一种fsk解调的软件实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种FSK解调的软件实现方法，属于数字通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 调制技术是将基带信号变换成传输信号的技术。调制技术将二进制数字信号"1" 或"〇"对载波进行调制，在信道中传输的是经过调制的信号。数字调制的优点是抗干扰能 力强，中继时噪声及色散的影响不积累，因此可实现长距离传输。在无线通信领域，数字调 制技术用途广泛。
[0003] 调制方式按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制两类；按照载波的形式分 为连续波调制和脉冲调制两类。模拟调制有调幅（AM)、调频（FM)和调相（PM)。数字调制 有振幅键控（ASK)、移频键控（FSK)、移相键控（PSK)和差分移相键控（DPSK)等。
[0004] 移频键控（FSK)是一种用数字调制信号控制载波的频率的调制方式。当数字信号 为〇时载波频率为Π ，当数字信号为1时载波频率为f2。有时也把代表两个以上符号的多 进制频率调制称为移频键控。移频键控能区分通路，但抗干扰能力不如移相键控和差分移 相键控。
[0005] FSK信号的解调有多种方法，如非相干检测法、相干检测法、鉴频法、过零检测法及 差分检波法，此处主要介绍相干和非相干解调两类，其调制原理是将二进制频移键控信号 分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比较 最终判决出输出信号，此时不专门设置门限电平。
[0006] 对FSK信号的非相干解调是使用窄带的分路滤波器频率为载波频率的高频脉冲， 经过包络检波后取出其包络，然后将输出送到抽样判决器进行比较从而得到0-1信号。非 相关解调的抗干扰能力差，解调误码率高。
[0007] 对FSK信号的相干解调首先要生成与原始信号同频同相的本地载波信号，原始信 号经过带通滤波器后与本地载波信号相乘后经过低通滤波器，然后经抽样判决器判决生成 0-1信号。此种方法由于要生成与原始信号同频同相的本地载波信号，需要相应模拟电路的 支持，而在对信号进行离线分析时，由于载波估计算法较为复杂，难以实现。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术的不足，本发明公开了一种FSK解调的软件实现方法；
[0009] 本发明适用于需要对FSK信号进行解调分析的软件无线电测试平台和具有解调 分析功能的适量信号分析仪等设备，方法简单，易于软件实现，算法复杂度低。
[0010] 本发明的技术方案为：
[0011] 一种FSK解调的软件实现方法，具体步骤包括：
[0012] (1)设NO个频率为&的正弦信号表示逻辑0,设Nl个频率为f拍正弦信号表示 逻辑1，设采样频率为F s，因此，逻辑0的数字频率为VFs，逻辑1的数字频率为fVFs;
[0013] (2)设待解调FSK信号X (η)为逻辑0和逻辑1交替的离散信号；
[0014] ⑶设频率信号Stl (?)和S1 (X1)，频率信号Stl (?)的载波频率为&，频率信号S1 (X1) 的载波频率为f\，Xo= 2 π f ^ X1= 2 JT f i，选取参考信号，参考信号的频率为f3;
[0015] 设f3= f i，设参考信号为S(X1)参考信号S(X1)的周期长度为N，计算载波频率& 与载波频率4区分度最高时参考信号s (X D的周期长度N的值，得：
[0016] N = k/a = kf 〇/ f1,
[0017] 其中，k为正整数，且k < NO, f。= af 1;
[0018] (4)对步骤（3)选取的参考信号S(X1)进行采样，得到离散信号c (m):
[0019] c (m) = sin (2 π *f3/Fs*m)
[0020] 其中，0彡m彡N*Fs/f3, f3/Fs是参考信号的数字频率；
[0021] (5)将步骤（4)中得到的离散信号c (m)与待解调FSK信号X (η)做互相关运算，得 到互相关运算结果y (η);
[0022] (6)对互相关运算结果y(n)进行ASK解调，得到恢复出来的二进制数据ζ(η)。
[0023] 根据本发明优选的，步骤（3)中，计算载波频率&与载波频率"区分度最高时参 考信号s (X1)的周期长度N的值，具体是指：
[0024] 当参考信号s (X1)和频率信号S1 (X1)互相关运算结果最大值与参考信号s (X1)和 频率信号S0(X0)互相关运算结果最大值比值υ最大时，载波频率f 〇与载波频率fi区分度 最高，频率信号S1(X1)与参考信号 s(Xl)同频，当频率信号S1(X1)与参考信号 s(Xl)在相位 差为0时，互相关运算结果值最大，假设频率信号Stl (Xtl)与参考信号s (X1)在相位差为Θ时 互相关运算结果最大，如式（I )所示：
[0025]
【主权项】
1. 一种FSK解调的软件实现方法，其特征在于，具体步骤包括： (1) 设NO个频率为&的正弦信号表示逻辑0,设N1个频率为fi的正弦信号表示逻辑 1，设采样频率为Fs，因此，逻辑0的数字频率为&/匕，逻辑1的数字频率为fVFs; (2) 设待解调FSK信号x(n)为逻辑0和逻辑1交替的离散信号； (3) 设频率信号S(l (X(l)和Sl (Xl)，频率信号S(l 〇〇的载波频率为&，频率信号Sl (Xl)的 载波频率为fpX(l= 2 31f^ Xl= 2 31fi，选取参考信号，参考信号的频率为f3; 设f3=fi，设参考信号为s(Xl)，参考信号s(Xl)的周期长度为N，计算载波频率&与载 波频率&区分度最高时参考信号s(xi)的周期长度N的值，得： N=k/a=kfo/f^ 其中，k为正整数，且k<NO,fQ=af1; (4) 对步骤（3)选取的参考信号s(Xl)进行采样，得到离散信号c(m): c(m) =sin(2Jr*f3/Fs*m) 其中，0彡m彡N*Fs/f3,f3/Fs是参考信号的数字频率； (5) 将步骤（4)中得到的离散信号c(m)与待解调FSK信号x(n)做互相关运算，得到互 相关运算结果y(n); (6) 对互相关运算结果y(n)进行ASK解调，得到恢复出来的二进制数据z(n)。
2. 根据权利要求1所述软件实现方法，其特征在于，步骤（3)中，计算载波频率h与载 波频率？1区分度最高时参考信号s(xi)的周期长度为N的值，具体是指： 当参考信号s(Xl)和频率信号Sl(Xl)互相关运算结果最大值与参考信号s(Xl)和频率 信号互相关运算结果最大值比值u最大时，载波频率&与载波频率区分度最高， 频率信号Sl (Xl)与参考信号s (Xl)同频，当频率信号Sl (Xl)与参考信号s (Xl)在相位差为〇 时，互相关运算结果值最大，假设频率信号S(I(X(I)与参考信号s(Xl)在相位差为0时互相 关运算结果最大，如式（I)所示：
式（I)中，n为正整数； 令f0=af1 (II)
(111) 频率信号S(1(X(1)与参考信号s(Xl)在相位差为0时互相关运算结果最大，首先需要确 定0的值，
将式（V)和式（VI)代入式（IV)，得到：
N已知，0取何值时，sin(2aNJi+ 0)-sin0取最大值， 令：
得： 0 +2aNJr+ 0 = 2kJr (IX) 或9 +2aN it=2k it+0 其中，9 +2aN it=2k it+0无效； 得： 0 =k3i-aN3T(X) 9 =kit-aNit时，|(sin (2aNit+0)-sin9 ) | =2sin (aNit) (XI) 边界处0 = 〇，|(sin (2aN Ji + 0)-sin9)|=sin (2aN it) <2sin (aN it) (xn) 因此，在相位差为0 =kJi-aNJi时，S(I(X(I)与s(Xl)互相关运算结果最大；
将式（III)和式（XIII)带入式（I)，得到
将求v的最大值，由此可知，N越大，aN越接近整数，这个值越大，因此， N=k/a= ，其中，k为正整数，且k<NO,fQ=af
【专利摘要】本发明涉及一种FSK解调的软件实现方法，发明的关键是与待调制FSK信号进行互相关运算的参考信号的选取，其中包括参考信号的频率和参考信号的周期长度，计算载波频率f0与载波频率f1区分度最高时参考信号s(x1)的周期长度N的值，通过发明所述方法可以根据情况选取合适的参考信号以使FSK解调具有更高的准确性，这种解调方法是基于软件的实现，在信噪比很低的情况下有良好的效果。
【IPC分类】H04L27-14
【公开号】CN104580047
【申请号】CN201510032894
【发明人】王洪君, 蔡楠楠, 马良, 于光玉, 孙健琳
【申请人】山东大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月22日