MSK信号解调方法、终端设备及存储介质与流程

本发明属于数字信号处理，尤其涉及一种基于开环与闭环相结合的msk信号解调方法、终端设备及存储介质。

背景技术：

1、msk(minimum frequency shift keying，最小频移键控)是一种常见的恒包络数字调制技术，是一种特殊的cpfsk调制类型，其两个调制频率为最小正交频率，调频指数为0.5，每个符号周期内包含有1/4个载波周期，有π/2的相位变化量。相较于其他的psk调制，其频谱密度更为集中，旁瓣衰减更快。msk在通信技术中有较多的应用，尤其是军用通信系统。例如arcars信号、gsm信号、卫星导航等。要想获取msk所携带的信息，则必须要通过解调，msk的解调技术是解析msk信号的重要技术。

2、现有的解调技术一般分为开环解调技术和闭环解调技术。开环解调的解调速度快，大部分不能考虑到频率偏移带来的影响；而闭环解调方式采用逐点进行解调，并反馈误差，其解调速度慢，且gardener定时捕获定时误差时间相对较长，对于需要提取头部信息的盲解调方式，则会出现较大概率误码。

3、张辉等提出“一种改进的msk信号解调算法”，该算法在传统利用dft变换实现msk解调算法的基础上引入了goertzel时频变换算法，利用msk两个频率分量短时傅里叶变换提取基带波形并完成解调，该算法对载波频偏和相移不敏感，与传统解调方式相比能获得更优解调性能，但是该算法没有对定时进行分析，如果定时误差较大，将会引入较大误差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种msk信号解调方法、终端设备及存储介质，以解决闭环解调捕获时间长、开环解调无法跟踪误差的问题。

2、本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种msk信号解调方法，所述解调方法包括以下步骤：

3、步骤1：获取msk基带信号，对所述msk基带信号进行分段，使分段得到的每个msk分段信号的频偏在对应时间段内基本保持不变；

4、步骤2：计算出第1个msk分段信号的二倍频，并计算出msk调制的频偏和符号速率；

5、步骤3：根据所述步骤2计算出的频偏，对所述msk分段信号进行数字下变频，得到第一信号；

6、步骤4：对所述第一信号进行重采样，得到第二信号；其中，重采样的采样率为所述符号速率的整数倍；

7、步骤5：对所述第二信号进行平滑滤波，得到第三信号；

8、步骤6：对所述第三信号进行定时估计和相偏估计，得到定时估计结果和相偏估计结果；

9、步骤7：根据所述相偏估计结果对所述第三信号进行相位补偿，得到第四信号；

10、步骤8：根据所述定时估计结果对所述第四信号进行定时延迟补偿，得到第五信号；

11、步骤9：从所述第五信号中抽取采样点形成星座图，根据所述星座图进行符号判决；

12、步骤10：判断所述msk分段信号是否为最后一个msk分段信号，若是，完成信号解调；否则根据当前msk分段信号解调过程中得到的参数对下一个msk分段信号进行补偿，并转入所述步骤2或步骤3。

13、进一步地，所述步骤2中，所述msk分段信号的二倍频计算公式为：

14、

15、其中，表示第i个msk分段信号，表示第i个msk分段信号的二倍频；a表示第i个msk分段信号的幅度；ωc表示第i个msk分段信号的数字角频率；fb表示第i个msk分段信号的码元速率；ak表示离散符号，ak＝-1或1；t表示离散时刻，t＝nts，n表示采样点序号，ts表示采样周期。

16、进一步地，所述步骤2中，所述频偏的具体计算过程包括：

17、对所述msk分段信号的二倍频进行快速傅里叶变换，得到频率峰值

18、根据所述频率峰值在频率分辨率范围内通过czt变换得到精确的频点

19、根据所述频点fc1、fc2计算出所述频偏，具体公式为：

20、

21、其中，fc表示频偏；

22、所述符号速率的计算公式为：rs＝|fc1-fc2|，其中，rs表示符号速率。

23、进一步地，所述步骤3中，对所述msk分段信号进行数字下变频的具体公式为：

24、

25、其中，s1(t)表示第一信号，表示第i个msk分段信号，fc表示频偏。

26、进一步地，所述步骤4中，采用farrow插值滤波器对所述第一信号进行重采样，所述重采样的采样率为：

27、fs0＝nsamprs，

28、其中，fs0表示重采样的采样率，nsamp表示过采样倍数，round()表示取整函数，fs表示msk基带信号的采样率，rs表示符号速率。

29、进一步地，所述步骤5中，采用半正弦滤波器对所述第二信号进行平滑滤波，得到第三信号；所述第三信号的具体公式为：

30、s3(t)＝h(t)*s2(t)；

31、

32、其中，s3(t)表示第三信号，h(t)表示半正弦滤波器，s2(t)表示第二信号，rs表示符号速率。

33、进一步地，所述步骤6中，对所述第三信号进行定时估计和相偏估计具体包括：

34、步骤6.1：确定msk调制的补偿相位差取值范围；

35、步骤6.2：根据所述补偿相位差取值范围中的一个补偿相位差对所述第三信号进行相位补偿；

36、步骤6.3：对相位补偿后的信号进行平方运算，并取平方运算后的信号的实部；

37、步骤6.4：对所述实部进行定时估计，得到所述实部在符号速率对应频点的离散傅里叶变换结果，并根据所述离散傅里叶变换结果计算出对应的时延；

38、步骤6.5：遍历所述补偿相位差取值范围，并重复所述步骤6.2～6.4，得到不同补偿相位差下的离散傅里叶变换结果和时延；

39、步骤6.6：计算出不同补偿相位差下的离散傅里叶变换结果的模值，取最大模值所对应的补偿相位差作为相偏估计结果，取最大模值所对应的时延作为定时估计结果。

40、进一步地，所述步骤6.5中，所述时延的计算公式为：

41、

42、

43、其中，τk表示第k个补偿相位差φk下的时延；vk表示第k个补偿相位差φk下的离散傅里叶变换结果；s′kr(t)表示信号的实部；t表示离散时刻，t＝nts，n表示采样点序号，ts表示采样周期，n表示采样点数量，nsamp表示过采样倍数。

44、进一步地，所述步骤9中，从所述第五信号中抽取采样点形成星座图，具体包括：

45、从所述第五信号的起点开始，每间隔nsamp个采样点抽取一个采样点，形成星座图；其中，nsamp表示过采样倍数。

46、进一步地，所述步骤10中，下一个msk分段信号所对应的频偏的获取方式包括两种：

47、第一种为：根据补偿后的下一个msk分段信号的二倍频计算得到；

48、第二种为：设计环路滤波器，利用环路滤波器对当前msk分段信号所对应的频偏进行跟踪，得到该下一个msk分段信号所对应的频偏。

49、基于同一构思，本发明还提供了一种终端设备，所述终端设备包括：

50、存储器，用于存储计算机程序；

51、处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上所述的msk信号解调方法。

52、基于同一构思，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的msk信号解调方法。

53、有益效果

54、与现有技术相比，本发明的优点在于：

55、本发明采用分段的开环与闭环相结合的方式进行msk信号解调，先将msk基带信号进行分段，对每个msk分段信号按照开环解调方式进行解调，利用当前msk分段信号的参数对下一个msk分段信号进行补偿、校正，既可以解决闭环解调捕获时间长的问题，又可以解决开环解调无法跟踪误差的问题。

56、相对于传统的msk解调技术，本发明可以适应更低信噪比的msk信号解调；相对于传统闭环msk解调，开环定时功能更加灵活方便，可以降低捕获时间；相较于逐点跟踪解调的gardener+costas环，本发明可以逐段进行解调，且分段信号之间可以通过costas进行跟踪解调，提升了解调效率，具有更优的解调效果。