法实现，调节不同频率分量的信号功率差在较小的范围内，从而调节独立边带调制时两路调制信号的功率达到平衡；经一支路功率调节AGC后的输出分为两路：同相支路和正交支路，同相支路信号与一支路直流分量DC1共同作为一支路直流分量加法器的输入，在AM调制时，一支路直流分量DC1为根据需要配置的可设常数值，单边带调制时，一支路直流分量DC1为0；一支路一级调制载波NCO使用直接频率合成算法DDS实现，负责产生和标称载波频率相同的两路固定本地载波，两路载波相位相差90°；一支路直流分量加法器的输出和一支路一级调制载波NCO的余弦输出共同作为一支路一级调制同相支路乘法器的输入，正交支路和一支路一级调制载波NCO的正弦输出共同作为一级调制正交支路乘法器的输入，一支路一级调制同相支路乘法器和一支路一级调制正交支路乘法器作为一级上变频器使用，利用FPGA中的IP核实现，计算同相及正交支路信号和本地载波相乘的结果，将输入信号上变频到一级载波频率上；一支路一级调制同相支路乘法器和一支路一级调制正交支路乘法器的输出结果分别进入一支路同相支路低通滤波器和一支路正交支路低通滤波器，滤波器利用FPGA中的IP核实现，用于滤除一级调制后信号中的和频分量；一支路同相支路低通滤波器和一支路正交支路低通滤波器的输出分别作为一支路同相支路内插滤波器和一支路正交支路内插滤波器的输入，一支路同相支路内插滤波器和一支路正交支路内插滤波器均由一级半带滤波器和三级级联积分梳状滤波器级联而成，其中级联积分梳状滤波器即为CIC滤波器，半带滤波器则使用FIR滤波器，半带滤波器和级联积分梳状滤波器均利用FPGA中的IP核实现，对输入信号进行内插，从而提高信号的采样率，提高采样率可以提高输出调制信号的质量，同时也可以使信号能够调制到更高的载波频率上；该二支路单路调制模块包括二支路幅度调节AGC、二支路基带滤波器、二支路功率调节AGC、二支路直流分量加法器、二支路直流分量DC2、二支路一级调制同相支路乘法器、二支路同相支路低通滤波器、二支路同相支路内插滤波器、二支路一级调制载波NCO、二支路一级调制正交支路乘法器、二支路正交支路低通滤波器、二支路正交支路内插滤波器；二支路单路调制模块与一支路单路调制模块的信号流及模块组成一致；该频率调整模块包括频率调整模块同相支路乘法器、频率调整模块正交支路乘法器、频率调整模块余弦支路乘法器、频率调整模块正弦支路乘法器、频率调整模块正交支路加法器、频率调整模块同相支路加法器、频率调整NCO；该频率调整模块通过一系列正交相乘的算法完成对二支路信号一级调制载波的调整，使得二支路调制信号载波与一支路达到一致；二支路单路调制模块输出的同相支路、正交支路信号共同作为频率调整模块的输入；二支路单路调制模块同相支路输出与频率调整NCO的余弦输出共同作为频率调整模块同相支路乘法器的输入，二支路单路调制模块正交支路输出与频率调整NCO的正弦输出共同作为频率调整模块正交支路乘法器的输入，二支路单路调制模块同相支路输出与频率调整NCO的正弦输出共同作为频率调整模块正弦支路乘法器的输入，二支路单路调制模块正交支路输出与频率调整NCO的余弦输出共同作为频率调整模块余弦支路乘法器的输入；频率调整模块正弦支路乘法器和频率调整模块余弦支路乘法器的输出共同作为频率调整模块正交支路加法器的输入，频率调整模块同相支路乘法器和频率调整模块正交支路乘法器的输出共同作为频率调整模块同相支路加法器的输入；频率调整模块正交支路加法器和频率调整模块同相支路加法器的输出为频率调整模块的输出；该数字信号处理单元同相支路加法器完成对一支路和二支路同相支路的求和，它在FPGA中由加法算法实现；一支路单路调制模块的同相支路输出和二支路单路调制模块的同相支路输出共同作为数字信号处理单元同相支路加法器的输入，数字信号处理单元同相支路加法器的输出即为数字信号处理单元的同相输出；该数字信号处理单元正交支路加法器完成对一支路和二支路正交支路的求和，它在FPGA中由加法算法实现；一支路单路调制模块的正交支路输出和二支路单路调制模块的正交支路输出共同作为数字信号处理单元正交支路加法器的输入，数字信号处理单元正交支路加法器的输出即为数字信号处理单元的正交输出；所述的数字上变频模块包括二级调制载波NCO、同相支路一级半带滤波器、同相支路二级半带滤波器、同相支路三级半带滤波器、正交支路一级半带滤波器、正交支路二级半带滤波器、正交支路三级半带滤波器、数字上变频模块加法器、数字上变频模块同相支路乘法器和数字上变频模块正交支路乘法器；数字信号处理单元的同相输出连接到同相支路一级半带滤波器，同相支路一级半带滤波器的输出连接到同相支路二级半带滤波器，同相支路二级半带滤波器的输出连接到同相支路三级半带滤波器；数字信号处理单元的正交输出连接到正交支路一级半带滤波器，正交支路一级半带滤波器的输出连接到正交支路二级半带滤波器，正交支路二级半带滤波器的输出连接到正交支路三级半带滤波器；同相支路三级半带滤波器的输出与二级调制载波NCO的余弦输出连接到数字上变频模块同相支路乘法器，正交支路三级半带滤波器的输出与二级调制载波NCO的正弦输出连接到数字上变频模块正交支路乘法器；数字上变频模块同相支路乘法器的输出和数字上变频模块正交支路乘法器的输出连接到数字上变频模块加法器，数字上变频模块加法器的输出即为数字上变频模块的输出；数字信号处理单元的同相支路及正交支路输出依次经过数字上变频模块的同相支路一级半带滤波器、同相支路二级半带滤波器和同相支路三级半带滤波器，每一级滤波器提升采样率为原来的两倍；同相支路三级半带滤波器的输出与二级调制载波NCO的余弦输出作为数字上变频模块同相支路乘法器的输入，正交支路三级半带滤波器的输出与二级调制载波NCO的正弦输出作为数字上变频模块正交支路乘法器的输入，将输入信号调制到更高的载波频率上；数字上变频模块同相支路乘法器与数字上变频模块正交支路乘法器的输出共同作为数字上变频模块加法器的输入，求出同相支路与正交支路的差，得到数字上变频模块的输出，也即为输出调制信号；等幅报传送时将等幅报信号直接输入数字上变频模块同相支路，信号经过同相支路一级半带滤波器、同相支路二级半带滤波器和同相支路三级半带滤波器后，与二级调制载波NCO的余弦输出相乘，即可实现信号传送；所述的硬件模块包括硬件模块无源低通滤波器和硬件模块中频放大器；硬件模块完成对数字上变频模块输出调制信号的滤波及放大。