CN114143155A

CN114143155A - 一种基于2g-ale的8fsk调制解调方法

Info

Publication number: CN114143155A
Application number: CN202111427466.6A
Authority: CN
Inventors: 李鑫儒; 秦进杰; 刘博�; 赵保磊; 蒋航; 郝帅龙; 杜莹莹
Original assignee: Tianjin Optical Electrical Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin Optical Electrical Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2021-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2022-03-04

Abstract

本发明创造提供了一种基于2G‑ALE的8FSK调制解调方法，包括发送端根据指令信息生成ALE标准字；根据编码规则分别对信息位和监督位进行编码处理；对编码进行按位分组交织，并在编码末尾添加标志位编码，生成交织编码信息；对所述交织编码信息进行冗余重复，并对冗余重复后的编码信息进行调制，生成调制信号。接收端对所述调制信号进行滤波，生成解调信号。对所述解调信号进行符号同步，去冗余处理和解交织处理。根据译码规则进行译码处理，生成ALE标准字，并通过所述ALE标准字生成指令信息。本发明创造所述的一种基于2G‑ALE的8FSK调制解调方法，能实现信号的快速检测、同步和处理，并具有良好的抗噪声性能和综合信道质量。

Description

一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法

技术领域

本发明创造属于通信技术领域，尤其是涉及一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法。

背景技术

短波通信在军事和应急通信等领域中扮演者不可或缺的重要角色，是出现较早且现如今被广泛使用的无线通信方式。随着通信技术的发展，现代短波通信系统研究的核心之一是自动链路建立系统(Automatic Link Establishment，ALE)，它着眼于自适应与组网通信技术，以2G-ALE系统为例，通过波形对信道实时探测，经呼叫、应答和确认三次握手实现链路的自动建立。主呼方在特定时间重复发送寻呼信号，而被呼方不断扫描监测，一旦侦听到呼叫信号就进行应答，因此能够可靠高效进行信息传输。但是，现有的ALE系统对信号的检测速度较慢，同时针对信号的误码率、信噪比及综合信道质量等参数的处理能力较差，因此无法满足实际使用需要。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法，以解决上述技术问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法，包括：

发送端根据指令信息生成ALE标准字，所述标准字包括信息位和监督位；根据Golay编码规则分别对信息位和监督位进行编码处理，生成两组码字，且每组码字均包括数据位编码和校验位编码；将两组码字按行输入，再按列输出，并在编码末尾添加标志位编码，生成交织编码信息；对所述交织编码信息进行冗余重复，并对冗余重复后的编码信息进行8FSK调制，生成调制信号；

接收端对所述调制信号进行带通滤波，生成解调信号；对所述解调信号进行符号同步，生成比特信息；对所述比特信息进行去冗余处理，生成去冗余比特序列；移除所述去冗余比特序列的标志位，并将所有奇数位为一组，所有偶数位为一组，生成解交织比特序列；根据Golay译码规则对解交织比特序列进行译码处理，生成ALE标准字，并通过所述ALE标准字生成指令信息。

进一步的，所述对交织编码信息进行冗余重复，包括：

在所述标志位编码内填充“0”，并对所述交织编码信息进行3倍冗余，生成冗余重复后的编码信息。

进一步的，所述对冗余重复后的编码信息进行8FSK调制，生成调制信号，包括：

根据8FSK频率对应规则，每3个比特的冗余重复后的编码信息调制一个频率。

进一步的，所述对调制信号进行带通滤波，生成解调信号，包括：

通过8个带通滤波器对调制信号进行滤波，比较8个滤波器输出的包络的大小，确定调制信号的调制频率，从而生成解调信号。

进一步的，所述对解调信号进行符号同步，生成比特信息，包括：

利用短时傅里叶变换和分集信号联合判决方法，以帧为单位对解调信号进行处理。

进一步的，所述对比特信息进行去冗余处理，生成去冗余比特序列，包括：

将比特信息分为3组，每组去掉最后一位，并对三组比特信息进行大数判决，生成去冗余比特序列。

进一步的，所述发送端根据指令信息生成ALE标准字，包括：

根据ASCII码映射，将指令信息生成ALE标准字。

进一步的，所述通过ALE标准字生成指令信息，包括：

根据ASCII码映射，将ALE标准字生成指令信息。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法具有以下优势：

本发明创造所述的一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法，能够实现信号的快速检测、同步和处理，并具有良好的抗噪声性能和综合信道质量，因此具有良好的应用前景。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的调制解调方法的原理流程示意图；

图2为本发明创造实施例所述的编码交织方式示意图；

图3为本发明创造实施例所述的发射端生成的调制信号的仿真图；

图4为本发明创造实施例所述的接收端在完成带通滤波后的信号分布图；

图5为本发明创造实施例所述的接收端在完成符号同步后的峰值检测仿真图；

图6为本发明创造实施例所述的接收端在完成低通滤波后的信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法，其原理流程可由图1进行示意。附图1为本实施例中发射端的原理流程示意图，如图所示，发射端根据指令信息生成调制信号的方法包括：

步骤110、根据指令信息生成ALE标准字，所述标准字包括信息位和监督位。

指令信息输入到发射端内部后，发射端可根据ASCII码映射将指令信息生成包含24位数据信息的ALE标准字，其中前12位为信息位，后12位为监督位。

步骤120、根据Golay编码规则分别对信息位和监督位进行编码处理，生成两组码字，且每组码字均包括数据位编码和校验位编码。

由于2G-ALE协议标准中规定采用Golay(24,12,8)前向纠错编码，其码长是24比特，信息位与监督位各占12比特，最小码距是8。纠错码可纠正24比特中的3比特(或少于3比特)，同时检测出4比特错误。

该码的生成多项式为：

g(x)＝x¹¹+x⁹+x⁷+x⁶+x⁵+x+1

Golay编码规则适用于所有编码的基本公式为：

v＝uG

其中v是编码生成的码字，u为原始数据字。将u与生成矩阵G逐列对应位置相乘，再逐列将所有相乘后为1的项进行模二求和，即完成编码，得到码字v(包括数据位编码和校验位编码)。码字v由两部分构成，前12位为数据位编码，其记载的内容与输入数据一致，后12位为校验位编码。即，一个包含24位数据信息的ALE标准字，生成两个24比特的码字，每个码字均包括12位的数据位编码和12位的校验位编码。

步骤130、将两组码字按行输入，再按列输出，并在编码末尾添加标志位编码，生成交织编码信息。

在进行编码信息的处理过程中，交织是差错控制的一种重要手段，其主要作用是克服由于信道传输导致的长串错误，通过交织能够使错误分散化，一定程度上将连续的误码离散随机化，更利于纠错编码进行纠错。

附图2为本实施中所述的编码交织方式示意图，如图所示，本实施例可采用按位分组交织方式进行编码处理。具体的，由于ALE标准字的信息位和监督位在经过Golay编码后均包含数据位编码和校验位编码，因此为方便进行描述，信息位所包含的码字可设为a1至a24，监督位所包含的码字可设为b1至b24。在进行编码交织的过程中，数据位编码和校验位编码应先按行输入，再按列输出，交织之后第一个码字中的每一位后面紧接着第二个码字的每一位，以形成a1b1a2b2a3b3……a23b23a24b24的排列方式。在两个码字交织完成后在最后再添加标志位编码S49，从而形成交织编码信息。

步骤140、对所述交织编码信息进行冗余重复，并对冗余重复后的编码信息进行8FSK调制，生成调制信号。

在交织编码信息生成后，通过冗余重复的过程能有效地对抗衰落及突发错误。示例性的，在本实施例中，所述标志位编码内填充信息为“0”，且可对所述交织编码信息进行3倍冗余，以生成冗余重复后的编码信息。

具体的，由于交织编码信息包含48比特的编码信息和1比特的标志位编码信息，因此每个交织编码信息包含49比特的信息字。在进行3倍冗余后，所述冗余重复后的编码信息应包含147比特的信息字。

随后，本实施例可根据8FSK频率对应规则对冗余重复后的编码信息进行处理，从而形成调制信号。

可选的，调制信号的生成可根据8FSK频率对应规则进行。

上表为本实施例所述的8FSK频率对应规则表，由于每个音代表3比特的二进制数据，其8FSK码字采用Golay编码映射，经8FSK调制，信号以每秒125个单音(或符号)的速率发送，码元符号宽度为8ms，比特速率为375bps，相邻频点的频率间隔为250Hz。按照上表所示的规则表将数据位映射成对应符号，每3比特调制一个频率，对所有147位数据进行8FSK调制，实际对应49个发送符号，持续时间为392ms。

接收端根据调制信号生成指令信息的方法包括：

步骤150、对所述调制信号进行带通滤波，生成解调信号。

由于发射端生成的调制信号通过8FSK规则进行调制，因此在针对该类信号进行非相干解调时，可通过8个带通滤波器对调制信号进行滤波，随后比较8个滤波器输出的包络的大小，确定调制信号的调制频率，从而生成解调信号。相应的，信号的滤波过程也可以看做是频率的匹配过程，当频率匹配完毕后，可根据频率对信号进行整流，随后将整流后的信号输送至基带内部。

步骤160、对所述解调信号进行符号同步，生成比特信息。

由于2G-ALE的FSK波形没有同步头和帧同步结构，针对这种信号的盲同步过程不似传统的捕获跟踪步骤，而需要对信号存在性作出判决后，逐步缩小起止位置检测的范围，最终实现精确的位置提取和信号同步锁定。

可选的，在本实施例中利用短时傅里叶变换和分集信号联合判决方法，以帧为单位对解调信号进行处理。具体的，短时傅里叶变换和分集信号联合判决能对信号的存在性进行检测，在进行信号存在性检测的同时，还能完成对信号起止的大体定位，从而得到相应的比特信息。

步骤170、对所述比特信息进行去冗余处理，生成去冗余比特序列。

在针对比特信息进行去冗余处理时，由于发射端会对交织编码信息进行3倍冗余重复，因此接收端应先将比特信息分为3组。同时，由于每组的最后一位是标志位编码信息，因此应去掉最后一位。接下来可对上述三组比特信息进行三判二的大数判决，从而去掉冗余的比特信息，生成去冗余比特序列。

步骤180、移除所述去冗余比特序列的标志位，并将所有奇数位为一组，所有偶数位为一组，生成解交织比特序列。

在完成去冗余处理后，应对比特序列进行解交织处理。在去掉S49的标志位编码信息后，将前48个比特分为两组，所有奇数位为一组，所有偶数位为一组，即完成解交织操作，得到两组比特序列，每一组为一个码字，第一组为信息位对应的码字，第二组为监督位对应的码字。

步骤190、根据Golay译码规则对解交织比特序列进行译码处理，生成ALE标准字，并通过所述ALE标准字生成指令信息。

由于12位的ALE标准字信息位生成一个24位的码字，其中码字前一半为数据位编码，后一半为校验位编码，因此译码方案的设计就是合理利用校验位编码，纠正码字中的错误，恢复出前一半数据(即数据位编码)的过程。相应的，由于任何一种纠错编码的纠错能力都是有限的，但是对于任何一个重量(即错误模式中1的位数，用w表示)不超过纠错能力的错误模式都是可纠正的。所以只要满足错误模式重量w(e)≤3，该错误模式就是可纠正的。

在通过Golay译码规则完成译码处理后，可根据ASCII码映射将译码获得的ALE标准字转化成指令信息，从而方便下位机执行相应动作。

下面将结合具体示例对本实施例进行说明：

1、根据指令信息生成ALE标准字，所述标准字包括信息位和监督位。

在实际系统的设计中，如目的地址是“123”，则呼叫识别段会发送若干“TO 123”，查表可知“TO”的编码为010，然后将地址“123”的每一位看做ASCII值并换算为对应的数值。ASCII值的“1”对应为49，“2”对应50，“3”对应51，则将每一位的字符转换为7位的二进制数得到“123”的编码为0110001 0110010 0110011，所以“TO 123”可以编码为010 01100010110010 0110011的24比特基本字结构。将24位数据信息的ALE标准字按先后顺序分为两组，即“010 0110001 01”和“10000 0110001”。

2、根据Golay编码规则分别对信息位和监督位进行编码处理，生成两组码字，且每组码字均包括数据位编码和校验位编码。

对每一组进行(24,12)Golay编码，编码后为两个24比特的码字。编码后两个码字为：“10011000101001000111111”和“10010011001000010010000”。

3、将两组码字按行输入，再按列输出，并在编码末尾添加标志位编码，生成交织编码信息。

根据编码交织方法将编码后的两个码字进行交织，交织后比特信息变为：“0110000110100101001001110000100001001011101010100”。

4、对所述交织编码信息进行冗余重复，并对冗余重复后的编码信息进行8FSK调制，生成调制信号。

交织后的信息然后进行三倍的冗余重复，之后按照8FSK调制规则进行映射，将信息进行8FSK调制，调制后加信噪比为10dB的高斯白噪声，发送出的信号如图3所示。

当接收端收到调制信号后，进行相应解调处理。

5、对所述调制信号进行带通滤波，生成解调信号。

通过八个带通滤波器进行滤波，带通滤波器的采样率为8kHz，阻带带宽300Hz，中心频点分别为750Hz、1000Hz、1250Hz、1500Hz、1750Hz、2000Hz、2250Hz、2500Hz八个频点。经过带通滤波之后信号如图4所示，其中八个频率的频点都被滤出。然后进行整流，将信号搬到基带。

6、对所述解调信号进行符号同步，生成比特信息。

设计采样率为8kHz，符号速率125Hz，一个符号内的采样点数为64点，做64点的短时傅里叶变换，检测信号位置。2G-ALE系统传输波形具有八个正交单音，它们相互独立，功率谱互不相交。如果对一定宽度的信号进行短时傅里叶变换获取其时变频谱，当滑动窗口完全对准一个符号时，频谱中该单音频率成分具有最高峰值。若设定滑动步长为一个采样点，滑动次数为一个符号对应的采样点数，那么在整个滑动过程中必经过最佳判决时刻。取滑动窗口长度仅略大于一个符号，则只有在最佳采样时刻，频谱才呈现单一峰值且最高。窗口从前一个符号滑动到下一个不同符号的过程中，最大峰值将从前一个符号对应的频率谱线逐渐过渡到另一根谱线。根据这个特点，峰值对应时刻即是最佳判决时刻。任意两个最大峰之间的间隔都为一个码元宽度，可以据此提取同步信息，实现符号定位。具体峰值检测仿真图如图5所示。

此外，还可设计低通滤波器，采样率为8kHz，阻带500Hz，带外抑制60dB。经过低通滤波之后信号如图6所示，最后在符号同步的最佳采样点进行译码。

7、移除所述去冗余比特序列的标志位，并将所有奇数位为一组，所有偶数位为一组，生成解交织比特序列。

移除去冗余后比特序列末尾的0，可得交织序列为：

011000011010010100100111000010000100101110101010

将所有奇数位为一组，所有偶数位为一组，可得两个Golay码字：

10011000101001000111111和10010011001000010010000。

8、根据Golay译码规则对解交织比特序列进行译码处理，生成ALE标准字，并通过所述ALE标准字生成指令信息。

根据上述两个Golay码字，可得ALE标准字为：

010 0110001 0110010 0110011

根据ASCII码映射可知，指令信息为TO 123。

下面对上述方案的效果进行说明：

本实施例提供了一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法，能够实现信号的快速检测、同步和处理，并具有良好的抗噪声性能和综合信道质量，因此具有良好的应用前景。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法，其特征在于：所述对交织编码信息进行冗余重复，包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法，其特征在于：所述对冗余重复后的编码信息进行8FSK调制，生成调制信号，包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法，其特征在于：所述对调制信号进行带通滤波，生成解调信号，包括：

5.根据权利要求1所述的一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法，其特征在于：所述对解调信号进行符号同步，生成比特信息，包括：

6.根据权利要求1所述的一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法，其特征在于：所述对比特信息进行去冗余处理，生成去冗余比特序列，包括：

7.根据权利要求1所述的一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法，其特征在于：所述发送端根据指令信息生成ALE标准字，包括：

根据ASCII码映射，将指令信息生成ALE标准字。

8.根据权利要求1所述的一种基于2G-ALE的8FSK调制解调方法，其特征在于：所述通过ALE标准字生成指令信息，包括：

根据ASCII码映射，将ALE标准字生成指令信息。