CN112003807B

CN112003807B - 一种基于fft的fsk信号软解调方法

Info

Publication number: CN112003807B
Application number: CN202010842771.0A
Authority: CN
Inventors: 王杨; 李利军; 陈敬乔; 蒋宝强
Original assignee: CETC 54 Research Institute
Current assignee: CETC 54 Research Institute
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2022-04-08
Anticipated expiration: 2040-08-20
Also published as: CN112003807A

Abstract

本发明公开了一种基于FFT的FSK信号软解调方法，涉及无线通信中的信号解调技术。该方法首先对接收信号进行离散傅里叶变换，并计算FSK信号调制频率对应的幅值；然后在所有调制频率的幅值中分别搜寻发送信息比特为0和1时对应的最大幅值，利用最大幅值计算发送信息比特的解调软信息。该方法中计算软信息时通过使用最大幅值减小噪声累加，提高输出软信息的准确性，进而改善接收性能。另外，该方法适用于不同调制阶数的FSK信号，能够与不同的软输入译码算法联合应用，同时基于FFT的频域处理方式在多路并行解调时具有低复杂度优势。

Description

一种基于FFT的FSK信号软解调方法

技术领域

本发明涉及一种基于FFT的FSK信号软解调方法，属于无线通信技术领域，特别适用于采用FSK调制的跳频抗干扰通信系统。

背景技术

数字调制技术中常用的调制方式主要有幅度键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)等三类。其中，FSK调制方式将发送信息承载在载波频率上，发送时将不同的信息序列映射为不同的载波频率进行发射。接收端通过检测信号的载波频率实现FSK信号解调，常用的解调方法主要有包络检波、过零检测、频域检测等方法，解调实现复杂度较低。目前FSK调制在短波通信中应用较多，另外能够与快速跳频技术结合提升系统的抗干扰能力。

为了提高信号传输的可靠性，无线通信系统中通常采用信道编码技术。目前的高性能信道编码中，Turbo、LDPC等编码的译码器均采用循环迭代译码算法，要求输入译码器的初始信息为比特取值的概率、对数似然比等软信息，从而通过对软信息的多次迭代获得优异的译码性能。因此，在采用高性能信道编码和FSK调制的系统中，FSK信号解调需要能够进行软解调，从而使用解调输出的软信息进行高性能译码，获得较高的编码增益。

针对FSK信号的软解调技术，在申请号为200610020632.X的中国专利“一种4FSK软解调方法”中公开了一种软解调方法，其使用4个调制频点的能量值作变换，得到高、低位的解调软信息，但是该方法只能应用于4FSK信号解调。在申请号为201410712964.9的中国发明专利“一种适用于MFSK的M维度量软判决维特比译码方法”中公开了一种适用于MFSK的软解调方法，但是该方法只能与维特比译码算法联合使用，应用时存在一定局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种基于FFT的FSK信号软解调方法，该方法适用于二进制以及多进制FSK信号的解调，其使用快速傅里叶变换进行频域非相干解调，同时输出解调软信息，从而能够与高性能软输入译码算法联合应用，有效提高信号传输性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于FFT的FSK信号软解调方法，包括以下步骤：

步骤一：接收FSK调制信号，对接收信号进行数字采样后，使用FFT方法进行离散傅里叶变换，并计算M个频率f₀,f₁,…,f_M-1所对应的幅度值|X(f₀)|,|X(f₁)|,…,|X(f_M-1)|；

步骤二：根据N比特长的比特序列b_N-1…b₀与M个调制频率之间的映射关系，从M个调制频率中选取b_n＝0和b_n＝1时的比特序列对应的频率，n＝N-1,...,0，分别构成调制频率集合{f_k}和{f_l}，进而得到幅度集合{|X(f_k)|}和{|X(f_l)|}；

步骤三：在b_n＝0对应的幅度集合{|X(f_k)|}中搜寻最大幅度值，记为

在b_n＝1时对应幅度集合{|X(f_l)|}中搜寻最大幅度值，记为

根据最大幅度值，计算比特序列中b_n的解调软信息

步骤四：重复执行步骤二和步骤三，依次计算得到比特序列中b_N-1,…,b₀的解调软信息

完成M进制FSK信号软解调。

进一步的，所述步骤一中接收的调制信号为M进制FSK信号，频率f₀,f₁,…,f_M-1表示M进制FSK信号使用的M个调制频率。

进一步的，所述比特序列的长度N＝log₂(M)，比特序列b_N-1…b₀与调制频率f₀,f₁,…,f_M-1的映射关系为二进制映射或者格雷映射。

进一步的，所述步骤三中计算解调软信息的计算式为：

式中，A表示适配因子，用于控制解调软信息的大小。

本发明采用上述技术方案所取得的有益效果在于：

1.本发明提供的方法能够适用于二进制和多进制FSK信号解调，并且能够与Turbo码、LDPC等多种信道编码的高性能译码算法联合应用，具有较宽的应用范围；

2.本发明提供的方法对解调软信息的计算过程进行优化，通过减小计算过程中的噪声累积提高输出软信息的准确性，从而改善信号接收性能；

3.本发明提供的方法能够基于FFT实现，在处理多路FSK信号解调时具有处理复杂度低的优势。

附图说明

图1是本发明实施例方法的流程图；

图2是本发明实施例中采用LDPC编码和4FSK调制的系统结构框图；

图3是本发明实施例中比特序列与调制频率的映射关系示意图；

图4是本发明实施例中解调译码性能仿真的对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。需要特别提醒的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被省略。

一种基于FFT的FSK信号软解调方法，本方法使用快速傅里叶变换，利用变换得到的相应调制频率的幅度值计算解调软信息，能够为后续高性能译码提供可靠的译码初始信息。

如图1所示，该方法包括以下几个步骤：

步骤一：接收FSK调制信号，对接收信号进行数字采样后，使用FFT算法进行离散傅里叶变换，并计算f₀,f₁,…,f_M-1等M个频率对应的幅度值，将结果记为|X(f₀)|,|X(f₁)|,…,|X(f_M-1)|。

实施例中，发送端采用LDPC编码和4FSK调制，接收端对4FSK信号进行数字采样、软解调、LDPC译码等处理，系统结构框图如图2所示。4FSK调制信号使用4个调制频率，包括f₀,f₁,f₂,f₃。接收端软解调处理过程中，对接收信号进行FFT处理，并计算4个调制频率对应的幅度值|X(f₀)|,|X(f₁)|,|X(f₂),X(f₃)|。

步骤二：根据N比特长的比特序列b_N-1…b₀与M个调制频率之间的映射关系，从M个调制频率中选取b_n＝0和b_n＝1时的比特序列对应的频率，n＝N-1,...,0，分别构成调制频率集合{f_k}和{f_l}，进而得到幅度集合{|X(f_k)|}和{|X(f_l)|}。

实施例中，长度为2的比特序列与4个调制频率的映射关系采用二进制映射，具体映射关系为：00映射为f₀，01映射为f₁，10映射为f₂，11映射为f₃，映射关系示意图如图3所示。比特序列00和10中的b₀＝0，对应的调制频率集合为{f₀,f₂}，可以生成相应的幅度值集合{|X(f₀),|X(f₂)|}。比特序列01和11中的b₀＝1，对应的调制频率集合为{f₁,f₃}，可以生成相应的幅度值集合{|X(f₁)|,X|(f₃)|}。

步骤三：在b_n＝0对应的幅度集合{|X(f_k)}中搜寻最大幅度值，记为

在b_n＝1时对应幅度集合{|X(f_l)|}中搜寻最大幅度值，记为

根据最大幅度值，计算比特序列中b_n的解调软信息

实施例中，由b₀＝0的比特序列得到的幅度值集合，计算幅度值

由b₀＝1的比特序列得到的幅度值集合，计算幅度值

进而计算比特序列中b₀的解调软信息

其中A取值为1。

完成M进制FSK信号软解调。

实施例中，重复执行步骤二得到b₁＝0的比特序列对应的幅度值集合{|X(f₀)|,|X(f₁)|}和b₁＝1的比特序列对应的幅度值集合{|X(f₂)|,|X(f₃)|}；重复执行步骤三得到比特序列中b₁的解调软信息

其中A取值为1。最后，输出比特序列中2个比特的解调软信息，完成4FSK信号的软解调。

本方法首先对接收信号进行离散傅里叶变换，并计算FSK信号调制频率对应的幅值；然后在所有调制频率的幅值中分别搜寻发送信息比特为0和1时对应的最大幅值，利用最大幅值计算发送信息比特的解调软信息。该方法中计算软信息时通过使用最大幅值减小噪声累加，提高输出软信息的准确性，进而改善接收性能。另外，该方法适用于不同调制阶数的FSK信号，能够与不同的软输入译码算法联合应用，同时基于FFT的频域处理方式在多路并行解调时具有低复杂度优势。

图4所示为本发明实施例中解调译码性能仿真结果与另一专利仿真结果的对比图，横轴表示接收信噪比，纵轴表示接收误码率。图中结果显示，在实施例中，相比采用专利“一种4FSK软解调方法”(申请号为200610020632.X)中公开的方法，采用本发明公开的方法能够有效改善接收性能。

以上所述仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员根据本发明的技术方案及其发明构思作出的等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于FFT的FSK信号软解调方法，其特征在于，包括以下步骤：

在b_n＝1时对应幅度集合{|X(f_l)|}中搜寻最大幅度值，记为

根据最大幅度值，计算比特序列中b_n的解调软信息

完成M进制FSK信号软解调。

2.根据权利要求1所述的一种基于FFT的FSK信号软解调方法，其特征在于，所述步骤一中接收的调制信号为M进制FSK信号，频率f₀,f₁,…,f_M-1表示M进制FSK信号使用的M个调制频率。

3.根据权利要求1所述的一种基于FFT的FSK信号软解调方法，其特征在于，所述比特序列的长度N＝log₂(M)，比特序列b_N-1…b₀与调制频率f₀,f₁,…,f_M-1的映射关系为二进制映射或者格雷映射。

4.根据权利要求1所述的一种基于FFT的FSK信号软解调方法，其特征在于，所述步骤三中计算解调软信息的计算式为：

式中，A表示适配因子，用于控制解调软信息的大小。