CN115580515B - 基于多路判决的msk解调方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多路判决的MSK解调方法、装置、设备和存储介质，属于信号解调技术领域，本发明提出的解调方法主要包括如下步骤：获得MSK基带信号，并保证基带信号的采样率为MSK码速率的N倍，即一个码片包含多个采样点；采用一阶差分解调算法对MSK基带信号进行解调，得到一阶差分解调后的MSK码字；对一阶差分解调后的MSK码字进行抽取，多路判决，选出正确码元。本发明采用一阶差分解调技术对MSK基带信号进行解调，实现简单方便，资源消耗小。本发明基于多路判决的MSK解调技术通过选取多个采样点的MSK解调数据进行多bit比较判决，在一定程度上降低了误码率，并同时完成多个符号的判断，降低了系统复杂度。

Description

基于多路判决的MSK解调方法、装置、设备和存储介质
技术领域
本发明涉及信号解调技术领域，具体涉及一种基于多路判决的MSK解调方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
最小频移键控（MSK）信号可以看成调频指数为0.5的连续相位频移键控，其与普通2FSK信号差别在于选择的两个频率在一个码元键相位累积严格相差π。MSK信号具有包络恒定和相位连续、频谱利用率高、旁瓣滚降衰减快、易于硬件实现等优点，是现代通信系统中应用较为广泛的调制方式。MSK解调算法的检测能力直接决定了系统的性能。
MSK信号的解调方法，主体上可分为相干解调和非相干解调。相干解调对载波同步要求高，且运算复杂，不适用于猝发的MSK调制的窄脉冲信号解调。而常见的非相干包络检波、差分延迟法等非相干解调方法实现起来简单，且处理速度远远超过相干解调，但误码率性能差。
发明内容
为了解决传统MSK信号解调技术不适用于猝发的MSK调制的窄脉冲信号解调或误码率高的问题，本发明提供了解决上述问题的一种基于多路判决的MSK解调方法、装置、设备和存储介质。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于多路判决的MSK解调方法，包括：
获得MSK基带信号，并保证所述MSK基带信号的采样率为MSK信号的码速率的N倍，且N为大于等于2的整数；
采用一阶差分解调算法对所述MSK基带信号进行解调，得到一阶差分解调后的MSK码字；
对一阶差分解调后的MSK码字进行N倍抽取，得到N路串行数据，并将N路串行数据转换成N路并行数据；
对N路并行数据进行比较判决，得到正确码字。
作为优选实施方式，本发明的获得MSK基带信号，具体为：
对待解调MSK信号进行下变频处理，得到MSK基带信号；
如果下变频后的MSK基带信号采样率不为MSK信号的码速率的整数倍，则将下变频后的MSK基带信号的采样率转换为MSK信号的码速率的整数倍。
作为优选实施方式，本发明的采用一阶差分解调算法对所述MSK基带信号进行解调，具体包括：
将获得的所述MSK基带信号分为IQ两路信号，IQ两路信号的当前值分别延时一个采样点，分别得到I Q两路信号的延时值；
用I路信号的延时值乘以Q路信号的当前值减去Q路信号的延时值乘以I路信号的当前值，得到差分信号；
将差分信号在一个码片内进行积分；
判断积分后的数值，如果积分后的数值大于等于0，则码片为0，否则码片为1。
作为优选实施方式，本发明的对一阶差分解调后的MSK码字进行抽取并转换，具体为：
将一阶差分解调后的码字进行N倍抽取，获得N路串行数据；
将N路串行数据转换成N路多bit的并行数据。
作为优选实施方式，本发明的对N路并行数据进行比较判决，具体为：
将多路并行数据输入到比较判决器中，找出重复次数最多的一组，从而得到正确码字。
第二方面，本发明提出了一种基于多路判决的MSK解调装置，包括：
信号获取模块，用于获得MSK基带信号，并保证所述MSK基带信号的采样率为MSK信号的码速率的N倍，且N为大于等于2的整数；
一阶差分解调模块，采用一阶差分解调算法对所述MSK基带信号进行解调，得到一阶差分解调后的MSK码字；
抽取模块，对一阶差分解调后的MSK码字进行N倍抽取获得N路串行数据，并将N路串行数据转换成N路并行数据；
多路判决模块，对N路并行数据进行比较判决，得到正确码字。
作为优选实施方式，本发明的一阶差分解调模块包括延时器A、延时器B、乘法器A、乘法器B、加法器、积分器和判决器；
其中，延时器A的输入端接MSK基带信号的I路信号，延时器A的输出端接乘法器A的一个输入端，乘法器A的另一个输入端接MSK基带信号的Q路信号；
延时器B的输入端接MSK基带信号的Q路信号，延时器B的输出端接乘法器B的一个输入端，乘法器B的另一个输入端接MSK基带信号的I路信号；
乘法器A和乘法器B的输出端分别接加法器的一个输入端，加法器的输出端接积分器的输入端，积分器的输出端接判决器的输入端，判决器的输出端输出MSK码字。
作为优选实施方式，本发明的信号获取模块包括下变频单元、控制单元和转换单元；
所述下变频单元用于将待解调MSK信号进行下变频处理，得到MSK基带信号；
所述控制单元用于判断MSK基带信号的采样率是否满足要求，如果不满足要求，则控制所述转换单元将下变频后MSK基带信号采样率转换为MSK信号的码速率的整数倍。
第三方面，本发明提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述方法的步骤。
第四方面，本发明提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述方法的步骤。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明采用一阶差分解调技术对MSK基带信号进行解调，实现简单方便，资源消耗小。
本发明基于多路判决的MSK解调技术通过选取多个采样点的MSK解调数据进行多bit比较判决，在一定程度上降低了误码率，并同时完成多个符号的判断，降低了系统复杂度。
本发明基于多路判决的MSK解调技术实现简单，通用性强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明实施例的MSK一阶差分解调原理图。
图2为本发明实施例的方法流程示意图。
图3为本发明实施例的计算机设备原理图。
图4为本发明实施例的系统原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
传统的MSK信号解调方法，例如相干解调技术，其对载波同步要求高，且运算复杂，不适用于猝发的MSK调制的窄脉冲信号解调；而非相干解调技术实现简单，处理速度相较于相干调解更快，但是误码率性能差。基于此，本发明实施例针对载频未知情况下，窄脉冲中MSK信号的解调问题以及误码率性能高的问题，提出了一种基于多路判决的MSK解调方法。本发明实施例提出的解调方法主要包括如下步骤：步骤1，获得MSK基带信号，并保证基带信号的采样率为MSK码速率的N倍，且N为大于等于2的整数，即一个码片包含多个采样点；步骤2，采用一阶差分解调算法对MSK基带信号进行解调，得到一阶差分解调后的MSK码字，实现方式简单方便；步骤3，对一阶差分解调后的MSK码字进行抽取，多路判决，选出正确码元，降低误码率。
其中，MSK一阶差分解调算法原理为：
如图1所示，将IQ两路信号分别延时一个采样点，用I路的延时乘以Q路的当前值减去Q路的延时乘以I路的当前值，得到Y(n)，再将Y(n)在一个码片内进行积分，最后进行判决输出即可得到MSK码字。当调制bit为1时，当前码片相对前一码片的相位增大90°，而调制bit为0时，当前码片相对前一码片的相位减小90°，则可判断相邻码片相位的变化关系实现解调。从图1可以看出这里仅需要两个乘法器和少量逻辑资源即可实现MSK的一阶差分解调。本发明实施例采用一阶差分解调算法，实现简单，资源消耗小。
本发明实施例以一组调制信号为窄脉冲形式的码速率为16Mbps的MSK信号，MSK基带信号的采样率为80M，一个码片内有5个采样点，即N=5为例，对上述提出的MSK解调方法实现过程进行详细说明。如图2所示，具体实现过程如下：
步骤1，对待解调MSK信号进行下变频、滤波等处理获得MSK基带信号，如果下变频后MSK基带信号采样率不为80M，则需要进行抽值、插取、滤波等处理将采样率转换为80M。
步骤2，将获得的MSK基带信号分为IQ两路信号，IQ两路信号分别延时一个采样点，得到I路的延时值I dly 和Q路的延时值Q dly ，用I路的延时乘以Q路的当前值减去Q路的延时乘以I路的当前值，得到Y(n)，再将Y(n)在一个码片内进行积分，即将一个码片内的5个采样点进行累加求和，判断求和后的数值，若该数值大于等于0，则码片为0，反过来该数值小于0，则码片为1，得到MSK一阶差分解调后的码字。
Figure 542568DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure 928550DEST_PATH_IMAGE002
（2）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示I路信号延时一个采样点的延时值，/>
Figure 98501DEST_PATH_IMAGE004
表示Q路信号的当前值，/>
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示Q路信号延时一个采样点的延时值，/>
Figure 962551DEST_PATH_IMAGE006
表示I路信号的当前值；Bit为MSK一阶差分解调后的码字。
步骤3，对一阶差分解调后的码字按N倍抽取，得到N路码字数据：由于一个码片内有5个采样点，因此将MSK一阶差分解调后的码字抽取成5路数据，并将这5路串行信号分别处理成4bit并行数据，依次命名为MSKdata1、MSKdata2、MSKdata3、MSKdata4、MSKdata5。
步骤4，进行多路码字比较判决，得到正确码字：从抽取的5路数据（即MSKdata1-MSKdata5）中找出码字相同次数最多的一组，获得正确码字。比较判决后可能出现如下情况：5路码字都相同、4路码字相同、3路码字相同、2路码字相同、5路码字均不相同。如果出现2路码字相同次数一样以及5路码字均不相同，则选择MSKdata3，由于MSKdata3处于码片的中间采样位置，可靠性较高。本发明实施例通过采用多路判决方式，降低了误码率，并能够同时完成多个符号的判断，降低了系统复杂度，提高了处理效率。
需要说明的是：图2所示仅为一种示例性说明，但不对此进行限定。在另外的可选实施例中，可以根据实际情况，例如根据误码率性能要求和算法复杂度等，设置采样率为码速率的倍数为其他值，从而可以进行其他倍数抽取。
本实施例还提出了一种计算机设备，用于执行本实施例的上述方法。
具体如图3所示，计算机设备包括处理器、内存储器和系统总线；内存储器和处理器在内的各种设备组件连接到系统总线上。处理器是一个用来通过计算机系统中基本的算术和逻辑运算来执行计算机程序指令的硬件。内存储器是一个用于临时或永久性存储计算程序或数据(例如，程序状态信息)的物理设备。系统总线可以为以下几种类型的总线结构中的任意一种，包括存储器总线或存储控制器、外设总线和局部总线。处理器和内存储器可以通过系统总线进行数据通信。其中内存储器包括只读存储器(ROM)或闪存(图中未示出)，以及随机存取存储器(RAM)，RAM通常是指加载了操作系统和计算机程序的主存储器。
计算机设备一般包括一个外存储设备。外存储设备可以从多种计算机可读介质中选择，计算机可读介质是指可以通过计算机设备访问的任何可利用的介质，包括移动的和固定的两种介质。例如，计算机可读介质包括但不限于，闪速存储器(微型SD卡)，CD-ROM，数字通用光盘(DVD)或其它光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备，或者可用于存储所需信息并可由计算机设备访问的任何其它介质。
计算机设备可在网络环境中与一个或者多个网络终端进行逻辑连接。网络终端可以是个人电脑、服务器、路由器、智能电话、平板电脑或者其它公共网络节点。计算机设备通过网络接口（局域网LAN接口）与网络终端相连接。局域网(LAN)是指在有限区域内，例如家庭、学校、计算机实验室、或者使用网络媒体的办公楼，互联组成的计算机网络。WiFi和双绞线布线以太网是最常用的构建局域网的两种技术。
应当指出的是，其它包括比计算机设备更多或更少的子系统的计算机系统也能适用于发明。
如上面详细描述的，适用于本实施例的计算机设备能执行基于多路判决的MSK解调方法的指定操作。计算机设备通过处理器运行在计算机可读介质中的软件指令的形式来执行这些操作。这些软件指令可以从存储设备或者通过局域网接口从另一设备读入到存储器中。存储在存储器中的软件指令使得处理器执行上述的群成员信息的处理方法。此外，通过硬件电路或者硬件电路结合软件指令也能同样实现本发明。因此，实现本实施例并不限于任何特定硬件电路和软件的组合。
实施例2
本发明实施例提出了一种基于多路判决的MSK解调装置，具体如图4所示，该装置包括：
信号获取模块，用于获得MSK基带信号，并保证基带信号的采样率为MSK码速率的N倍，且N为大于等于2的整数，即一个码片包含多个采样点。信号获取模块包括下变频单元控制单元和转换单元等。其中，下变频单元用于将待解调MSK信号进行下变频处理，得到MSK基带信号；控制单元用于判断MSK基带信号的采样率是否满足要求，如果不满足要求，则控制转换单元通过抽值、插取、滤波等处理将下变频后MSK基带信号采样率转换为MSK信号的码速率的整数倍。具体获取过程如上述实施例1中所述，此处不再赘述。
一阶差分解调模块，采用一阶差分解调算法对MSK基带信号进行解调，得到一阶差分解调后的MSK码字。
具体如图1所述，一阶差分解调模块具体包括延时器A、延时器B、乘法器A、乘法器B、加法器、积分器和判决器；其中，延时器A的输入端接MSK基带信号的I路信号，延时器A的输出端接乘法器A的一个输入端，乘法器A的另一个输入端接MSK基带信号的Q路信号；
延时器B的输入端接MSK基带信号的Q路信号，延时器B的输出端接乘法器B的一个输入端，乘法器B的另一个输入端接MSK基带信号的I路信号；
乘法器A和乘法器B的输出端分别接加法器的正输入端和负输入端，加法器的输出端接积分器的输入端，积分器的输出端接判决器的输入端，判决器的输出端输出MSK码字。
抽取模块，对一阶差分解调后的MSK码字进行N倍抽取获得N路数据，并将N路数据转换成N路并行数据。具体抽取过程如上述实施例1中所述，此处不再赘述。该一阶差分解调模块工作原理如上述实施例1中所述，此处不再过多赘述。
多路判决模块，对N路并行数据进行比较判决，找出码字重复次数最多的一组，最终得到正确码字。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于多路判决的MSK解调方法，其特征在于，包括：
获得MSK基带信号，并保证所述MSK基带信号的采样率为MSK信号的码速率的N倍，且N为大于等于2的整数；
采用一阶差分解调算法对所述MSK基带信号进行解调，得到一阶差分解调后的MSK码字；
对一阶差分解调后的MSK码字进行N倍抽取，得到N路串行数据，并将N路串行数据转换成N路并行数据；
对N路并行数据进行比较判决，得到正确码字；
对N路并行数据进行比较判决，具体为：
将多路并行数据输入到比较判决器中，找出重复次数最多的一组，从而得到正确码字；获得MSK基带信号，具体为：
对待解调MSK信号进行下变频处理，得到MSK基带信号；
如果下变频后的MSK基带信号采样率不为MSK信号的码速率的整数倍，则将下变频后的MSK基带信号的采样率转换为MSK信号的码速率的整数倍。
2.根据权利要求1所述的一种基于多路判决的MSK解调方法，其特征在于，采用一阶差分解调算法对所述MSK基带信号进行解调，具体包括：
将获得的所述MSK基带信号分为IQ两路信号，IQ两路信号的当前值分别延时一个采样点，分别得到I Q两路信号的延时值；
用I路信号的延时值乘以Q路信号的当前值减去Q路信号的延时值乘以I路信号的当前值，得到差分信号；
将差分信号在一个码片内进行积分；
判断积分后的数值，如果积分后的数值大于等于0，则码片为0，否则码片为1。
3.根据权利要求1所述的一种基于多路判决的MSK解调方法，其特征在于，对一阶差分解调后的MSK码字进行抽取并转换，具体为：
将一阶差分解调后的码字进行N倍抽取，获得N路串行数据；
将N路串行数据转换成N路多bit的并行数据。
4.一种基于多路判决的MSK解调装置，其特征在于，包括：
信号获取模块，用于获得MSK基带信号，并保证所述MSK基带信号的采样率为MSK信号的码速率的N倍，且N为大于等于2的整数；获得MSK基带信号，具体为：
对待解调MSK信号进行下变频处理，得到MSK基带信号；
如果下变频后的MSK基带信号采样率不为MSK信号的码速率的整数倍，则将下变频后的MSK基带信号的采样率转换为MSK信号的码速率的整数倍；
一阶差分解调模块，采用一阶差分解调算法对所述MSK基带信号进行解调，得到一阶差分解调后的MSK码字；
抽取模块，对一阶差分解调后的MSK码字进行N倍抽取获得N路串行数据，并将N路串行数据转换成N路并行数据；
多路判决模块，对N路并行数据进行比较判决，得到正确码字；
对N路并行数据进行比较判决，具体为：
将多路并行数据输入到比较判决器中，找出重复次数最多的一组，从而得到正确码字。
5.根据权利要求4所述的一种基于多路判决的MSK解调装置，其特征在于，所述一阶差分解调模块包括延时器A、延时器B、乘法器A、乘法器B、加法器、积分器和判决器；
其中，延时器A的输入端接MSK基带信号的I路信号，延时器A的输出端接乘法器A的一个输入端，乘法器A的另一个输入端接MSK基带信号的Q路信号；
延时器B的输入端接MSK基带信号的Q路信号，延时器B的输出端接乘法器B的一个输入端，乘法器B的另一个输入端接MSK基带信号的I路信号；
乘法器A和乘法器B的输出端分别接加法器的一个输入端，加法器的输出端接积分器的输入端，积分器的输出端接判决器的输入端，判决器的输出端输出MSK码字。
6.根据权利要求4所述的一种基于多路判决的MSK解调装置，其特征在于，所述信号获取模块包括下变频单元、控制单元和转换单元；
所述下变频单元用于将待解调MSK信号进行下变频处理，得到MSK基带信号；
所述控制单元用于判断MSK基带信号的采样率是否满足要求，如果不满足要求，则控制所述转换单元将下变频后MSK基带信号采样率转换为MSK信号的码速率的整数倍。
7.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，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1-3中任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3中任一项所述方法的步骤。
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陈雄方.MSK调制解调技术及并行相干解调性能的研究.中国新通信.2016,(第11期),全文. *

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