[发明专利]数字控制振荡器、正交载波的产生方法及正交调幅调制系统

说明书

技术领域

本发明涉及正交调幅调制技术领域，特别涉及一种数字控制振荡器、正交载波的产生方法及正交调幅调制系统。

背景技术

正交幅度调制(QAM，Quadrature Amplitude Modulation)是一种振幅和相位相结合的高阶调制方式，具有较高的频带利用率和较好的功率利用率。因此被广泛应用于中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高数据传输、卫星通信等领域。

所谓正交振幅调制，就是用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号在同一带宽内频谱的正交性来实现两路并行的数字信息传输。所以，两个载波的正交性(幅度差、相位差、频率差)对QAM调制系统具有很大的影响。

QAM信号的一般表达式为：s(t)＝I·cos(ωct)+Q·sin(ωct)，其中I、Q为基带信号，cos(ωct)、sin(ωct)为两个正交的载波。

基于上述公式的笛卡儿架构的QAM调制方案的实现方框图如图1所示。这种结构的QAM调制器通常包含编码器101，脉冲整形滤波器102、103，载波产生模块104，两个乘法器105、106，以及加法器107。编码器101首先对输入位流作电平转换分成两路，再分别映射到星座图中的星座点的位置，形成同相(I，In_phase)信号和正交(Q，Quadrature)信号。为了减少码间干扰以及提高频谱利用率，让I和Q分别通过脉冲整形滤波器102、103，通常是平方根升余弦滤波器。滤波后的输出分别与相互正交的两路载波相乘，以分别产生同相和正交分量，并将两路分量相加就可以得到已调QAM输出信号s(t)。

上述正交调制实现过程有模拟和数字两种方法。由于模拟器件的一致性和稳定性都不够理想，因此很难保证两路正交通路之间幅度的一致性及相位的正交性，这就大大影响了系统的性能。随着数字技术的飞速发展，数字方法实现正交调制由于具有较好的正交性而得到广泛的采用。

目前，已经出现数字方法实现正交调制的技术方案。文献《DDS在正交调制技术中的应用》(《电子技术应用》，2002年，第28卷，第03期)公开了一种基于笛卡儿架构的直接数字频率合成(DDS，Direct Digital Synthesizer)卫星调制电路。该电路以DDS芯片AD9854作为核心芯片产生两路正交载波。载波产生模块部分的原理框图如图2所示。它主要由高速数字信号处理器DSP、AD9854、时钟产生电路、带通滤波器、放大器、倍频器、开关电路等组成。

其中，DDS芯片AD9854具有正交两路信号输出功能。根据对AD9854的杂散指标分析，它达不到输出频带内的宽带杂散指标要求，所以选择AD9854杂散抑制比较好的频段(实际输出频率的一半)，然后再进行倍频。由于宽带输出信号的谐波抑制也很难做得好，所以先对AD9854输出的A、B两路信号进行分路，然后再分别倍频以提高谐波抑制度，同时进一步降低杂散。

以其中A通道为例，其中一路输出信号频率为26～35MHz，经放大、2倍频、滤波后输出52～70MHz信号；另一路输出35～44MHz信号，经放大、2倍频、滤波后输出70～88MHz信号，最终产生所要求的52～88MHz的正弦信号。B通道的原理与A通道相同。

但是在实现本发明的过程中，发明人分析图2载波产生电路的实现过程，发现不可避免的存在如下问题：AD9854芯片本身价格不菲。而且，受限于AD9854芯片的杂散指标，该卫星调制电路还要根据不同的载波频段，对AD9854芯片输出的正交信号分别作放大、二倍频和带通滤波。因此该电路控制复杂、成本也很高。

并且，AD9854芯片输出的2路载波并非严格的相位正交，而是存在0.2～1度的相位偏差。由此产生的两路载波也会存在载波偏移误差。载波偏移不影响星座图上I、Q点的位置，对已调QAM信号质量不会造成很大的影响。但从已调信号的频谱上看，会出现基带泄露，因此需要带通滤波器将其滤除，否则会影响后续的功率放大电路。

此外，AD9854芯片内嵌了两个数字/模拟转换器(DAC)用于输出模拟的两路载波。由于制造工艺的限制，很难生产出理想的、完全线性的DAC。当把数字化的正弦波输入到一个实际的DAC，在DAC的输出端得到的不仅是一个正弦波，而且还有它的多次谐波分量(称为谐波失真)以及这些谐波分量的镜像分量。两路载波的谐波失真最终引起已调QAM信号失真，时域上出现寄生的幅度调制，频域上出现镜像干扰。由于这种失真与已调信号处于同一频段，很难使用带通滤波器滤除。

发明内容