一种基于数字信号处理的2fsk非相干差分解调方式

一种基于数字信号处理的2fsk非相干差分解调方式

多路国家调制电力源波通信系统的远程信号传输质量直接关系到能源系统、电网和相关自动化技术的安全稳定和运营。由于载波通道上存在的干扰较大、通道波动严重,在远动传输速率不太高的情况下,一般采用具有较强抗干扰能力和抗衰落能力的数字调制方式——二进制频移键控(2FSK)调制来传输信息。本文首先讨论了2FSK连续相位数字调制的实现方法,然后,介绍了一种基于数字信号处理的2FSK非相干差分数字解调方式。1二进制频移源控制2fsk信号调整器1.1fsk信号波形图数字频率调制又称频移键控(FrequencyShift-keying,FSK),是用载波的频率来传送数字消息。由于FSK系统受幅度非线性的影响小,且容易用软件来实现,所以FSK在中低速数据通信系统(如电力载波通信系统)中得到了广泛地应用。二进制频移键控(2FSK)信号中只有1和0,可用两个不同的载波频率来分别表示数字信号“1”和“0”。图1所示为连续相位的二进制频移键控(2FSK)信号波形图。由图1可以看出二进制频移键控实信号具有如下形式:1.2fsk调制与解调系统中n的确定通常,电力载波通信中的远动信号传输速率rb为300bit/s、600bit/s、1200bit/s和2400bit/s等,为了便于信号处理,通常取采样速率fs为rb的整数倍,因此可在2FSK调制与解调系统中选取fs=9600Hz。其中,d(n)为输入数据。假设二进制频移键控(2FSK)信号的初始相位为0,则可以得到二进制频移键控(2FSK)信号为:通常,取f1、f2为10的整倍数,则采用查表法生成s(n)信号,余弦信号表格长度为960,相位变化步长为f1/10或f2/10。将数字信号s(n)进行数模转换(D/A),输出二进制频移键控模拟信号:2移动设备并网并网时数字视频移键控信号的解调方式二进制频移键控信号的解调分为相干解调和非相干解调。其中,相干解调的抗干扰能力优于非相干解调,但相干解调需要在接收端进行载波同步,因此实现起来比较复杂。相对于相干解调,非相干解调方式实现简单,无需恢复出同步的载波,因此二进制频移键控信号的解调一般都采用非相干解调。然而,当输入信号的信噪比很大时,两种解调方式的差别不很明显。一般而言,大信噪比时常采用包络检测法,小信噪比时可采用相干解调法。非相干解调有包络检测法、鉴频法、过零检测法、差分检测法等。在利用数字信号处理器(DSPs)很容易地实现地数字信号的整数倍延迟的同时,可用一个单零点的有限冲激响应滤波器(FIR)来实现小数倍的延迟,其整体的解调性能完全取决于π/2的相位延迟精度。文献中介绍了一种滤波器系数的精确获取方法,但该方法需要一个繁琐的等式推导以及计算过程,实现起来非常复杂。下面,本文介绍一种新的实现方法,可以比较简单的计算出FIR滤波器的系数。2.1接收端信号的转换如图3所示为二进制频移键控(FSK)信号的非相干差分数字解调原理图。接收端的输入信号s(t)经过模数转换(A/D)变成数字信号s(n),s(n)经过带通数字滤波器h1(n)滤除带外的无用信号成分。下面介绍单零点FIR滤波器hD(n)的设计。3组合网络时分复用数字信号进行时信解调二进制频移键控(2FSK)信号的数字调制与非相干差分数字解调利用高速DSP(数字信号处理)、多通道音频编解码器(CODEC)、RS232接口转换器、微控制器(MCU)等来实现(如图4所示)。由数据终端输出的数据信号(“1”或“0”)经RS232接口转换器进行电平转换后送到DSP,DSP进行相位累加并生成二进制频移键控(2FSK)信号,然后通过多通道音频编解码器(CODEC)的D/A输出二进制频移键控的带通模拟信号。接收到的二进制频移键控带通模拟信号经多通道音频编解码器(CODEC)的A/D转换成数字信号并送到DSP,DSP进行带通滤波后,进行非相干解调恢复出原始信号。PC机通过微控制器(MCU)二进制频移键控信号的中心频率、频偏、传输速率、同反相、异同步以及发送电平等调制与解调参数进行设置,以满足各种传输协议的要求。当选用4通道音频编解码器(CODEC)时,用一块DSP可以同时实现4路不同协议的二进制频移键控信号的调制与解调。图5是以抽样频率fs=9.6kHz、数据速率rb=300Bd为例的二进制频移键控信号调制与解调信号波形图。采用该方案传输的数据速率最高为1200Bd,如要使数据传输速率更高,可适当提高抽样频率fs。4基于数字信号的非相干差分解调二进制频移键控(2FSK)是数字通信中常用的一种调制方式,其调制与解调的方法有很多种。采用数字信号处理来实现二进制频移键控信号的数字调制与非相干数字解调,大大地降低了硬件电路的复杂程度,提高了系统的灵活性,能够满足二进制频移键控各种传输协议的要求。本文作者创新点:作者提出了一种基于数字信号处理(DSP)时,相位连续2FSK信号的非相干差分解调方法——单