CN100471189C - 一种4fsk软解调方法 - Google Patents

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Abstract

一种4FSK软解调方法，属于无线通信技术领域，特别适用于信道上干扰较严重的通信系统。将当前时刻获取的四个调制频点的能量值a、b、c、d作变换，令a′＝a+b，b′＝c+d，c′＝a+c，d′＝b+d；根据公式(b′-a′)/sqrt((a′)2+(b′)2)、(d′-c′)/sqrt((c′)2+(d′)2)或公式(b′-a′)/max(a′，b′)、(d′-c′)/max(c′，d′)分别计算4FSK软解调的高、低位输出值；然后进行多进制量化转换，最终获得当前时刻4FSK软解调的多进制量化输出值。本发明能与维特比软判决译码方式相适应，使得采用了这样的解调方式和译码方式的无线通信系统性能更加可靠。在高斯噪声信道下，采用的本发明的方法结合维特比译码技术的性能比传统解调结合维特比译码技术的性能高一个数量级以上。

Description

一种4FSK软解调方法
技术领域
一种4FSK软解调方法，属于无线通信技术领域，特别适用于信道上干扰较严重的通信系统。
背景技术
最基本的无线通信系统如图1所示，发送端包括编码部分和调制部分，接收端包括解调部分和译码部分。现在，有一种4FSK通信系统，如图2所示，发送端编码部分常使用卷积编码方式，相应的接收端译码部分使用的是维特比译码方式；发送端调制部分使用4FSK调制方式，相应的接收端解调部分使用4FSK解调方式。
4FSK是一种比较常见的调制解调方式，全称是四进制频移键控调制解调。其基本原理是，在发送端将经编码后的0、1码元每两个进行顺序分组，将得到总共四种码元分组结果---00、01、10、11；对不同的码元分组分别采用不同的发送频率进行调制，00码元组对应于载频f1，01码元组对应于载频f2，10码元组对应于载频f3，11码元组对应于载频f4。相对应的，在接收端接收下来的是与随时间变化的频谱；解调时，通过比较当前时刻四个可能信息频点(f1、f2、f3和f4)上能量的大小，找出其中能量最大的信息频点，在根据调制方案就可以知道当前的调制信息是00、01、10或是11，输出对应的码元即可。
现有的4FSK解调采用硬判决方式，可以称为硬解调方式，其基本技术方案要点正如上述4FSK解调基本原理一样，其输出的结果就是调制信息。4FSK硬解调存在着两个弊端：1、采用硬判决的方式，结果非此即彼，那么判决器的输出，不可避免的会产生误判，降低系统的可靠性；2、作为卷积编码的最佳译码算法—维特比译码，其软判决译码方式性能要优于硬判决译码方式，而4FSK硬解调方式又决定了后面的维特比译码算法只能采用硬判决译码，这样系统的可靠性又有相应的降低。
由于维特比的软判决译码方式性能要优于硬判决，因此为了适应实际的通信系统需要，设计出一种可以适用于维特比软判决的4FSK软解调方式是十分必要的。
发明内容
本发明提供一种4FSK软解调方法，它能与维特比软判决译码方式相适应，使得采用了这样的解调方式和译码方式的无线通信系统性能更加可靠。4FSK软解调的目的就是和维特比软判决结合起来，为维特比译码提供多进制量化整数，进行软判决译码。
本发明技术方案为：
一种4FSK软解调方法，其特征是，它分以下几个步骤：
步骤1接收信号，获取当前时刻四个调制频点的能量值。因为4FSK解调的输出是下列四种码元之一：00、01、10、11，故设当前时刻：00对应的调制频率为f1，且f1频点的能量为a；01对应的调制频率为f2，且f2频点的能量为b；10对应的调制频率为f3，且f3频点的能量为c；11对应的调制频率为f4，且f4频点的能量为d。
步骤2把调制信息的高低比特分开考虑，作如下转换。
第一个比特为‘0’：00 对应的能量，即a
                   01 对应的能量，即b
第一个比特为‘1’：10 对应的能量，即c
                   11 对应的能量，即d
第二个比特为‘0’：00 对应的能量，即a
                   10 对应的能量，即c
第二个比特为‘1’：01 对应的能量，即b
                   11 对应的能量，即d
令a′＝a+b，b′＝c+d，c′＝a+c，d′＝b+d。
步骤3计算4FSK软解调的高低位输出值。
计算：(b′-a′)/sqrt((a′)2+(b′)2)作为4FSK软解调的高位输出值，(d′-c′)/sqrt((c′)2+(d′)2)作为4FSK软解调的低位输出值；
或，
计算：(b′-a′)/max(a`，b`)作为4FSK软解调的高位输出值，(d′-c′)/max(c`，d`)作为4FSK软解调的低位输出值。
步骤4多进制量化转换。将步骤3所得的4FSK软解调的高、低位输出值进行转换，通过量化编码转换成多进制的量化整数，即得到当前时刻4FSK软解调的多进制量化输出值。
步骤5重复执行步骤1至步骤4，可得到下一时刻的4FSK软解调的多进制量化输出值；反复执行步骤1至步骤4，可得到所有时刻的4FSK软解调的多进制量化输出值。
需要说明的是，步骤3中的两种计算公式，在计算4FSK软解调的高、低位输出值时，都在解调的同时也对信号进行了自归一化，这样相当于对量化编码前的信号进行了压缩，以提高小信号的信噪比；且输出值是一个绝对值小于1的浮点数，通过步骤4量化编码转换成多进制的量化整数，就得到4FSK软解调的多进制量化输出值。该多进制量化输出值被输入到维特比译码器中进行维特比软判决译码。由于4FSK软解调方法输出的是多进制量化整数，而不是4FSK硬解调方法输出的具体调制信息，所以该方法称为4FSK软解调方法。
从图3看出，在高斯噪声信道下，采用的本发明的方法结合维特比译码技术的性能比传统解调结合维特比译码技术的性能高一个数量级以上。
在本发明中，相对于传统方法，在硬件实现上，增加了加法器，在步骤三采用的两种方法中，方法一用到了开方的运算，方法二采用的是MAX运算，这在硬件实现上也比较容易。虽然在本发明的方法在实现的复杂度要稍大于传统解调，但是由此换来的系统性能的提高却是值得的，因为增加的这点复杂性，以现代DSP处理器的水平是完全可以实现的。
附图说明
图1是最基本的无线通信系统结构框图。
图2是采用4FSK调制解调方式的无线通信系统结构框图。
图3是本发明所述的一种4FSK软解调方法和现有的4FSK硬解调方法的仿真结果对比图：采用的仿真条件是高斯白噪声信道。
图4是本发明所述的一种4FSK软解调方法的流程示意图。
具体实施方式
实施方式一
一种4FSK软解调方法，其特征是，它分以下几个步骤：
步骤1接收信号，获取当前时刻四个调制频点的能量值。因为4FSK解调的输出是下列四种码元之一：00、01、10、11，故设当前时刻：00对应的调制频率为f1，且f1频点的能量为a；01对应的调制频率为f2，且f2频点的能量为b；10对应的调制频率为f3，且f3频点的能量为c；11对应的调制频率为f4，且f4频点的能量为d。
步骤2把调制信息的高低比特分开考虑，作如下转换。
令a′＝a+b，b′＝c+d，c′＝a+c，d′＝b+d。
步骤3计算4FSK软解调的高低位输出值。
计算：(b′-a′)/sqrt((a′)2+(b′)2)作为4FSK软解调的高位输出值，(d′-c′)/sqrt((c′)2+(d′)2)作为4FSK软解调的低位输出值。
步骤4多进制量化转换。将步骤3所得的4FSK软解调的高、低位输出值进行转换，通过量化编码转换成多进制的量化整数，即得到当前时刻4FSK软解调的多进制量化输出值。
步骤5重复执行步骤1至步骤4，可得到下一时刻的4FSK软解调的多进制量化输出值；反复执行步骤1至步骤4，可得到所有时刻的4FSK软解调的多进制量化输出值。
实施方式二
一种4FSK软解调方法，其特征是，它分以下几个步骤：
步骤1接收信号，获取当前时刻四个调制频点的能量值。因为4FSK解调的输出是下列四种码元之一：00、01、10、11，故设当前时刻：00对应的调制频率为f1，且f1频点的能量为a；01对应的调制频率为f2，且f2频点的能量为b；10对应的调制频率为f3，且f3频点的能量为c；11对应的调制频率为f4，且f4频点的能量为d。
步骤2把调制信息的高低比特分开考虑，作如下转换。
令a′＝a+b，b′＝c+d，c′＝a+c，d′＝b+d。
步骤3计算4FSK软解调的高低位输出值。
计算：(b′-a′)/max(a`，b`)作为4FSK软解调的高位输出值，(d′-c′)/max(c`，d`)作为4FSK软解调的低位输出值。
步骤4多进制量化转换。将步骤3所得的4FSK软解调的高、低位输出值进行转换，通过量化编码转换成多进制的量化整数，即得到当前时刻4FSK软解调的多进制量化输出值。
步骤5重复执行步骤1至步骤4，可得到下一时刻的4FSK软解调的多进制量化输出值；反复执行步骤1至步骤4，可得到所有时刻的4FSK软解调的多进制量化输出值。

Claims (1)

1、一种4FSK软解调方法，其特征是，它分以下几个步骤：
步骤1  接收信号，获取当前时刻四个调制频点的能量值
因为4FSK解调的输出是下列四种码元之一：00、01、10、11，故设当前时刻：00对应的调制频率为f1，且f1频点的能量为a；01对应的调制频率为f2，且f2频点的能量为b；10对应的调制频率为f3，且f3频点的能量为c；11对应的调制频率为f4，且f4频点的能量为d；
步骤2  把调制信息的高低比特分开考虑，作如下转换
第一个比特为‘0’：00对应的能量，即a
                  01对应的能量，即b
第一个比特为‘1’：10对应的能量，即c
                  11对应的能量，即d
第二个比特为‘0’：00对应的能量，即a
                   10对应的能量，即c
第二个比特为‘1’：01对应的能量，即b
                   11对应的能量，即d
令a′＝a+b，b′＝c+d，c′＝a+c，d′＝b+d；
步骤3  计算4FSK软解调的高低位输出值
计算：(b′-a′)/sqrt((a′)2+(b′)2)作为4FSK软解调的高位输出值，(d′-c′)/sqrt((c′)2+(d′)2)作为4FSK软解调的低位输出值；
或，
计算：(b′-a′)/max(a′，b′)作为4FSK软解调的高位输出值，(d′-c′)/max(c′，d′)作为4FSK软解调的低位输出值；
步骤4  多进制量化转换
将步骤3所得的4FSK软解调的高、低位输出值进行转换，通过量化编码转换成多进制的量化整数，即得到当前时刻4FSK软解调的多进制量化输出值；
步骤5  重复执行步骤1至步骤4，可得到下一时刻的4FSK软解调的多进制量化输出值；反复执行步骤1至步骤4，可得到所有时刻的4FSK软解调的多进制量化输出值。
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