CN112565139B - Bpsk信号的解调方法和解调装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种BPSK信号的解调方法和解调装置，该解调方法包括：获取BPSK信号经滤波后得到的相关信号；对所述相关信号进行相位同步获取第一采样相位和第二采样相位；设置模糊值区间，所述模糊值区间对应所述相关信号上的一段幅值范围；分别采用所述第一采样相位和所述第二采样相位多次采样所述相关信号得到采样值，所述采样值表征所述相关信号的幅值；根据所述采样值落在所述模糊值区间的数量，选择所述第一采样相位和所述第二采样相位二者之一作为采样相位。从而可以以最佳的采样相位采集BPSK信号的相位信息，增加对相位信息的区分度，提高对噪声的容忍程度，减少信号解调的误码率。

Description

BPSK信号的解调方法和解调装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种BPSK信号的解调方法和解调装置。

背景技术

相移键控(Phase Shift Keying，简称PSK)是一种用载波相位表示输入信号信息的调制技术，即利用相位变化来传递数字信息。BPSK（Binary Phase Shift Key，二进制相移键控）和QPSK（Quadri Phase Shift Keying，四相相移键控）等都属于相移键控调制方式。

采用BPSK技术进行信号调制时，相位变化是突发的。举例说明，当连续两个相邻时钟传输的数据一致时，即取码元为“1”，调制后载波与未调载波同相，连续两个相邻时钟传输的数据不一致时，即取码元为“0”，调制后载波与未调载波反相，即“1”和“0”时调制后载波相位相差180度。所以，BPSK信号在码流跳变处其相位会发生180°的换相。

采样BPSK信号的相位信息能够对信号进行解码，相位信息的突变可以很好地表征码流的跳变，但是考虑到噪声和码间串扰对相位采集造成的干扰，目前采样到的BPSK信号的0和1的相位信息之间区分度较小，对噪声的容忍程度较小，难以区分噪声影响和信号跳变，使得BPSK信号的误码率较高。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种BPSK信号的解调方法和解调装置，通过统计采用不同的采样相位采样相关信号时，其采样值落在设定的模糊值区间的数量来选择最优的采样相位，自适应选择能够区分BPSK信号状态的最佳采样相位，得到区分度最高的相位信息，保证解码正确率。

根据本发明的第一方面，提供一种BPSK信号的解调方法，包括：

获取BPSK信号经滤波后得到的相关信号；

对所述相关信号进行相位同步，获取第一采样相位和第二采样相位；

设置模糊值区间，所述模糊值区间对应所述相关信号上的一段幅值范围；

分别采用所述第一采样相位和所述第二采样相位多次采样所述相关信号得到采样值，所述采样值表征所述相关信号的幅值；

根据所述采样值落在所述模糊值区间的数量，选择所述第一采样相位和所述第二采样相位二者之一作为采样相位。

可选地，所述解调方法还包括：

根据所述采样相位对所述相关信号的通讯后波段进行多次采样，获取多个相位信息；

根据多个所述相位信息对所述BPSK信号解调，生成解调信号。

可选地，对所述相关信号进行相位同步，获取第一采样相位和第二采样相位包括：

采用周期性变化的测量信号对所述相关信号在未开始通讯前的波段进行周期同步；

从所述相关信号的一个信号周期中分别选择不同的两个相位作为第一采样相位和第二采样相位。

可选地，根据所述采样值落在所述模糊值区间的数量，选择所述第一采样相位和所述第二采样相位二者之一作为采样相位包括：

分别记录采用所述第一采样相位和所述第二采样相位多次采样所述相关信号得到的多个第一幅值和多个第二幅值；

分别统计多个所述第一幅值和多个所述第二幅值落在所述模糊值区间的第一数量和第二数量；

比较所述第一数量和所述第二数量，根据比较结果选择所述第一采样相位和所述第二采样相位二者之一作为所述采样相位。

可选地，比较所述第一数量和所述第二数量，根据比较结果选择所述第一采样相位和所述第二采样相位二者之一作为所述采样相位包括：

若所述第一数量小于所述第二数量，将所述第一采样相位作为所述采样相位；

若所述第一数量大于所述第二数量，将所述第二采样相位作为所述采样相位。

可选地，所述第一采样相位和所述第二采样相位的相位差为180°。

可选地，所述第一采样相位和所述第二采样相位的幅值对应所述相关信号的波峰或波谷。

可选地，所述模糊值区间在所述相关信号上的幅值范围位于所述相关信号的最大幅值和最小幅值对应的范围之间。

可选地，所述相位信息表征所述BPSK信号的相位变化，采用所述采样相位采样所述相关信号得到的多个采样值中，幅值偏离其他采样值的位置对应的BPSK信号的相位发生换相。

根据本发明的第二方面，提供一种BPSK信号的解调装置，包括：

相关器，用于将BPSK信号经滤波后得到相关信号；

相位同步模块，用于对所述相关信号进行相位同步，获取第一采样相位和第二采样相位；

区间设置模块，用于设置模糊值区间，所述模糊值区间对应所述相关信号上的一段幅值范围；

采样模块，用于分别采用所述第一采样相位和所述第二采样相位多次采样所述相关信号得到采样值，所述采样值表征所述相关信号的幅值；

选择模块，用于根据所述采样值落在所述模糊值区间的数量，选择所述第一采样相位和所述第二采样相位二者之一作为采样相位。

本发明实施例提供的BPSK信号的解调方法和解调装置，首先通过对BPSK信号的相关信号进行相位同步，得到第一采样相位和第二采样相位，然后再设置模糊值区间，采用两个采样相位分别采样相关信号，比较其采样值落在模糊值区间的数量，据此选择最佳的采样相位。根据该采样相位采样得到的采样值落在模糊值区间的概率较小，因此能确保该采样相位采样得到的相位信息能最大程度区分BPSK信号的跳变状态，提高了对噪声的容忍程度，大大减少了BPSK信号解调的误码率。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出了BPSK信号处理装置的简易结构示意图；

图2a和图2b分别示出了对两种不同的BPSK信号进行采样时的采样结果示意图；

图3a示出了根据本发明实施例的BPSK信号的解调方法的流程图；

图3b示出了根据图3a中步骤S102的子步骤的流程图；

图3c示出了根据图3a中步骤S105的子步骤的流程图；

图4示出了根据本发明实施例的BPSK信号在解调时的算法结构图；

图5示出了根据本发明实施例的BPSK信号在解调过程中各信号对应的波形图；

图6示出了根据本发明实施例的BPSK信号的解调装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和方案更加清楚，便于实施，下面将结合附图对本发明作进一步详细的说明。

应当说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

图1示出了BPSK信号处理装置的简易结构示意图。

如图1所示，为BPSK信号接收和解调的整体结构，该BPSK信号处理装置100包括射频信号接收机110、相关器120和解调器130。射频信号接收机110首先从射频信号的包络中提取出BPSK信号，其经过ADC（数模转换器）采样过后送往相关器120进行处理得到相关信号Dcorr，相关器120的作用主要是滤波，以提高BPSK信号的信噪比。最后将相关信号Dcorr送入解调器130中进行解调，得到最终的解调信号Ddecoded。通过选择合适的相位对相关信号Dcorr进行采样可以得到BPSK信号的相位信息，该相位信息可以表征传输的数据的码流变化。

当传输数据的码流发生跳变时，其BPSK信号的波形的相位将发生反相，或称为换相。根据BPSK信号调制的特点，BPSK信号的相位有两种，分别代表传输数据的0和1（数据传输一般以二进制数表示），当BPSK信号的相位发生180°反相时，数据在0和1之间跳变。同样的，BPSK信号的相关信号Dcorr的波形也能反映出BPSK信号产生了换相，一般地，BPSK信号的换相处对应的是相关信号Dcorr的幅值的峰值和谷值之间的一个中间值。通过采样相关信号Dcorr的同一相位下不同时刻的幅度值（幅值）进行比较，可以得到BPSK信号的变相位置。例如，当检测到同一相位下多个不同时刻的相关信号Dcorr的幅值，在某一时刻发生改变时，就能判断幅值改变处的BPSK信号产生了换相，从而能对BPSK信号进行正确解码。考虑到实际应用场景中BPSK信号可能会包含噪声，噪声的引入会造成BPSK信号相位和幅度的对应关系发生随机性的变化，使得在同一相位对相关信号Dcorr采样时会因为噪声的引入造成采集到的幅值产生变化，所以，为了尽量避免因噪声干扰导致误判BPSK信号产生换相，需要确定一个最佳采样相位采样相关信号Dcorr，使得采样到的幅值能够最大程度区分BPSK信号的换相状态，对噪声的容忍程度也最高，减少误码率。

图2a和图2b分别示出了对两种不同的BPSK信号进行采样时的采样结果示意图。

通常，在相关信号Dcorr的峰值或者谷值处的相位进行采样，能得到最大区分度的幅值，从而避免采样到幅值中间位置而无法区分噪声和BPSK信号，因此一般选择峰值或谷值处的相位作为采样相位。如图2a和图2b所示，采样相位0和采样相位1分别对应相关信号Dcorr在BPSK信号未产生换相的峰值和谷值处的相位，例如分别对应0°相位和180°相位。在实际应用场景中，BPSK信号产生换相的情况如图2a和图2b中所示，两种情形下的BPSK信号换相处相位相差180°，在采样相位0或者采样相位1处采样得到的相位信息区分度情况也不一致。

在图2a的情况中，BPSK信号发生了两次换相，对应的均是相关信号Dcorr的幅值中间位置，采用采样相位0采集到的相关信号Dcorr的幅值大部分为峰值和谷值处，其区分度最好，在BPSK信号未换相时采样到峰值，换相时采样到谷值；而采样相位1采样到的幅值则有很多位于峰值和谷值之间，这样的采集点对相位信息的区分度不如采样相位0对相位信息的区分度好，所以，图2a中，采用采样相位0得到的采样值效果最好，区分度最高。

而在图2b中，确是按照采样相位1采样的相位信息区分度最好。具体地，采用采样相位0采样到的采样值，其相关信号Dcorr的幅值有很多位于峰值和谷值之间的中间位置，对相位信息的区分度不高；采用采样相位1采样到的采样值大多数其幅值均落在峰值或谷值处，对相位信息的区分度较好。

因此，对于不同波形的BPSK信号，其对应的最佳采样相位不同，本发明因此提供了一种BPSK信号的解调方法，可以根据BPSK信号的不同换相情形来决定最佳采样相位，以最大程度来区分BPSK信号的两种不同状态，降低解码误码率，提高解调效率。

图3a示出了根据本发明实施例的BPSK信号的解调方法的流程图；图3b示出了图3a中步骤S102的子步骤的流程图；图3c示出了图3a中步骤S105的子步骤的流程图；图4示出了根据本发明实施例的BPSK信号在解调时的算法结构图；图5示出了根据本发明实施例的BPSK信号在解调过程中各信号对应的波形图。

结合图3a-图5，对本发明的BPSK信号的解调方法进行详细说明。具体如下：

在步骤S101中，获取BPSK信号经滤波后得到的相关信号。

参照图4，BPSK信号经相关器处理后输出相关信号Dcorr，然后进行相位同步。

在步骤S102中，对相关信号进行相位同步，获取第一采样相位和第二采样相位。

本步骤中，首先要对相关信号Dcorr进行相位同步，目的是同步相关信号Dcorr的峰/谷值的相位，确定其未换相之前的峰值和谷值的相位，可分别记为采样相位0和采样相位1。

具体地，如图3b，步骤S102包括：步骤S1021，采用周期性变化的测量信号对相关信号在未开始通讯前的波段进行周期同步；步骤S1022，从相关信号的一个信号周期中分别选择不同的两个相位作为第一采样相位和第二采样相位。

参照图5，步骤S1021中，提供一个周期性变化的测量信号ruler，以相关信号Dcorr的每个信号周期有8个采样点计，令测量信号ruler对应采样点在0到7之间循环计数。在0-T2阶段中，BPSK信号未变形，还没开始通讯，此时适合作为相位同步阶段。

在T1时刻，检测相关信号Dcorr过零点的位置，例如检测其过零点处于上升沿的位置作为起始点，然后，根据过零点处于上升沿还是下降沿将测量信号ruler配置成0或4，并且测量信号ruler对应采样点在0到7之间循环计数。那么，测量信号ruler从0-7周期性变化，呈斜坡上升趋势。实际上测量信号ruler为离散数据，图中以实线连接是为了便于观察。

在后续的相关信号Dcorr过零点处检查测量信号ruler的取值是否符合预期（即0对应上升沿过零点，4对应下降沿过零点）。当两个信号按照这个规则匹配，其过零点的匹配次数达到阈值时，表示测量信号ruler与相关信号Dcorr的相位同步完成。

此时，执行步骤S1022，在一个信号周期中选择第一采样相位和第二采样相位，进一步地，第一采样相位和第二采样相位的相位差为180°，且第一采样相位和第二采样相位的幅值对应相关信号Dcorr的波峰或波谷。

对应图5，在T2时刻，标志信号ruler_rdy由低电平变为高电平，标志着相位同步完成，对应图4中采样相位同步结束。在标志信号ruler_rdy变为高电平后开始采样，并统计模糊值数量，此时测量信号ruler取值2时对应采样相位0，测量信号ruler取值6时对应采样相位1。这两个采样相位分别对应相关信号Dcorr的峰值和谷值位置，因此选为第一采样相位和第二采样相位，这里第一采样相位例如对应采样相位0，第二采样相位例如对应采样相位1。如果在步骤S1021中，测量信号rulre和相关信号Dcorr过零点匹配失败，则继续执行该步骤，继续对两个信号的相位和周期进行同步。

在步骤S103中，设置模糊值区间，模糊值区间对应相关信号上的一段幅值范围。

在T2时刻，开始进入采样阶段，此时先设置一个模糊值区间，该模糊值区间在相关信号Dcorr上的幅值范围位于相关信号Dcorr的最大幅值和最小幅值对应的范围之间。模糊值区间设置的一种可实施的方法例如是将相关信号Dcorr的峰值和谷值分别乘以一定系数后得到。

在步骤S104中，分别采用第一采样相位和第二采样相位多次采样相关信号得到采样值。

参照图5，在一段时间内（T2-T3阶段内）分别统计采样相位0和采样相位1采样相关信号Dcorr得到的采样值，采样值表征相关信号Dcorr的幅值。具体地，采用第一采样相位（采样相位0）多次采样相关信号Dcorr得到多个第一幅值，采用第二采样相位（采样相位1）多次采样相关信号Dcorr得到多个第二幅值。

在步骤S105中，根据采样值落在模糊值区间的数量，选择第一采样相位和第二采样相位二者之一作为采样相位。

本步骤中，分别统计两个不同的采样相位采样得到的采样值位于模糊值区间的数量，可以称为模糊值数量。比较两个采样相位的模糊值数量判断最佳采样相位。

具体地，如图3c，本步骤包括：步骤S1501，分别记录采用第一采样相位和第二采样相位多次采样相关信号得到的多个第一幅值和多个第二幅值；步骤S1052中，分别统计多个第一幅值和多个第二幅值落在模糊值区间的第一数量和第二数量；步骤S1053中，比较第一数量和第二数量，根据比较结果选择第一采样相位和第二采样相位二者之一作为采样相位。

根据上述的描述，当采样值落在模糊值区间的数量越少，表示该采样相位采集到的相位信息的区分度越大，所以尽量选择模糊值数量小的采样相位。那么，若第一数量小于第二数量，将第一采样相位作为采样相位；若第一数量大于第二数量，将第二采样相位作为采样相位。第一采样相位和第二采样相位的相位差为180°，且第一采样相位的幅值对应相关信号Dcorr的波峰（峰值），第二采样相位的幅值对应相关信号Dcorr的波谷（谷值）。

根据图4和图5，采用两个不同的采样相位分别采集相关信号Dcorr后，通过计数器对模糊值数量进行计数，然后通过比较器比较两个计数值。图4中，分别对采样相位0和采样相位1采样得到的采样值进行模糊值计数，再经由计数值比较得到比较结果。根据比较器的比较结果输出采样相位判断信号good_phase，模糊值数量较少的采样相位选择为最佳采样相位。通过图5可以看到，采样相位0对应的模糊值数量cnt0有两个，采样相位1对应的模糊值数量cnt1有0个，所以选择采样相位1为最佳采样相位。在T3时刻，采样相位判断信号good_phase由低电平变为高电平，将采样相位1选择为采样相位。对应图4中，采样相位0采样得到的数据Dacq0和采样相位1采样得到的数据Dacq1，二者经过采样相位选择后，将采样相位1采样得到的数据Dacq1作为最终的输出数据Dacq。

在步骤S106中，根据采样相位对相关信号的通讯后波段进行多次采样，获取多个相位信息。

在T3之后，根据选择的采样相位对相关信号Dcorr采样。通过该方法可以自适应选择能够区分BPSK信号两种状态的最佳采样相位。

在步骤S107中，根据多个相位信息对BPSK信号解调，生成解调信号。

然后根据上一步骤中采集到的多个采样相位进行采样得到相位信息，根据相位信息解调，生成解调信号。相位信息表征BPSK信号的相位变化，采用采样相位采样相关信号Dcorr得到的多个采样值中，幅值明显偏离其他采样值对应幅值的采样值所在的位置即为BPSK信号的相位换相处。

通过本实施例的BPSK信号的解调方法，首先通过检测相关信号的同步点进行相位同步，确定相关信号的峰值和谷值的相位位置作为采样相位，然后设置模糊值区间，在一段设定的时间内统计这两个不同的采样相位得到的相位信息值与模糊值区间的关系，从中选择出最佳采样相位。确保该相位采样得到的相位信息能最大程度区分BPSK信号的两种状态，提高了对噪声的容忍程度，大大减少了BPSK解调的误码率。

图6示出了根据本发明实施例的BPSK信号的解调装置的结构框图。

如图6，本实施例的BPSK信号的解调装置包括：相关器120、相位选择单元600和解调器130，相位选择单元600又包括相位同步模块601、采样模块602、区间设置模块603、计数模块604、比较模块605和选择模块606。

相关器120用于将BPSK信号经滤波后得到相关信号Dcorr；相位同步模块601用于对相关信号Dcorr进行相位同步，获取第一采样相位和第二采样相位；采样模块602用于分别采用第一采样相位和第二采样相位多次采样相关信号Dcorr得到采样值，采样值表征相关信号Dcorr的幅值；区间设置模块603用于设置模糊值区间，模糊值区间对应相关信号Dcorr上的一段幅值范围；计数模块604用于统计采用第一采样相位和第二采样相位采样得到的采样值落在模糊值区间的数量；比较模块605用于比较第一采样相位对应的采样值落在模糊值区间的第一数量和第二采样相位对应的采样值落在模糊值区间的第二数量；选择模块606用于根据采样值落在模糊值区间的数量，选择第一采样相位和第二采样相位二者之一作为采样相位；解调器130根据采样相位采集到的相位信息对BPSK信号解调。

本发明实施例的BPSK信号的解调方法和解调装置，首先通过对相关信号的同步点进行相位同步，确定相关信号的峰值和谷值的相位位置，分别作为第一采样相位和第二采样相位；然后设定模糊值区间，再在一段设定的时间内统计两个不同的采样相位采集到的采样值落在模糊值区间的数量，最后通过比较数量确定最佳采样相位，确保该采样相位采样得到的相位信息能最大程度区分BPSK信号的两种状态，提高了对噪声的容忍程度，大大减少了BPSK解调的误码率。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本说明书选取并具体描述本实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种BPSK信号的解调方法，包括：

获取BPSK信号经滤波后得到的相关信号；

对所述相关信号在未开始通讯前的波段进行相位同步，再获取位于同一信号周期中不同的两个相位分别作为第一采样相位和第二采样相位；

设置模糊值区间，所述模糊值区间对应所述相关信号上的一段幅值范围，所述幅值范围位于所述相关信号的最大幅值和最小幅值对应的范围之间；

分别采用所述第一采样相位和所述第二采样相位多次采样所述相关信号得到多个第一幅值和多个第二幅值，所述第一幅值和所述第二幅值均为采样值，所述采样值表征所述相关信号的幅值；

分别统计多个所述第一幅值和多个所述第二幅值落在所述模糊值区间的第一数量和第二数量；

比较所述第一数量和所述第二数量，若所述第一数量小于所述第二数量，将所述第一采样相位作为所述采样相位，若所述第一数量大于所述第二数量，将所述第二采样相位作为所述采样相位，

其中，所述第一采样相位和所述第二采样相位的幅值对应所述相关信号的波峰或波谷。

2.根据权利要求1所述的解调方法，其中，还包括：

根据所述采样相位对所述相关信号的通讯后波段进行多次采样，获取多个相位信息；

根据多个所述相位信息对所述BPSK信号解调，生成解调信号。

3.根据权利要求1所述的解调方法，其中，采用周期性变化的测量信号对所述相关信号在未开始通讯前的波段进行周期同步。

4.根据权利要求1所述的解调方法，其中，所述第一采样相位和所述第二采样相位的相位差为180°。

5.根据权利要求2所述的解调方法，其中，所述相位信息表征所述BPSK信号的相位变化，采用所述采样相位采样所述相关信号得到的多个采样值中，幅值偏离其他采样值的位置对应的BPSK信号的相位发生换相。

6.一种BPSK信号的解调装置，包括：

相关器，用于将BPSK信号经滤波后得到相关信号；

相位同步模块，用于对所述相关信号在未开始通讯前的波段进行相位同步，再获取位于同一信号周期中不同的两个相位分别作为第一采样相位和第二采样相位，所述第一采样相位和所述第二采样相位的幅值对应所述相关信号的波峰或波谷；

区间设置模块，用于设置模糊值区间，所述模糊值区间对应所述相关信号上的一段幅值范围，所述幅值范围位于所述相关信号的最大幅值和最小幅值对应的范围之间；

采样模块，用于分别采用所述第一采样相位和所述第二采样相位多次采样所述相关信号得到多个第一幅值和多个第二幅值，所述第一幅值和所述第二幅值均为采样值，所述采样值表征所述相关信号的幅值；

选择模块，用于分别统计多个所述第一幅值和多个所述第二幅值落在所述模糊值区间的第一数量和第二数量；比较所述第一数量和所述第二数量，若所述第一数量小于所述第二数量，将所述第一采样相位作为所述采样相位，若所述第一数量大于所述第二数量，将所述第二采样相位作为所述采样相位。

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