CN113242200B - 基于4fsk信号软解调的动态计算最优判决门限的方法 - Google Patents

基于4fsk信号软解调的动态计算最优判决门限的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113242200B
CN113242200B CN202110489770.7A CN202110489770A CN113242200B CN 113242200 B CN113242200 B CN 113242200B CN 202110489770 A CN202110489770 A CN 202110489770A CN 113242200 B CN113242200 B CN 113242200B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optimal
signal
interpolation
gate
calculating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110489770.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113242200A (zh
Inventor
钟新毅
韩兵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Huari Communication Technology Co ltd
Original Assignee
Chengdu Huari Communication Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Huari Communication Technology Co ltd filed Critical Chengdu Huari Communication Technology Co ltd
Priority to CN202110489770.7A priority Critical patent/CN113242200B/zh
Publication of CN113242200A publication Critical patent/CN113242200A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113242200B publication Critical patent/CN113242200B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/0016—Arrangements for synchronising receiver with transmitter correction of synchronization errors
    • H04L7/002—Arrangements for synchronising receiver with transmitter correction of synchronization errors correction by interpolation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/0079—Receiver details
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/0079—Receiver details
    • H04L7/0087—Preprocessing of received signal for synchronisation, e.g. by code conversion, pulse generation or edge detection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了基于4FSK信号软解调的动态计算最优判决门限的方法，包括：对接收的I、Q数据计算瞬时频率；将瞬时频率传送至低通滤波器；基于Gardner环定时同步，计算最佳采样点和最佳采样值x；对最佳采样值x归一化处理后求概率分布，从采样值的4峰值中选择low_gate、up_gate，并和0一起作为判决门限，对采样值进行判决输出对应的比特流。本发明利用无线监测设备采集的4FSK信号的I、Q基带数据，采用非相干解调，通过动态计算最优判决门限，可以使得输出的比特流的误比特率最低。

Description

基于4FSK信号软解调的动态计算最优判决门限的方法
技术领域
本发明涉及无线电监测技术领域，具体的说，是一种基于4FSK信号软解调的动态计算最优判决门限的方法。
背景技术
4FSK信号在基带传输***中，由于接收信号的电平平稳，抽样判决时采用的判决门限是固定门限方法。而在无线电监测领域，无线监测机接收到的4FSK信号电平有起伏，若直接固定判决门限，将会引起较大的误码。所以在无线电监测领域，一般都采用动态调整判决门限的方法对4FSK信号进行判决，输出相应的比特流。在4FSK信号软解调中，常用的方法为：根据归一化后的采样值，将采样值进行从小到大进行排序，分别计算最小的一段数据的均值mean_min，和最大的一段数据的均值mean_max。4FSK信号的判决门限有3个，分别记为low_gate，up_gate和0。难点在于确定low_gate和up_gate的值，不同的算法有不同计算方法，效果也不相同。其中：
delta＝mean_max-mean_min
low_gate＝mean_min+delta/4
up_gate＝mean_max-delta/4
这种计算方法，当信道是加性高斯白噪声情况下，可以得到最优的门限。但是在实际的无线信道中，存在多径、衰落等各种复杂的情况，且信道不是加性高斯白噪声情况，输出的比特流的误比特率较高，性能会有损失。
发明内容
本发明的目的在于提供基于4FSK信号软解调的动态计算最优判决门限的方法，用于解决信道不是加性高斯白噪声情况下传统的计算最优判决门限的方法输出的比特流的误比特率较高的问题。
本发明通过下述技术方案解决上述问题：
基于4FSK信号软解调的动态计算最优判决门限的方法，包括：
步骤S1：对接收的I、Q数据计算瞬时频率；
步骤S2：将瞬时频率传送至低通滤波器；
步骤S3：基于Gardner环定时同步，计算最佳采样点和最佳采样值；
步骤S4：对最佳采样值进行归一化处理后得到采样值x，计算采样值的概率分布，将采样值的概率分布的4个峰值分别记作peak_1、peak_2、peak_3和peak_4，分别对应4FSK信号的4个输出电平；
4FSK信号的3个判决门限分别记为low_gate、up_gate和0，其中：
low_gate＝min[peak_1:peak_2]
up_gate＝min[peak_3:peak_4]
根据3个判决门限以及采样值x，输出对应的比特流：
若x≤low_gate，输出0；
若low_gate≤x＜0，输出1；
若0≤x＜up_gate，输出2；
若x＞up_gate，输出3。
所述步骤S1具体为：
步骤S11：信号s(n)的表达式如下：
Figure BDA0003051809770000021
其中，A0为信号幅度，g(n-m)为幅度为1、宽度为码元传输速率倒数的矩形脉冲门函数，ωc为载波频率，n为信号序号，m为采样时刻序号，Δω为载波角频率间隔，am为输入的码元，am＝0,1,2,3；
步骤S12：对信号s(n)进行正交分解，得到同相分量XI(n)和正交分量XQ(n)：
Figure BDA0003051809770000022
Figure BDA0003051809770000031
步骤S13：计算瞬时频率f(n)：
Figure BDA0003051809770000032
其中，φ'(n)为对相位φ(n)求导数。
所述步骤S3具体包括：
基于Gardner定时同步环路，采用独立的采样时钟源，通过内插滤波的定时恢复算法得到最佳采样点；其中内插滤波的定时恢复算法包括内插滤波器和内插滤波控制算法，内插滤波控制算法包括定时误差检测、环路滤波器和数控振荡器，用于向内插滤波器提供插值相位和插值输出时各个信号的权值；内插滤波器，用于根据输入的信号，通过插值算法获得最佳内插时刻的采样值信号，内插时刻由数控振荡器控制产生。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明利用无线监测设备采集的4FSK信号的I、Q基带数据，采用非相干解调，通过动态计算最优判决门限，可以使得输出的比特流的误比特率最低。
(2)本发明比传统的方法性能更优，信噪比大于28db时，误比特率优于1e-3。
(3)本发明计算得到的瞬时频率信号经过低通滤波后进行定时同步抽取，降低了采样率，减轻解调处理的计算负担。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
结合附图1所示，基于4FSK信号软解调的动态计算最优判决门限的方法，包括：
步骤S1：对接收的I、Q数据计算瞬时频率；具体包括：
步骤S11：信号s(n)的表达式如下：
Figure BDA0003051809770000041
其中，A0为信号幅度，g(n-m)为幅度为1，宽度为码元传输速率倒数的矩形脉冲门函数，ωc为载波频率，n为信号序号，m为采样时刻序号，Δω为载波角频率间隔，am为输入的码元，am＝0,1,2,3；
步骤S12：对信号s(n)进行正交分解，得到同相分量XI(n)和正交分量XQ(n)：
Figure BDA0003051809770000042
Figure BDA0003051809770000043
步骤S13：计算瞬时频率f(n)：
Figure BDA0003051809770000044
其中，φ'(n)为对相位φ(n)求导数。
步骤S2：将瞬时频率传送至低通滤波器；实现对瞬时频率信号低通滤波，同时降低采样率，减轻解调处理的计算负担；
步骤S3：基于Gardner环定时同步，计算最佳采样点和最佳采样值；
基于Gardner定时同步环路，采用独立的采样时钟源，通过内插滤波的定时恢复算法得到最佳采样点；其中内插滤波的定时恢复算法包括内插滤波器和内插滤波控制算法，内插滤波控制算法用于向内插滤波器提供插值相位和插值输出时各个信号的权值，包括定时误差检测、环路滤波器和数控振荡器，定时误差检测器检测本地时钟采样时刻与最佳采样时刻之间的相位差，检测出的相位差经环路滤波器滤波后，送数控振荡器产生下一个内插时刻；内插滤波器，用于根据输入的信号，通过插值算法获得最佳内插时刻的采样值信号。为实现正常解调，需要抽样值位于码元“中点”，即判决点和码元转换点。因此，我们只要知道定时相位误差，就可以计算出最佳判决点的采样值，从而实现码元同步。
步骤S4：对最佳采样值进行归一化处理(大小在-0.5至0.5之间)后得到采样值，计算采样值x的概率分布，
假设采样值y_sample的个数为N，将-0.5至0.5区间区分为M段，p(j)为采样值在1至M段中的个数。low_point＝-0.5。
Figure BDA0003051809770000051
得到采样值的概率分布p(j)。
4FSK信号的采样值的概率分布p(j)的有4个峰值，从-0.5至0.5，分别记作peak_1、peak_2、peak_3和peak_4，分别对应4FSK信号的4个输出电平；
4FSK信号的3个判决门限分别记为low_gate、up_gate和0，其中：
low_gate＝min[peak_1:peak_2]
up_gate＝min[peak_3:peak_4]
根据3个判决门限以及采样值x，输出对应的比特流：
若x≤low_gate，输出0；
若low_gate≤x＜0，输出1；
若0≤x＜up_gate，输出2；
若x＞up_gate，输出3。
输出的4FSK比特流，其误码率性能优于常用的4FSK软解调性能。如下表所示，信噪比大于28db时，误比特率优于1e-3。
Figure BDA0003051809770000061
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (3)

1.基于4FSK信号软解调的动态计算最优判决门限的方法，其特征在于，应用于不是加性高斯白噪声信道，方法包括：
步骤S1：对接收的I、Q数据计算瞬时频率；
步骤S2：将瞬时频率传送至低通滤波器；
步骤S3：基于Gardner环定时同步，计算最佳采样点和最佳采样值；
步骤S4：最优门限计算：
对最佳采样值进行归一化处理后得到采样值x，计算采样值的概率分布，将采样值的概率分布的4个峰值，从-0.5至0.5，分别记作peak_1、peak_2、peak_3和peak_4，分别对应4FSK信号的4个输出电平；
4FSK信号的3个判决门限分别记为low_gate、up_gate和0，其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE004
根据3个判决门限以及采样值x，输出对应的比特流：
若x≤low_gate，输出0；
若low_gate≤x＜0，输出1；
若0≤x＜up_gate，输出2；
若x＞up_gate，输出3。
2.根据权利要求1所述的基于4FSK信号软解调的动态计算最优判决门限的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
步骤S11：信号
Figure DEST_PATH_IMAGE006
的表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为信号幅度，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为幅度为1、宽度为码元传输速率倒数的矩形脉冲门函数，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为载波频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为信号序号，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为采样时刻序号，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为载波角频率间隔，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为输入的码元，
Figure 92800DEST_PATH_IMAGE022
=0,1,2,3；
步骤S12：对信号
Figure 744362DEST_PATH_IMAGE006
进行正交分解，得到同相分量
Figure DEST_PATH_IMAGE024
和正交分量
Figure DEST_PATH_IMAGE026
：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
Figure DEST_PATH_IMAGE030
步骤S13：计算瞬时频率
Figure DEST_PATH_IMAGE032
：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为对相位
Figure DEST_PATH_IMAGE038
求导数。
3.根据权利要求1所述的基于4FSK信号软解调的动态计算最优判决门限的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
基于Gardner定时同步环路，采用独立的采样时钟源，通过内插滤波的定时恢复算法得到最佳采样点；其中内插滤波的定时恢复算法包括内插滤波器和内插滤波控制算法，内插滤波控制算法包括定时误差检测、环路滤波器和数控振荡器，用于向内插滤波器提供插值相位和插值输出时各个信号的权值；内插滤波器，用于根据输入的信号，通过插值算法获得最佳内插时刻的采样值信号，内插时刻由数控振荡器控制产生。
CN202110489770.7A 2021-05-06 2021-05-06 基于4fsk信号软解调的动态计算最优判决门限的方法 Active CN113242200B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110489770.7A CN113242200B (zh) 2021-05-06 2021-05-06 基于4fsk信号软解调的动态计算最优判决门限的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110489770.7A CN113242200B (zh) 2021-05-06 2021-05-06 基于4fsk信号软解调的动态计算最优判决门限的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113242200A CN113242200A (zh) 2021-08-10
CN113242200B true CN113242200B (zh) 2022-06-21

Family

ID=77131938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110489770.7A Active CN113242200B (zh) 2021-05-06 2021-05-06 基于4fsk信号软解调的动态计算最优判决门限的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113242200B (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6317062B1 (en) * 2000-09-29 2001-11-13 Philsar Semiconductor, Inc. Method and apparatus for dynamically generating multiple level decision thresholds of an M-ary coded signal
CN100471189C (zh) * 2006-03-31 2009-03-18 电子科技大学 一种4fsk软解调方法
CN101515910A (zh) * 2009-03-30 2009-08-26 西安电子科技大学 Dmr物理层四电平调制解调器
CN103428131B (zh) * 2013-09-03 2016-08-17 天津七一二通信广播有限公司 一种用于dmr通信中直流分量和判决门限的计算方法
CN105119864B (zh) * 2015-07-10 2018-04-03 东南大学 一种对称的扩展二元相移键控调制和解调方法
CN110266625B (zh) * 2019-06-25 2022-01-04 西安空间无线电技术研究所 一种基于帧同步码隐含于信息码的qpsk调制的动态门限判决的解调方法及***

Also Published As

Publication number Publication date
CN113242200A (zh) 2021-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0723720B1 (en) Digital communications equipment using differential quaternary frequency shift keying
US7239675B2 (en) GFSK receiver
JPH08107429A (ja) 可変マルチスレショルド検出回路、および可変マルチスレショルドを用いてサンプリングされたベースバンド信号の複数個のビットを検出する方法
JPH114210A (ja) データ伝送装置
JP2634319B2 (ja) コヒーレント無線受信機の周波数制御方法及びその方法を実施する装置
JPH06268696A (ja) Ａｆｃ回路
US20050008101A1 (en) Computationally efficient demodulation for differential phase shift keying
CN111343116B (zh) 密集信号环境下基于星座轨迹图的调制识别方法
CN113728552A (zh) 无时钟恢复情况下的可变增益放大器与采样器偏移校准
US9893747B2 (en) Dynamic configuration of modulation and demodulation
US7477708B1 (en) Modes of operations in QAM modems
US8514987B2 (en) Compensation for data deviation caused by frequency offset using timing correlation value
US7532687B2 (en) Dual stage automatic gain control in an ultra wideband receiver
JP5213580B2 (ja) キャリアオフセットの検出回路および検出方法、情報通信機器
CN113242200B (zh) 基于4fsk信号软解调的动态计算最优判决门限的方法
US7289589B2 (en) Maximum likelihood bit synchronizer and data detector
JP3489493B2 (ja) シンボル同期装置および周波数ホッピング受信装置
JP3973332B2 (ja) ディジタル変復調の同期方式
Kramer Sigma Shift Keying (SSK) Synchronization of Data Modulated Noise Transmissions
Sciagura et al. An efficient and optimized FPGA feedback M-PSK symbol timing recovery architecture based on the Gardner timing error detector
US20040146124A1 (en) Algorithm for timing recovery in a fsk correlation receiver and fsk correlation receiver therewith
US10530905B1 (en) Frame delimiter detection
JP2002118542A (ja) 通信装置および通信方法
JP3518429B2 (ja) デジタルｐｌｌ装置およびシンボル同期装置
JP2001339374A (ja) ビット同期装置およびその方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant