CN109067684A

CN109067684A - 一种低频2fsk通信解调方法、装置及计算机设备

Info

Publication number: CN109067684A
Application number: CN201810717574.9A
Authority: CN
Inventors: 马小龙; 庞学亮; 王利恒
Original assignee: Wuhan Institute of Technology
Current assignee: Wuhan Institute of Technology
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2018-12-21

Abstract

本发明涉及一种低频2FSK通信解调方法、装置及计算机设备，该方法包括：获取待处理低频信号，并对所述待处理低频信号进行采样，得到2N个采样数据，所述N为正整数；以N个连续的采样数据为窗口单位进行移动遍历，每次遍历分别对N个采样数据进行快速傅里叶变换，得到幅值谱；根据所述幅值谱判断所述N个采样数据中是否包括同步码，若是，则将从当前遍历的N个采样数据中的所述同步码之后的低频数据开始进行解调。本发明在低频模式下采用FFT算法对接收的每帧数据进行FFT运算，将时域信号变为频域信号，根据幅值谱最大幅值对应的频率判断所对应的码元，该方法采用软件的方法实现低频载波通讯的数字解调，误码率低，抗干扰能力强。

Description

一种低频2FSK通信解调方法、装置及计算机设备

技术领域

本发明涉及通信解码技术领域，尤其涉及一种低频2FSK通信解调方法、装置及计算机设备。

背景技术

用于通信解解码的技术根据不同需求具有不同的设计，目前二进制频移键控2FSK解调都采用硬件的方式，结构复杂，系统能耗高，使用灵活性差，而且目前没有专门用于低频载波的专用硬件芯片；而其他一些解调方式的算法过程过于复杂，对于低频传输来说不是最优。

发明内容

本发明针对目前的技术问题，提供了一种本发明提供了一种低频2FSK 通信解调方法、装置及计算机设备。该方法采用软件的方法实现低频载波通讯的数字解调，以解决现有技术中解调方式的算法过程过于复杂问题。

第一方面，本发明提供了一种低频2FSK通信解调方法，包括：

获取待处理低频信号，并对所述待处理低频信号进行采样，得到2N 个采样数据，所述N为正整数；

以N个连续的采样数据为窗口单位进行移动遍历，每次遍历分别对N 个采样数据进行快速傅里叶变换，得到幅值谱；

根据所述幅值谱判断所述N个采样数据中是否包括同步码，若是，则将从当前遍历的N个采样数据中的所述同步码之后的低频数据开始进行解调。

进一步，所述根据所述幅值谱判断N个采样数据中是否包括同步码的过程包括：

经过快速傅里叶变换处理后将本次的幅值谱上的最大两个波峰幅值和所对应的频率存储起来，去掉第一位采样数据，剩下的数据依次左移一位，并在在最右端补一个第N+1个采样值，对剩下左移后的N个采样点再进行快速傅里叶变换处理，然后将再次新变换后的两个波幅值峰和存储的前一次的两个波峰幅值进行比较，直到找到最大的两个波峰幅值，返回所对应的频率；

根据返回的两个频率确定是否为同步码对应的两个频率；如果是，则执行后续步骤；其中，每个频率对应一位同步码。

进一步，所述根据返回的两个频率确定是否为同步码对应的两个频率，包括：

获取所述幅值谱中最高幅值对应的频率，判断所述最高幅值对应的频率与预设频率之间的差值是否小于阈值；

如果是，则认为包括同步码；如果否，则不包括同步码。

进一步，所述同步码为二进制同步码。

第二方面，本发明提供了一种低频2FSK通信解调装置，包括：

采样模块，用于获取待处理低频信号，并对所述待处理低频信号进行采样，得到2N个采样数据，所述N为正整数；

快速傅里叶变换模块，用于以N个连续的采样数据为窗口单位进行移动遍历，每次遍历分别对N个采样数据进行快速傅里叶变换，得到幅值谱；

解调模块，用于根据所述幅值谱判断所述N个采样数据中是否包括同步码，若是，则将从当前遍历的N个采样数据中的所述同步码之后的低频数据开始进行解调。

进一步，所述解调模块根据所述幅值谱判断N个采样数据中是否包括同步码的过程包括：

进一步，所述解调模块的所述根据返回的两个频率确定是否为同步码对应的两个频率，包括：

如果是，则认为包括同步码；如果否，则不包括同步码。

进一步，所述同步码为二进制同步码。

第三方面，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明的有益效果是：

本设计在低频模式下采用FFT算法对接收的每帧数据进行FFT运算，将时域信号变为频域信号，根据幅值谱最大幅值对应的频率判断所对应的码元，该方法采用软件的方法实现低频载波通讯的数字解调，结构简单，误码率低，抗干扰能力强。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种低频2FSK通信解调方法的流程示意图；

图2为本发明的发射端系统框图；

图3为本发明的接收端系统框图；

图4为本发明的解调流程图；

图5为本发明的采样数据处理示意图；

图6为本发明的解调软件算法流程图；

图7为本发明实施例提供的一种低频2FSK通信解调装置结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

图1为本发明实施例提供的一种低频2FSK通信解调方法的流程示意图。

如图1所示，该方法包括：

S1：获取待处理低频信号，并对所述待处理低频信号进行采样，得到 2N个采样数据，所述N为正整数；

S2：以N个连续的采样数据为窗口单位进行移动遍历，每次遍历分别对N个采样数据进行快速傅里叶变换，得到幅值谱；

S3：根据所述幅值谱判断所述N个采样数据中是否包括同步码，若是，则将从当前遍历的N个采样数据中的所述同步码之后的低频数据开始进行解调。

系统采用两块MSP430作为收发处理器具体的系统框图如图2和图3 所示。

首先接收机接收到发送机发来的一帧数据，由MSP430AD采样模块以频率为f3(f3>2f2)进行采样，将采样数据储存在FLASH中，然后MSP430 读取采样后的数据,进行通信同步。判断同步后，便以此刻开始将储存在 FLASH中的数据进行FFT运算，通过对峰值所对应的频率的计算便可知道传输的数据，从而实现解调，解调的流程框图如图4所示。

在解调过程中，MSP430首先对接收到的数据进行同步处理。本专利同步算法具体思路如下：

数据发送前，先在有效数据的前面加上同步位，本设计采用2位数据 0和1作为同步信号，数据0的频率为f1，数据1的频率为f2(f1<f2)。首先以频率f3对接收的数据进行采样，采样点数为2N，并对前N个采样值进行FFT，之后便得到数据的幅值谱，然后通过将幅值谱的峰值进行比较，找出最大的幅值所对应的频率，然后与约定的同步位数据的频率进行对比，便可以得到原始数据。比较过程具体为，经过FFT处理后将幅值谱上的最大两个波峰和所对应的频率存储起来，接着在去掉第一位采样数据，剩下的数据依次左移一位，并在在最右端补一个第N+1个采样值，对剩下的采样点再进行FFT处理，然后将新的两个波峰和原来的进行比较，直到找到最大的两个幅值，返回所对应的频率，最后与频率f1和f2比较。在较小误差下，可以认为在此时刻以达到同步。此后，以频率f3进行采样，将采样的N个数据做FFT处理，并将幅值谱的两个波峰所对应的频率与约定频率比较，在误差允许范围内，便可以得到原始数据。采样数据同步处理示意图如图5所示。

本专利采用软件方式实现对2FSK调制进行解调同步，具体的程序流程如图6所示。

首先在算法里定义几个变量来存储采集处理后的数据，P为峰值，初始化为0，temp为中间变量，将处理的中间值赋给temp，F为每次峰值所对应的频率。然后进行AD采样采样数据为2N个值，然后依次对0-N，1-N+1； 2-N+2……进行FFT处理，然后对峰值进行比较，找出最大的两个峰值，并fft处理的顺序把峰值赋给F1和F2。接着将两个峰值所对应的频率值与规定的f1和f2进行对比，在误差允许的范围内可以确定同步码。峰值所对应的频率求解：假设信号采样频率为fs，从采样定理可以知道，信号抽样后，抽样信号的频谱是周期谱，其频谱的周期是抽样频率fs，因此，对信号做FFT时，无论取多少点，其分析的频率范围就是0～fs，所以，如果做N点的FFT(其实是离散傅里叶变换)，则，FFT结果的两点之间的频率间隔是fs/N，这样，任一点k(k＝0～N-1)代表的频率就是k*fs/N。另外，这N个点的FFT值是以N/2为对称的，所以，一般真正用到的只有N/2 个点。

在一些说明性实施例中，所述根据所述幅值谱判断N个采样数据中是否包括同步码的过程包括：

在一些说明性实施例中，所述根据返回的两个频率确定是否为同步码对应的两个频率，包括：

如果是，则认为包括同步码；如果否，则不包括同步码。

预设条件即最高幅值对应的频率与数据0的频率f1，数据1的频率f2 的差值是否小于预设的阈值。

优选地，所述同步码为二进制同步码。

相应地，本发明实施例还提供了一种低频2FSK通信解调装置。具体如图 7所示，该装置包括：

采样模块100，用于获取待处理低频信号，并对所述待处理低频信号进行采样，得到2N个采样数据，所述N为正整数；

快速傅里叶变换模块200，用于以N个连续的采样数据为窗口单位进行移动遍历，每次遍历分别对N个采样数据进行快速傅里叶变换，得到幅值谱；

解调模块300，用于根据所述幅值谱判断所述N个采样数据中是否包括同步码，若是，则将从当前遍历的N个采样数据中的所述同步码之后的低频数据开始进行解调。

在一些说明性实施例中，所述解调模块300根据所述幅值谱判断N个采样数据中是否包括同步码的过程包括：

在一些说明性实施例中，所述解调模块300的所述根据返回的两个频率确定是否为同步码对应的两个频率，包括：

如果是，则认为包括同步码；如果否，则不包括同步码。

优选地，所述同步码为二进制同步码。

该装置中的各部件所执行的功能均已经在上述实施例一种基于地址分词的地址查询方法中做了详细的介绍，这里不再赘述。

本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种低频2FSK通信解调方法，其特征在于，包括：

获取待处理低频信号，并对所述待处理低频信号进行采样，得到2N个采样数据，所述N为正整数；

以N个连续的采样数据为窗口单位进行移动遍历，每次遍历分别对N个采样数据进行快速傅里叶变换，得到幅值谱；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述幅值谱判断N个采样数据中是否包括同步码的过程包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据返回的两个频率确定是否为同步码对应的两个频率，包括：

如果是，则认为包括同步码；如果否，则不包括同步码。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述同步码为二进制同步码。

5.一种低频2FSK通信解调装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述解调模块根据所述幅值谱判断N个采样数据中是否包括同步码的过程包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述解调模块的所述根据返回的两个频率确定是否为同步码对应的两个频率，包括：

如果是，则认为包括同步码；如果否，则不包括同步码。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述同步码为二进制同步码。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-4任一项中所述方法的步骤。