一种基于软件可重构的混合调制信号合成方法及发生器与流程

1.本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于软件可重构的混合调制信号合成方法及发生器。


背景技术：

2.混合调制采用两种及以上相对独立的调试方式，将两组或多组信息调制到同一信号载波上进行无码间串扰的单独传输，两组或多组信息相对独立，并可在接收端实时采集，分别采用各自的调制方式进行解调。混合调制方式能够节约信号带宽，不同的信号调制方式能够在传输种有效抵抗非线性效应的影响，能够提高信号抗干扰能力。
3.多种混合调制信号发生器用于无线通信、信号检测领域，常见混合调制信号合成技术通常使用硬件电路实现，其信号类型、合成数目、信号带宽取决于硬件设备。基于硬件电路实现混合调制信号发生器，其产生混合调制信号中调制信号类型无法进行增减与切换、调制信号数目无法进行增减、调制信号带宽局限于硬件性能。
4.传统的硬件电路生成混合调制信号具有类型单一、灵活性不足、可重构性差、硬件成本高的问题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于软件可重构的混合调制信号合成方法及发生器，能够解决类型单一、灵活性不足、可重构性差、硬件成本高的问题。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
7.第一方面，本发明实施例提供了一种基于软件可重构的混合调制信号合成方法，包括步骤：
8.获取每种调制信号的生成函数；
9.将每一所述调制信号的生成函数分别封装成可视化的组件；
10.根据每种所述调制信号的生成原理，从所有封装的组件中选取对应的组件，将选取的组件组合成与所述调制信号对应的子图；
11.获取目标混合调制信号的调制参数，根据所述调制参数从所有子图中选取目标子图，根据所述目标子图和所述调制参数生成目标混合调制信号数据；
12.通过通用软件无线电外设加载所述目标混合调制信号数据，生成所述目标混合调制信号。
13.与现有技术相比，本发明第一方面具有以下有益效果：
14.本方法通过获取每种调制信号的生成函数；将每一调制信号的生成函数分别封装成可视化的组件，通过将生成函数封装成可视化的组件，采用的是软件可重构技术，无需硬件，降低了硬件成本，并且基于软件可重构技术，缩短研发周期、可维护性强、灵活性高；并且通过根据每种调制信号的生成原理，从所有封装的组件中选取对应的组件，将选取的组件组合成与调制信号对应的子图，通过组件可以不断重构子图，因此，具有很高的重构性；
本方法通过获取目标混合调制信号的调制参数，根据调制参数从所有子图中选取目标子图，根据目标子图和目标混合调制信号的调制参数生成目标混合调制信号数据；通过通用软件无线电外设加载目标混合调制信号数据，生成目标混合调制信号，因此，本方法可以根据目标子图和目标混合调制信号的调制参数生成目标混合调制信号数据，目标子图可以为任意想要生成的子图，目标混合调制信号数据可以为任意想要生成的目标混合调制信号数据，因此，通过通用软件无线电外设加载目标混合调制信号数据，生成目标混合调制信号，该目标混合调制信号可以为任意想要生成的目标混合调制信号，目标混合调制信号的种类很多，解决了混合调制信号类型单一的问题。
15.根据本发明的一些实施例，还包括步骤：
16.通过所述通用软件无线电外设的射频信号发射模块将所述目标混合调制信号的基带数字信号转变为模拟信号，并通过天线发射所述模拟信号。
17.根据本发明的一些实施例，所述射频信号发射模块通过数字上变频、数字模拟转换器和滤波器，将所述目标混合调制信号的基带数字信号转为模拟信号。
18.根据本发明的一些实施例，所述根据所述调制参数从所有子图中选取目标子图，根据所述目标子图和所述调制参数生成目标混合调制信号数据，包括：
19.根据目标混合调制信号中调制信号的类型、目标混合调制信号的信号总带宽以及目标混合调制信号中的调制信号数目，从所有子图中选择与所述目标混合调制信号中的调制信号对应的目标子图；
20.根据目标混合调制信号中调制信号的频率偏移和目标混合调制信号中调制信号的信号带宽，根据所述调制信号对应的所述目标子图生成调制信号波形数据；
21.基于所述调制信号波形数据，根据目标混合调制信号的发射频率和目标混合调制信号的发射增益将所述目标混合调制信号中每个调制信号的调制信号波形数据动态相加，生成目标混合调制信号数据。
22.根据本发明的一些实施例，通过如下三个条件，生成所述调制信号波形数据：
23.第一个条件包括所述调制信号的频率偏移不能超过所述目标混合调制信号的信号总带宽的一半，所述调制信号的带宽不能超过所述目标混合调制信号的信号总带宽；
24.第二个条件包括若所述目标混合调制信号中含有两个及两个以上相同或不同类型的调制信号，则所述不同类型的调制信号的频率偏移值应不同且需满足所述第一个条件；
25.第三个条件包括若所述目标混合调制信号中含有两个及两个以上相同或不同类型的调制信号波形，则所述不同类型的调制信号的信号带宽应根据频率偏移值保持独立且不能相互覆盖，所述不同类型的调制信号的信号带宽累加值不能大于所述目标混合调制信号的信号总带宽。
26.根据本发明的一些实施例，所述将每一所述调制信号的生成函数分别封装成可视化的组件，包括：
27.通过组件化和模块化的方式将每一所述调制信号的生成函数分别封装成可视化的组件。
28.第二方面，本发明实施例提供了一种基于软件可重构的混合调制信号发生器，包括：
29.工控机，用于集成软件无线电体系架构开发平台，所述集成软件无线电体系架构开发平台设置有生成函数获取模块、组件模块、子图模块、人机界面操作和显示模块以及所述混合调制信号数据生成模块；其中，
30.所述生成函数获取模块，用于获取每种调制信号的生成函数；所述组件模块，用于通过组件化和模块化的方式将每一所述调制信号的生成函数分别封装成可视化的组件；所述子图模块，用于根据每种所述调制信号的生成原理，从所有封装的组件中选取对应的组件，将选取的组件组合成与所述调制信号对应的子图；所述人机界面操作和显示模块，用于设置所述目标混合调制信号的调制参数，并将所述调制参数传输至所述混合调制信号数据生成模块；所述混合调制信号数据生成模块，用于获取所述目标混合调制信号的调制参数，根据所述目标混合调制信号从所有子图中选取目标子图，根据所述目标子图和所述目标混合调制信号的调制参数生成目标混合调制信号数据；
31.通用软件无线电外设，通信连接所述工控机，所述通用软件无线电外设用于加载所述目标混合调制信号数据，生成所述目标混合调制信号。
32.与现有技术相比，本发明第二方面具有以下有益效果：
33.本发明的混合调制信号发生器通过工控机集成软件无线电体系架构开发平台，软件无线电体系架构开发平台通过生成函数获取模块获取每种调制信号的生成函数；通过组件模块将每一调制信号的生成函数分别封装成可视化的组件，通过将生成函数封装成可视化的组件，采用的是软件可重构技术，无需硬件，降低了硬件成本，并且基于软件可重构技术，缩短研发周期、可维护性强、灵活性高；并且通过子图模块根据每种调制信号的生成原理，从所有封装的组件中选取对应的组件，将选取的组件组合成与调制信号对应的子图，通过组件可以不断重构子图，因此，具有很高的重构性；本发明的混合调制信号发生器通过人机界面操作和显示模块设置目标混合调制信号的调制参数，并将调制参数传输至混合调制信号数据生成模块，通过人机界面操作和显示模块可以方便设置目标混合调制信号的调制参数，无需通过软件可重构技术更改目标混合调制信号的调制参数，方便操作，节约时间成本；本发明的混合调制信号发生器还通过混合调制信号数据生成模块获取目标混合调制信号的调制参数，根据调制参数从所有子图中选取目标子图，根据目标子图和目标混合调制信号的调制参数生成目标混合调制信号数据；通过通用软件无线电外设加载目标混合调制信号数据，生成目标混合调制信号，因此，本发明的混合调制信号发生器可以根据目标子图和目标混合调制信号的调制参数生成目标混合调制信号数据，目标子图可以为任意想要生成的子图，目标混合调制信号数据可以为任意想要生成的目标混合调制信号数据，因此，通过通用软件无线电外设加载目标混合调制信号数据，生成目标混合调制信号，该目标混合调制信号可以为任意想要生成的目标混合调制信号，目标混合调制信号的种类很多，解决了混合调制信号类型单一的问题。
34.根据本发明的一些实施例，所述通用软件无线电外设包括射频信号发送模块，所述射频信号发射模块通信连接天线，所述射频信号发送模块获取所述目标混合调制信号，将所述目标混合调制信号的基带数字信号转变为模拟信号，并通过天线发射所述模拟信号。
35.根据本发明的一些实施例，所述工控机还包括数据存储模块，用于保存所述调制参数、所述组件、所述子图以及所述目标混合调制信号数据。
36.根据本发明的一些实施例，所述调制参数包括目标混合调制信号中调制信号的类型、目标混合调制信号的发射频率、目标混合调制信号的发射增益、目标混合调制信号的信号总带宽、目标混合调制信号中调制信号的数目、目标混合调制信号中调制信号的频率偏移以及目标混合调制信号中调制信号的带宽。
附图说明
37.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
38.图1为本发明一个实施例提供的一种基于软件可重构的混合调制信号合成方法的流程图；
39.图2为本发明一个实施例提供的一种基于软件可重构的混合调制信号发生器的结构图；
40.图3为本发明一个实施例提供的集成软件无线电体系架构开发平台的结构图。
具体实施方式
41.下面将结合附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本公开的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本公开保护范围的限制。
42.在本发明的描述中，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
43.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.混合调制信号发生器用于无线通信、信号检测领域，常见混合调制信号合成技术通常使用硬件电路实现，其信号类型、合成数目、信号带宽取决于硬件设备。基于硬件电路实现混合调制信号发生器，其产生混合调制信号中调制信号类型无法进行增减与切换、调制信号数目无法进行增减、调制信号带宽局限于硬件性能。
46.传统的硬件电路生成混合调制信号具有类型单一、灵活性不足、可重构性差、硬件成本高的问题。
47.为解决上述问题，本发明通过获取每种调制信号的生成函数；将每一调制信号的生成函数分别封装成可视化的组件，通过将生成函数封装成可视化的组件，采用的是软件可重构技术，无需硬件，降低了硬件成本，并且基于软件可重构技术，缩短研发周期、可维护
性强、灵活性高；并且通过根据每种调制信号的生成原理，从所有封装的组件中选取对应的组件，将选取的组件组合成与调制信号对应的子图，通过组件可以不断重构子图，因此，具有很高的重构性；本发明通过获取目标混合调制信号的调制参数，根据调制参数从所有子图中选取目标子图，根据目标子图和目标混合调制信号的调制参数生成目标混合调制信号数据；通过通用软件无线电外设加载目标混合调制信号数据，生成目标混合调制信号，因此，本发明可以根据目标子图和目标混合调制信号的调制参数生成目标混合调制信号数据，目标子图可以为任意想要生成的子图，目标混合调制信号数据可以为任意想要生成的目标混合调制信号数据，因此，通过通用软件无线电外设加载目标混合调制信号数据，生成目标混合调制信号，该目标混合调制信号可以为任意想要生成的目标混合调制信号，目标混合调制信号的种类很多，解决了混合调制信号类型单一的问题。
48.参照图1，本发明实施例提供了一种基于软件可重构的混合调制信号合成方法，包括步骤：
49.步骤s100、获取每种调制信号的生成函数；
50.具体的，每种调制信号都有其对应的通信算法函数，通过c 或python语言编程实现该通信算法函数获得每种调制信号的生成函数，需要说明的是，每种调制信号的通信算法函数，该通信算法函数都是现有技术，此处不在详细描述。
51.步骤s200、将每一调制信号的生成函数分别封装成可视化的组件；
52.具体的，通过组件化和模块化的方式将每一调制信号的生成函数分别封装成可视化的组件。需要说明的是，组件化和模块化的方式为现有技术，此处不在详细描述。
53.步骤s300、根据每种调制信号的生成原理，从所有封装的组件中选取对应的组件，将选取的组件组合成与调制信号对应的子图；
54.具体的，根据每种调制信号的生成原理，从所有封装的组件中选取对应的组件，将选取的组件组合成与调制信号对应的子图，需要说明的是，每种调制信号可能对应有多个组件。
55.步骤s400、获取目标混合调制信号的调制参数，根据调制参数从所有子图中选取目标子图，根据目标子图和调制参数生成目标混合调制信号数据；
56.具体的，根据目标混合调制信号中调制信号的类型、目标混合调制信号的信号总带宽以及目标混合调制信号中的调制信号数目，从所有子图中选择与目标混合调制信号中的调制信号对应的目标子图。
57.根据目标混合调制信号中调制信号的频率偏移和目标混合调制信号中调制信号的信号带宽，根据调制信号对应的目标子图生成调制信号波形数据，生成调制信号波形数据，需要满足三个条件：
58.第一个条件包括调制信号的频率偏移不能超过目标混合调制信号的信号总带宽的一半，调制信号的带宽不能超过目标混合调制信号的信号总带宽；
59.第二个条件包括若目标混合调制信号中含有两个及两个以上相同或不同类型的调制信号，则不同类型的调制信号的频率偏移值应不同且需满足第一个条件；
60.第三个条件包括若目标混合调制信号中含有两个及两个以上相同或不同类型的调制信号波形，则不同类型的调制信号的信号带宽应根据频率偏移值保持独立且不能相互覆盖，不同类型的调制信号的信号带宽累加值不能大于目标混合调制信号的信号总带宽。
61.基于调制信号波形数据，根据目标混合调制信号的发射频率和目标混合调制信号的发射增益将目标混合调制信号中每个调制信号的调制信号波形数据动态相加，生成目标混合调制信号数据。
62.步骤s500、通过通用软件无线电外设加载目标混合调制信号数据，生成目标混合调制信号。
63.具体的，通用软件无线电外设加载目标混合调制信号数据后，生成目标混合调制信号；通用软件无线电外设包括射频信号发射模块，该射频信号发射模块通过数字上变频、数字模拟转换器和滤波器，将目标混合调制信号的基带数字信号转变为模拟信号，并通过天线发射模拟信号。
64.本实施例通过获取每种调制信号的生成函数；将每一调制信号的生成函数分别封装成可视化的组件，通过将生成函数封装成可视化的组件，采用的是软件可重构技术，无需硬件，降低了硬件成本，并且基于软件可重构技术，缩短研发周期、可维护性强、灵活性高；并且通过根据每种调制信号的生成原理，从所有封装的组件中选取对应的组件，将选取的组件组合成与调制信号对应的子图，通过组件可以不断重构子图，因此，具有很高的重构性；本实施例通过获取目标混合调制信号的调制参数，根据调制参数从所有子图中选取目标子图，根据目标子图和目标混合调制信号的调制参数生成目标混合调制信号数据；通过通用软件无线电外设加载目标混合调制信号数据，生成目标混合调制信号，因此，本实施例可以根据目标子图和目标混合调制信号的调制参数生成目标混合调制信号数据，目标子图可以为任意想要生成的子图，目标混合调制信号数据可以为任意想要生成的目标混合调制信号数据，因此，通过通用软件无线电外设加载目标混合调制信号数据，生成目标混合调制信号，该目标混合调制信号可以为任意想要生成的目标混合调制信号，目标混合调制信号的种类很多，解决了混合调制信号类型单一的问题。
65.为了便于本领域技术人员理解，以下提供一组最佳实施例:
66.本实施例假设需要生成一个包含am、fm、bpsk、qpsk四种调制信号的目标混合调制信号数据，该目标混合调制信号的总信号带宽为10mhz，目标混合调制信号的发射频率为340mhz，目标混合调制信号的发射增益30db，其信号覆盖频率范围为335mhz至345mhz。
67.首先，获取am、fm、bpsk、qpsk四种调制信号的生成函数，将am、fm、 bpsk、qpsk四种调制信号的生成函数分别封装成可视化的组件；根据am、fm、 bpsk、qpsk四种调制信号的生成原理，分别从所有封装的组件中选取与am调制信号对应的组件，将选取的组件组合成与am调制信号对应的子图；选取与fm 调制信号对应的组件，将选取的组件组合成与fm调制信号对应的子图；选取与 bpsk调制信号对应的组件，将选取的组件组合成与bpsk调制信号对应的子图；选取与qpsk调制信号对应的组件，将选取的组件组合成与qpsk调制信号对应的子图。需要说明的是，每种调制信号可能对应有多个组件。
68.其次，需要在人机界面和显示模块上设置目标混合调制信号的调制参数包括目标混合调制信号的发射频率340mhz、目标混合调制信号的发射增益30db、目标混合调制信号的总信号带宽10mhz、目标混合调制信号中的调制信号数目4，故此时在人机界面和显示模块上输入目标混合调制信号的发射频率为340mhz、目标混合调制信号的发射增益为30db、目标混合调制信号的总信号带宽为10mhz、目标混合调制信号中的调制信号数目为4，此时人机界面和显示模块会自动出现4 种调制信号选择框。一开始这4种调制信号都默认为am
调制信号，信号带宽为 100khz，频率偏移为1000khz，该目标混合调制信号的频率偏移为100khz，相对于设置信号的发射频率340mhz而言，目标混合调制信号的中包含的am调制信号的中心频率为339mhz，信号带宽为100khz。若都为默认为am调制信号，该信号数据会被覆盖，只有一个am调制信号。
69.故在人机界面和显示模块中将其余3个调制信号分别选择为fm调制信号时，人机界面和显示模块中自动出现信号带宽为100khz，频率偏移为-1000khz；调制信号选择为bpsk调制信号时，人机界面和显示模块中自动出现信号带宽为 1000khz，频率偏移为-2000khz；调制信号选择为qpsk调制信号时，人机界面和显示模块中自动出现信号带宽为1000khz，频率偏移为2000khz。
70.然后，在人机界面和显示模块中点击运行按键，人机界面和显示模块会将调制参数传输至混合调制信号数据生成模块；混合调制信号数据生成模块获取目标混合调制信号的调制参数，根据目标混合调制信号从所有子图中选取目标子图，也就是am、fm、bpsk、qpsk四种调制信号的子图，根据目标子图和目标混合调制信号的调制参数生成目标混合调制信号数据，具体为：
71.混合调制信号数据生成模块根据目标混合调制信号中调制信号的类型(也就是am、fm、bpsk、qpsk四种类型的调制信号)、目标混合调制信号的信号总带宽以及目标混合调制信号中的调制信号数目，从所有子图中选择与目标混合调制信号中的调制信号对应的目标子图；
72.混合调制信号数据生成模块根据目标混合调制信号中调制信号的频率偏移和目标混合调制信号中调制信号的信号带宽，根据调制信号对应的目标子图生成调制信号波形数据，生成调制信号波形数据需满足以下三个条件：
73.第一个条件包括调制信号的频率偏移不能超过目标混合调制信号的信号总带宽的一半，调制信号的带宽不能超过目标混合调制信号的信号总带宽；
74.第二个条件包括若目标混合调制信号中含有两个及两个以上相同或不同类型的调制信号，则不同类型的调制信号的频率偏移值应不同且需满足第一个条件；
75.第三个条件包括若目标混合调制信号中含有两个及两个以上相同或不同类型的调制信号波形，则不同类型的调制信号的信号带宽应根据频率偏移值保持独立且不能相互覆盖，不同类型的调制信号的信号带宽累加值不能大于目标混合调制信号的信号总带宽；
76.故am调制信号的信号带宽为100khz，频率偏移为1000khz；fm调制信号的信号带宽为100khz，频率偏移为-1000khz；bpsk调制信号的信号带宽为 1000khz，频率偏移为-2000khz；qpsk调制信号的信号带宽为1000khz，频率偏移为2000khz，满足上述三个条件，能够生成每个调制信号的调制信号波形数据。
77.基于调制信号波形数据，根据目标混合调制信号的发射频率和目标混合调制信号的发射增益将目标混合调制信号中每个调制信号的调制信号波形数据动态相加，生成目标混合调制信号数据。
78.最后，再通过通信连接工控机的通用软件无线电外设加载目标混合调制信号数据，生成目标混合调制信号；通用软件无线电外设包括射频信号发送模块，射频信号发射模块通信连接天线，射频信号发送模块获取目标混合调制信号，通过数字上变频、数字模拟转换器和滤波器将目标混合调制信号的基带数字信号转变为模拟信号，并通过天线发射模拟
信号。
79.参照图2至图3，本发明实施例提供了一种基于软件可重构的混合调制信号发生器，包括：
80.工控机100，用于集成软件无线电体系架构开发平台，集成软件无线电体系架构开发平台设置有生成函数获取模块101、组件模块102、子图模块103、人机界面操作和显示模块104以及混合调制信号数据生成模块105；其中，
81.生成函数获取模块101，用于获取每种调制信号的生成函数；组件模块102，用于通过组件化和模块化的方式将每一调制信号的生成函数分别封装成可视化的组件；子图模块103，用于根据每种调制信号的生成原理，从所有封装的组件中选取对应的组件，将选取的组件组合成与调制信号对应的子图；人机界面操作和显示模块104，用于设置目标混合调制信号的调制参数，并将调制参数传输至混合调制信号数据生成模块105；混合调制信号数据生成模块105，用于获取目标混合调制信号的调制参数，根据目标混合调制信号从所有子图中选取目标子图，根据目标子图和目标混合调制信号的调制参数生成目标混合调制信号数据；
82.通用软件无线电外设200，通信连接工控机，通用软件无线电外设用于加载目标混合调制信号数据，生成目标混合调制信号。
83.本发明的一些实施例，通用软件无线电外设包括射频信号发送模块，射频信号发射模块通信连接天线，射频信号发送模块获取目标混合调制信号，将目标混合调制信号的基带数字信号转变为模拟信号，并通过天线发射模拟信号。
84.本发明的一些实施例，工控机还包括数据存储模块，用于保存调制参数、组件、子图以及目标混合调制信号数据。
85.本发明的一些实施例，调制参数包括目标混合调制信号中调制信号的类型、目标混合调制信号的发射频率、目标混合调制信号的发射增益、目标混合调制信号的信号总带宽、目标混合调制信号中调制信号的数目、目标混合调制信号中调制信号的频率偏移以及目标混合调制信号中调制信号的带宽。
86.需要说明的是，本实施例的一种基于软件可重构的混合调制信号发生器与上述的一种基于软件可重构的混合调制信号合成方法基于相同的发明构思，因此，混合调制信号合成方法实施例中的相应内容同样适用于混合调制信号发生器实施例，此处不再详述。
87.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
88.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的共享条件下还可作出种种等同的变形或替换，这些等同的变形或替换均包括在本发明权利要求所限定的范围内。