最小频移键控信号的调制解调方法及专用的复解析带通滤波器设计方法技术

本发明专利技术涉及一种最小频移键控信号的调制解调方法及专用的复解析带通滤波器设计方法，采用复解析带通滤波的方法来实现最小频移键控信号的调制与解调，对于中心频率不同的最小频移键控信号不需要设计种类繁多的带通滤波器，对于传输带宽相同的最小频移键控信号只需要设计一种低通滤波器，然后由处理器计算出中心频率为载波频率的复解析带通滤波器，大大的降低了信号处理算法的复杂程度，实现了相同传输速率的滤波器的共享。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种最小频移键控信号调制解调方法及专用的复解析带通滤波器设计方法。
技术介绍
(1)传统的最小频移键控(MSK)信号的调制与解调通常应用实信号处理来实现，由于最小频移键控信号是带通信号，对于相同的数据传输速率，虽然最小频移键控信号传输带宽相同，但由于最小频移键控信号的中心频率不同，需要设计不同的带通滤波器(BPF)，无法实现滤波器的共享，因而实现起来比较繁琐。 (2)由于最小频移键控信号有下列特点 ①已调信号的振幅是恒定的；②信号的频率频移严格等于±rb/4(rb为数据传输速率)；③以载波相位为基准的信号相位在一个码元周期内准确地线性变化为±π/2；④在一个码元周期内，信号应包括四分之一载波周期的整数倍；⑤在码元转换时刻，信号的相位是连续的。 要满足以上5个特点，一般最小频移键控调制信号由差分编码、串/并变换、正交函数加权、正交载波调制、叠加以及带通滤波6个处理过程来完成。 (3)传统的最小频移键控信号的数字解调可以用相干解调、非相干解调以及差分解调。相干解调的抗干扰性能略优于其他形式的解调，但由于相干解调需要在接收端进行载波提取及同步、差分解码、并串变换，实现起来比较复杂。非相干解调方式实现简单，无需恢复出同步的载波，其解调方式有包络检测法、鉴频法、过零检测法和差分解调法，但这些解调方法在采用DSP(数字信号处理)实现时，其算法非常复杂，实现过程非常繁琐，无法满足最小频移键控信号各种传输协议的要求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的任务是提供一种采用复解析带通滤波处理的方法实现最小频移键控信号的调制与解调，降低信号处理算法的复杂程度，以提高系统的灵活性，能够满足最小频移键控信号各种传输协议的要求。 为实现上述任务，本专利技术的技术方案是采用了一种复解析带通滤波法实现最小频移键控信号的调制，该方法包括步骤如下 ①抽样速率fs的选择 数据传输速率一般为300bit/s、600bit/s、1200bit/s、2400bit/s、4800bit/s、9600bit/s、19200bit/s等。为了便于信号处理，取抽样速率为数据传输速率的整数倍，因此在最小频移键控信号调制与解调系统中，如果数据传输速率不超过1200bit/s，选取抽样速率为9.600kHz，即抽样速率分别为传输速率300bit/s、600bit/s、1200bit/s的32倍、16倍、8倍。当传输速率大于1200bit/s时，考虑数字信号处理器的运算能力，一般取抽样速率为传输速率的8倍。 ②调制方法 将最小频移键控信号的初始相位设定为0，对传输的数据进行抽样，每次抽样时相位变化的步长与传输的数据的关系为，如果传输的数据为“0”，相位变化的步长为最小频移键控信号的载波频率与传输速率的四分之一之和除以抽样速率再乘以2π；如果传输的数据为“1”，相位变化的步长为最小频移键控信号的载波频率与传输速率的四分之一之差除以抽样速率再乘以2π。传输的最小频移键控信号现在的相位值等于原来的相位值与相位变化的步长之和，然后根据现在的相位值产生复正弦信号的幅度值，可以得到最小频移键控的复带通信号。将实系数FIR低通滤波器乘以复载波信号得到中心频率为载波频率的复解析带通滤波器，由中心频率为载波频率的复解析带通滤波器对最小频移键控复带通信号进行复解析带通滤波，抑制带外频谱成分，取复带通信号的实部，经过D/A转换即可得到所要传输的最小频移键控模拟实带通信号，完成整个调制处理过程。 与上述最小频移键控信号的调制方法对应，本专利技术的最小频移键控信号的解调方法如下 接收到的二进制频移键控模拟实带通信号经过A/D变为数字实信号，由中心频率为载波频率的复解析带通滤波器对接收到的数字实信号进行复解析带通滤波，滤除带外无用信号频率成分，信号由原来的实带通信号变成复带通信号；将此复带通信号进行延迟，延迟的抽样点数为抽样速率除以传输速率的两倍，将延迟后的复带通信号的共轭、延迟前的复带通信号、与载波频率相关的相移因子进行复数相乘，取相乘所得到的积的虚部，如果虚部的值大于零，则输出数据“0”，如果虚部的值小于零，则输出数据“1”，从而完成整个差分解调过程。 为了对最小频移键控实现复解析带通滤波，必须设计复解析带通滤波器，本专利技术提供了复解析带通滤波器的设计，该设计方法如下 首先对于不同的传输速率，设计与最小频移键控信号载波频率无关的实系数FIR低通滤波器，将滤波器的系数存储到处理器的程序存储器中；在处理器执行最小频移键控信号的调制解调处理程序之前，处理器根据不同的传输速率选择程序存储器中相应的低通滤波器，由处理器计算低通滤波器与复载波信号的乘积，得到中心频率为载波频率的复解析带通滤波器，将复解析带通滤波器的系数存储到处理器的程序存储器中，这样就完成了复解析带通滤波器的设计，实现了相同传输速率的滤波器的共享。该方法中采用的处理器为数字信号处理器。 采用复解析带通滤波的方法来实现最小频移键控(MSK)信号的调制与解调，对于中心频率不同的最小频移键控信号不需要设计种类繁多的带通滤波器，对于传输带宽相同的最小频移键控信号只需要设计一种低通滤波器，然后由处理器计算出中心频率为载波频率的复解析带通滤波器，这样大大的降低了信号处理算法的复杂程度，实现了相同传输速率的滤波器的共享。 附图说明 图1本专利技术的最小频移键控(MSK)调制的复信号处理原理框图； 图2本专利技术的最小频移键控(MSK)差分解调的复信号处理原理框图； 图3本专利技术的最小频移键控(2FSK)调制与解调硬件方框图； 图4fs＝9.6kHz，rb＝600b/s，fc＝1200Hz的MSK信号波形图。 具体实施例方式 1.采用DSP与复信号处理实现最小频移键控(MSK)信号的方法 1.1最小频移键控(MSK)信号 最小频移键控(MSK)信号的表达式可写成 s(t)＝cos[2πfct+θ(t)](1) 其中 kTb≤t≤(k+1)Tb(2) 式中fc为载波频率；Tb为码元宽度；ak与第k个输入码元有关，其取值±1； 是第k个输入码元中的相位常数，在时间kTb≤t≤(k+1)Tb中保持不变。如果设二进制最小频移键控(MSK)信号的传输速率为rb，频偏为fΔ，发送数据“0”码时信号频率为f2，ak＝1；发送数据“1”码时信号频率为f1，ak＝-1；则 rb＝1/Tb (3) 二进制频移键控的两个信号波形的相关系数为 由于最小频移键控是一种正交调制，其信号波形相关系数为0，而等号后面的第一项等于0，因此第二项也必须等于0，即 k＝1，2，3，…(8) 相位常数 的选择应保证信号相位在码元转换时刻是相位连续的。 从以上的讨论可知，MSK信号必须有下列特点 ①已调信号的振幅是恒定的；②信号的频率频移严格等于±rb/4；③以载波相位为基准的信号相位在一个码元周期内准确地线性变化为±π/2；④在一个码元周期内，信号应包括四分之一载波周期的整数倍；⑤在码元转换时刻，信号的相位是连续的。 一般MSK调制信号由差分编码、串/并变换、正交函数加权、正交载波调制、叠加以及带通滤波来完成，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种最小频移键控信号的调制方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：（１）数据传输速率不大于超过１２００ｂｉｔ／ｓ，取抽样速率为９．６００ｋＨｚ；传输速率大于１２００ｂｉｔ／ｓ时，取抽样速率为传输速率的８倍；（２）将最小频移键控信号的初始相位设定为０，对传输的数据进行抽样，每次抽样时相位变化的步长与传输的数据的关系如下：如果传输的数据为“０”，相位变化的步长为最小频移键控信号的载波频率与传输速率的四分之一之和除以抽样速率再乘以２π；如果传输的数据为“１”，相位变化的步长为最小频移键控信号的载波频率与传输速率的四分之一之差除以抽样速率再乘以２π；（３）传输的最小频移键控信号现在的相位值等于原来的相位值与相位变化的步长之和；（４）然后根据现在的相位值得到复正弦信号的幅度值，进而得到最小频移键控的复带通信号；（５）将实系数ＦＩＲ低通滤波器乘以复载波信号得到中心频率为载波频率的复解析带通滤波器，由中心频率为载波频率的复解析带通滤波器对最小频移键控复带通信号进行复解析带通滤波，抑制带外频谱成分；（６）取复带通信号的实部，经过Ｄ／Ａ转换即可得到所要传输的最小频移键控模拟实带通信号，完成整个调制处理过程。...

【技术特征摘要】
1.一种最小频移键控信号的调制方法，其特征在于，该方法包括步骤如下(1)数据传输速率不大于超过1200bit/s，取抽样速率为9.600kHz；传输速率大于1200bit/s时，取抽样速率为传输速率的8倍；(2)将最小频移键控信号的初始相位设定为0，对传输的数据进行抽样，每次抽样时相位变化的步长与传输的数据的关系如下如果传输的数据为“0”，相位变化的步长为最小频移键控信号的载波频率与传输速率的四分之一之和除以抽样速率再乘以2π；如果传输的数据为“1”，相位变化的步长为最小频移键控信号的载波频率与传输速率的四分之一之差除以抽样速率再乘以2π；(3)传输的最小频移键控信号现在的相位值等于原来的相位值与相位变化的步长之和；(4)然后根据现在的相位值得到复正弦信号的幅度值，进而得到最小频移键控的复带通信号；(5)将实系数FIR低通滤波器乘以复载波信号得到中心频率为载波频率的复解析带通滤波器，由中心频率为载波频率的复解析带通滤波器对最小频移键控复带通信号进行复解析带通滤波，抑制带外频谱成分；(6)取复带通信号的实部，经过D/A转换即可得到所要传输的最小频移键控模拟实带通信号，完成整个调制处理过程。2.如权利要求1所述的最小频移键控信号的调制方法，其特征在于，步骤(5)所述的中心频率为载波频率的复解析带通滤波器的设计方法如下(1)首先对于不同的传输速率，设计与最小频移键控信号载波频率无关的实系数FIR低通滤波器，将滤波器的系数存储到处理器的程序存储器中；(2)在处理器执行最小频移键控信号的调制解调处理程序之前，处理器根据不同的传输速率选择程序存储器中相应的低通滤波器，由处理器计算低通滤波器与复载波信号的乘积，得到中心频率为载波频率的复解析带通滤波器；(3)将复解析带通滤波器的系数存储到处理器的程序存储器中，这样就完成了复解析带通滤波器的设计。3.如权利要求2所述的最小频移键控信号的调制方法，其特征在于，该方法中采用的处理器为数字信号处理器。4.一种最小频移键控信号的解调方法，其特征在于，该方法包括步骤如下(1)接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奎甫，程菊明，张向群，张江维，孟雷，孟耀伟，李慧娜，郭超峰，张志立，张德喜，李俊强，司文建，李娟，
申请(专利权)人：王奎甫，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]