一種基于數(shù)字信號(hào)處理的2fsk非相干差分解調(diào)方式

一種基于數(shù)字信號(hào)處理的2fsk非相干差分解調(diào)方式

多路國(guó)家調(diào)制電力源波通信系統(tǒng)的遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸質(zhì)量直接關(guān)系到能源系統(tǒng)、電網(wǎng)和相關(guān)自動(dòng)化技術(shù)的安全穩(wěn)定和運(yùn)營(yíng)。由于載波通道上存在的干擾較大、通道波動(dòng)嚴(yán)重,在遠(yuǎn)動(dòng)傳輸速率不太高的情況下,一般采用具有較強(qiáng)抗干擾能力和抗衰落能力的數(shù)字調(diào)制方式——二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)調(diào)制來(lái)傳輸信息。本文首先討論了2FSK連續(xù)相位數(shù)字調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方法,然后,介紹了一種基于數(shù)字信號(hào)處理的2FSK非相干差分?jǐn)?shù)字解調(diào)方式。1二進(jìn)制頻移源控制2fsk信號(hào)調(diào)整器1.1fsk信號(hào)波形圖數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控(FrequencyShift-keying,FSK),是用載波的頻率來(lái)傳送數(shù)字消息。由于FSK系統(tǒng)受幅度非線性的影響小,且容易用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),所以FSK在中低速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(如電力載波通信系統(tǒng))中得到了廣泛地應(yīng)用。二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)信號(hào)中只有1和0,可用兩個(gè)不同的載波頻率來(lái)分別表示數(shù)字信號(hào)“1”和“0”。圖1所示為連續(xù)相位的二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)信號(hào)波形圖。由圖1可以看出二進(jìn)制頻移鍵控實(shí)信號(hào)具有如下形式:1.2fsk調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)中n的確定通常,電力載波通信中的遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)傳輸速率rb為300bit/s、600bit/s、1200bit/s和2400bit/s等,為了便于信號(hào)處理,通常取采樣速率fs為rb的整數(shù)倍,因此可在2FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)中選取fs=9600Hz。其中,d(n)為輸入數(shù)據(jù)。假設(shè)二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)信號(hào)的初始相位為0,則可以得到二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)信號(hào)為:通常,取f1、f2為10的整倍數(shù),則采用查表法生成s(n)信號(hào),余弦信號(hào)表格長(zhǎng)度為960,相位變化步長(zhǎng)為f1/10或f2/10。將數(shù)字信號(hào)s(n)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A),輸出二進(jìn)制頻移鍵控模擬信號(hào):2移動(dòng)設(shè)備并網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)數(shù)字視頻移鍵控信號(hào)的解調(diào)方式二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)。其中,相干解調(diào)的抗干擾能力優(yōu)于非相干解調(diào),但相干解調(diào)需要在接收端進(jìn)行載波同步,因此實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜。相對(duì)于相干解調(diào),非相干解調(diào)方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,無(wú)需恢復(fù)出同步的載波,因此二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的解調(diào)一般都采用非相干解調(diào)。然而,當(dāng)輸入信號(hào)的信噪比很大時(shí),兩種解調(diào)方式的差別不很明顯。一般而言,大信噪比時(shí)常采用包絡(luò)檢測(cè)法,小信噪比時(shí)可采用相干解調(diào)法。非相干解調(diào)有包絡(luò)檢測(cè)法、鑒頻法、過(guò)零檢測(cè)法、差分檢測(cè)法等。在利用數(shù)字信號(hào)處理器(DSPs)很容易地實(shí)現(xiàn)地?cái)?shù)字信號(hào)的整數(shù)倍延遲的同時(shí),可用一個(gè)單零點(diǎn)的有限沖激響應(yīng)濾波器(FIR)來(lái)實(shí)現(xiàn)小數(shù)倍的延遲,其整體的解調(diào)性能完全取決于π/2的相位延遲精度。文獻(xiàn)中介紹了一種濾波器系數(shù)的精確獲取方法,但該方法需要一個(gè)繁瑣的等式推導(dǎo)以及計(jì)算過(guò)程,實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常復(fù)雜。下面,本文介紹一種新的實(shí)現(xiàn)方法,可以比較簡(jiǎn)單的計(jì)算出FIR濾波器的系數(shù)。2.1接收端信號(hào)的轉(zhuǎn)換如圖3所示為二進(jìn)制頻移鍵控(FSK)信號(hào)的非相干差分?jǐn)?shù)字解調(diào)原理圖。接收端的輸入信號(hào)s(t)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)變成數(shù)字信號(hào)s(n),s(n)經(jīng)過(guò)帶通數(shù)字濾波器h1(n)濾除帶外的無(wú)用信號(hào)成分。下面介紹單零點(diǎn)FIR濾波器hD(n)的設(shè)計(jì)。3組合網(wǎng)絡(luò)時(shí)分復(fù)用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行時(shí)信解調(diào)二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)信號(hào)的數(shù)字調(diào)制與非相干差分?jǐn)?shù)字解調(diào)利用高速DSP(數(shù)字信號(hào)處理)、多通道音頻編解碼器(CODEC)、RS232接口轉(zhuǎn)換器、微控制器(MCU)等來(lái)實(shí)現(xiàn)(如圖4所示)。由數(shù)據(jù)終端輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)(“1”或“0”)經(jīng)RS232接口轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后送到DSP,DSP進(jìn)行相位累加并生成二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)信號(hào),然后通過(guò)多通道音頻編解碼器(CODEC)的D/A輸出二進(jìn)制頻移鍵控的帶通模擬信號(hào)。接收到的二進(jìn)制頻移鍵控帶通模擬信號(hào)經(jīng)多通道音頻編解碼器(CODEC)的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并送到DSP,DSP進(jìn)行帶通濾波后,進(jìn)行非相干解調(diào)恢復(fù)出原始信號(hào)。PC機(jī)通過(guò)微控制器(MCU)二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的中心頻率、頻偏、傳輸速率、同反相、異同步以及發(fā)送電平等調(diào)制與解調(diào)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,以滿足各種傳輸協(xié)議的要求。當(dāng)選用4通道音頻編解碼器(CODEC)時(shí),用一塊DSP可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)4路不同協(xié)議的二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)。圖5是以抽樣頻率fs=9.6kHz、數(shù)據(jù)速率rb=300Bd為例的二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)調(diào)制與解調(diào)信號(hào)波形圖。采用該方案?jìng)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)速率最高為1200Bd,如要使數(shù)據(jù)傳輸速率更高,可適當(dāng)提高抽樣頻率fs。4基于數(shù)字信號(hào)的非相干差分解調(diào)二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)是數(shù)字通信中常用的一種調(diào)制方式,其調(diào)制與解調(diào)的方法有很多種。采用數(shù)字信號(hào)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的數(shù)字調(diào)制與非相干數(shù)字解調(diào),大大地降低了硬件電路的復(fù)雜程度,提高了系統(tǒng)的靈活性,能夠滿足二進(jìn)制頻移鍵控各種傳輸協(xié)議的要求。本文作者創(chuàng)新點(diǎn):作者提出了一種基于數(shù)字信號(hào)處理(DSP)時(shí),相位連續(xù)2FSK信號(hào)的非相干差分解調(diào)方法——單