CN113098436A - 一种用于psk调制的成形滤波器设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于PSK调制的成形滤波器设计方法，包括以下步骤：S1：利用数字处理模块和射频功放模块产生L波段对应频点的DPSK基带信号，并对其进行差分编码；S2：将差分编码以后的DPSK信号输入频谱分析仪，得到频谱图像；S3：根据频谱图像分析第一旁瓣相对主峰的功率衰减；S4：利用matlab进行带阻滤波器的约束设计；S5：导出带阻滤波器设计参数的coe文件；S6：将coe文件导入FPGA内部，完成成形滤波器设计。本发明将传统的成形滤波器换为带阻滤波器，既能解决以往滤波器为了提高频谱带宽，以致旁瓣信号容易保留下来而对信号接收造成影响的问题，又能通过此滤波器滤除信号频谱中第一旁瓣的信号，留下主瓣信号频谱和其他对接收干扰很小的信号。
Description
技术领域
本发明涉及通信工程领域，尤其涉及一种用于PSK调制的成形滤波器设计方法。
背景技术
调制***中，无论ASK还是PSK调制，原始信号基本为方直的脉冲信号，但由于基带信号未经成形本身相当于一个冲击，频域是无限展宽的。矩形脉冲上升和下降是突变的，这样往往会导致低频分量和高频分量都比较大，占用的频谱带宽也比较宽，如果送入有限的信道中传输，就会出现以下问题：1.占用较大的有限的频谱资源，较多的旁瓣分量会对通信环境的其它频点收发造成干扰；2.后续电路进行功率放大时会造成较为严重的无用功率损耗；3.在多频点应用的情况下，较大的旁瓣会对接收造成影响。这会在实际工程运用中造成干扰，具体表现为偏离一定频点的信号也可以被接收和解码。
在申请号为CN201710156012.7的发明专利申请文件中提出了一种成形滤波器及其成形方法，并提出了一种用于解决现有的成形滤波器运算速度低的问题，但不能解决在PSK调制过程中利用带阻滤波器缓解成形滤波造成的基带信号时域波形上升下降时间不符合工程要求的问题。在实际工程应用中，按照常规的调制设计，成形滤波后时域的PSK脉冲信号的上升和下降不再突变，而是变得比较圆滑。但在实际工程中，较多项目对脉冲信号的上升沿下降沿是有严格时间要求的，利用传统的低通成形滤波器完成滤波，虽然可以很好的满足减小带宽的要求并有上文所述优点，但是难以满足数据沿的要求。
发明内容
基于此，本发明的目的是为了提供一种用于PSK调制的成形滤波器设计方法，用以解决在PSK调制过程中利用带阻滤波器缓解成形滤波造成的基带信号时域波形上升下降时间不符合工程要求的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种用于PSK调制的成形滤波器设计方法，所述成形滤波器设计方法包括以下步骤：
S1：利用数字处理模块和射频功放模块产生L波段对应频点的DPSK基带信号，并对其进行差分编码；
S2：将差分编码以后的DPSK信号输入频谱分析仪，得到频谱图像；
S3：根据频谱图像分析第一旁瓣相对主峰的功率衰减；
S4：利用matlab进行带阻滤波器的约束设计；
S5：导出带阻滤波器设计参数的coe文件；
S6：将coe文件导入FPGA内部，完成成形滤波器设计。
优选的，所述S3还包括：
S31：分析第一旁瓣相对主峰的功率衰减，得出旁瓣衰减w1；
S32：得出第一旁瓣相对主峰的频点差f1。
优选的，所述S4还包括：
S41：设置项目的采样率Fs；
S42：设置带阻滤波器的左边过渡Fpass1和Fstop1，使得Fpass1<Fstop1<f1；
S43：设置带阻滤波器的右过渡带Fpass2和Fstop2，使得Fpass2>Fstop2>f1；
S44：在Astop设置带阻部分的抑制大小。
优选的，所述S6还包括：
S61：在FPGA内部利用滤波器模块导入coe文件的滤波器设计参数。
优选的，所述成形滤波器为带阻滤波器。
本申请的有益效果：将传统的成形滤波器换为带阻滤波器，由于带阻滤波器能抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过的特性；既能解决以往滤波器为了达到工程要求而提高频谱带宽，以致除主瓣外的第一旁瓣信号容易保留下来而对信号接收造成影响的问题，又能通过此滤波器滤除信号频谱中第一旁瓣的信号，留下主瓣信号频谱和其他对接收干扰很小的信号，解决了工程中对信号上升下降时间的要求问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图的结构获得其他的附图。
图1为本发明DPSK信号调制方法原理图；
图2为本发明的具体电路分布框架图；
图3为原始编码后被调制基带信号波形图；
图4为使用本方法滤波处理后的被调制信号；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，在本实施例中，本发明提出本发明提出一种用于PSK调制的成形滤波器设计方法，所述成形滤波器设计方法包括以下步骤：
S1：利用数字处理模块和射频功放模块产生L波段对应频点的DPSK基带信号，并对其进行差分编码；
S2：将差分编码以后的DPSK信号输入频谱分析仪，得到频谱图像；
S3：根据频谱图像分析第一旁瓣相对主峰的功率衰减；
S4：利用matlab进行带阻滤波器的约束设计；
S5：导出带阻滤波器设计参数的coe文件；
S6：将coe文件导入FPGA内部，完成成形滤波器设计。
在本实施例中，所述S3还包括：
S31：分析第一旁瓣相对主峰的功率衰减，得出旁瓣衰减w1；
S32：得出第一旁瓣相对主峰的频点差f1。
在本实施例中，所述S4还包括：
S41：设置项目的采样率Fs；
S42：设置带阻滤波器的左边过渡Fpass1和Fstop1，使得Fpass1<Fstop1<f1；
S43：设置带阻滤波器的右过渡带Fpass2和Fstop2，使得Fpass2>Fstop2>f1；
S44：在Astop设置带阻部分的抑制大小。
在本实施例中，所述S6还包括：
S61：在FPGA内部利用滤波器模块导入coe文件的滤波器设计参数。
在本实施例中，所述成形滤波器为带阻滤波器。
具体的，本方案的工作原理和相关步骤如下：
PSK调制***中，由于原始信号的带宽无限大，但90%的能量均集中在主瓣带宽内，因此，为提高发射端的功率利用率，降低噪声的影响，在调制之前对原始基带信号进行成形滤波，以此滤除主瓣外的信号及噪声。
同时在工程上对基带信号上升沿下降沿时间有着严格的时域要求，这就要求在做滤波器设计时保证一定的高频分量以维持时域的上升沿下降沿。
传统的成形滤波器为单一的低通滤波器，较多时候难以满足一些工程项目的时域上升沿下降沿要求。
本发明方案创造性地将传统的成形滤波器换为带阻滤波器。由于带阻滤波器能抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过的特性。既能解决以往滤波器为了达到工程要求而提高频谱带宽，造成除主瓣外的第一旁瓣信号容易保留下来对信号接收造成影响的问题。又能通过此滤波器滤除信号频谱中第一旁瓣的信号，留下主瓣信号频谱和其他对接收干扰很小的信号。这样一来就解决了工程中对信号上升下降时间的要求问题。
具体的，本产品由射频功放模块、数字处理模块等组成。
首先利用数字处理模块和射频功放模块产生L波段对应频点的已调制DPSK信号，利用频谱分析仪分析频谱图像。
分析谐波旁瓣的功率强度，查看是否在项目要求范围内，第一旁瓣的功率最大，为分析的重点。
在需要对旁瓣进行抑制的要求下，合理设计带阻滤波器，保证对第一旁瓣的功率衰减，减小旁瓣频点对接收端的通信影响，进而保证时域和频域的双指标。
滤波器设计方法：
1.分析第一旁瓣相对主峰的功率衰减，得出目前的旁瓣衰减w1，同时得出第一旁瓣相对主峰的频点差f1。
2.利用matlab工具进行带阻滤波器的约束设计，输入项目的采样率fs，设置带阻滤波器的左过渡带Fpass1和Fstop1，使得Fpass1 < Fstop1 < f1,在兼顾滤波器阶数可实现的情况下，尽量减小过渡带。
3.设置带阻滤波器的右过渡带Fpass2和Fstop2，使得Fpass2 > Fstop2 > f1,在兼顾滤波器阶数可实现的情况下，尽量减小过渡带。
4.在Astop设置带阻部分的抑制大小。
5.导出数字滤波器的设计参数为coe文件。
6.在fpga内部利用滤波器模块导入coe文件的滤波器设计参数，完成成形滤波器设计。
信号处理的具体流程和方案：
1.按照图2所示构建了psk调制的通信发射模块，图中s(t)信号为原始编码后被调制基带信号，其信号波形形如图3（图中编码为10101010）。
2.基带的信号按照图3所示经过本专利设计的数字滤波电路（数字滤波电路在FPGA内实现）后，完成了谐波信号的衰减，并满足时域的上升沿下降沿时序要求，其滤波后基带信号波形形如图4。
3.在FPGA内部完成信号的上变频，方法如图3，即时域相乘一个载波三角函数信号。
4.完成上变频的信号通过DAC信号转换为模拟量，再经过图2所示的射频功放模块完成信号的功率放大并通过天线发射出去。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种用于PSK调制的成形滤波器设计方法，其特征在于，所述成形滤波器设计方法包括以下步骤：
S1：利用数字处理模块和射频功放模块产生L波段对应频点的DPSK基带信号，并对其进行差分编码；
S2：将差分编码以后的DPSK信号输入频谱分析仪，得到频谱图像；
S3：根据频谱图像分析第一旁瓣相对主峰的功率衰减；
S4：利用matlab进行带阻滤波器的约束设计；
S5：导出带阻滤波器设计参数的coe文件；
S6：将coe文件导入FPGA内部，完成成形滤波器设计。
2.如权利要求1所述的一种用于PSK调制的成形滤波器设计方法，其特征在于，所述S3还包括：
S31：分析第一旁瓣相对主峰的功率衰减，得出旁瓣衰减w1；
S32：得出第一旁瓣相对主峰的频点差f1。
3.如权利要求1所述的一种用于PSK调制的成形滤波器设计方法，其特征在于，所述S4还包括：
S41：设置项目的采样率Fs；
S42：设置带阻滤波器的左边过渡Fpass1和Fstop1，使得Fpass1<Fstop1<f1；
S43：设置带阻滤波器的右过渡带Fpass2和Fstop2，使得Fpass2>Fstop2>f1；
S44：在Astop设置带阻部分的抑制大小。
4.如权利要求1所述的一种用于PSK调制的成形滤波器设计方法，其特征在于，所述S6还包括：
S61：在FPGA内部利用滤波器模块导入coe文件的滤波器设计参数。
5.如权利要求1所述的一种用于PSK调制的成形滤波器设计方法，其特征在于，所述成形滤波器为带阻滤波器。
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