CN1525712A - 一种频移键控信号的接收处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频移键控(FSK)信号的接收处理方法，一帧一帧地接收FSK信号进行处理，该方法包括：1)对接收信号的电平参数进行实时检测，当接收信号的电平参数超过预定值时，判定收到帧信号，用移相相干解调方式对该帧信号进行解调，并用解调结果幅度零线作为参考线进行信号识别；2)在识别出该帧信号的帧同步头中规定的有规律信号时，对移相相干解调结果进行采样，计算出FSK信号两个频率信号的解调结果幅度平均值；3)以步骤2)得到的平均值作为参考线，对该帧的后续信号进行信号识别。本发明的处理方法，在存在一定的干扰的或信号的两个频率存在一定的电平差的情况下依然能够准确接收和识别，提高了接收的准确性、可靠性。

Description

一种频移键控信号的接收处理方法

技术领域

本发明涉及通信系统中的信号处理技术，特别涉及一种频移键控(FSK)信号的接收处理方法。

背景技术

目前，在通信系统信息交互中，传统的双音多频(DTMF)等信号方式，由于交互速度慢，无法符合现在信息交互对速度的要求，而使用FSK信号方式进行信号交互速度快很多，特别是在传送信息较多的时候，这个优势更加明显，因此通信系统中越来越多地应用了FSK信号方式。

频移键控(Frequency Shift Keying，FSK)信号是一种用于进行高速数据传输的信号。它有多种形式，比较通用的一种形式是BELL202所要求的形式。BELL202所选择的FSK信号是1200Hz和2200Hz的信号，使用1200Hz的信号表示逻辑1，使用2200Hz的信号表示逻辑0。信息传送的波特率为1200波特。

在物理线路上，一帧信号的传送方式参见图1，图1为FSK信号传送方式示意图。图1示意了FSK信号的大致传送过程，假定使用频率为f0的信号表示逻辑1，使用频率为f1的信号表示逻辑0。当传送的信号为101(二进制)的时候，线路上的信号就如图1所示。对于FSK信号的识别方法很多，考虑到实际的情况，通常会选用移相相干解调的方式进行FSK信号的识别。

参见图2、图3，FSK信号是一帧一帧的形式发送的。图2为部分FSK原始信号，从图2中可以看到原先的二进制数据信号已经被疏密相间的频率信号所表示。图3为理想情况下对图2中的FSK信号进行了移相相干解调后的图形，图3中b线为解调结果幅度的绝对零线。显然，这个时候，可以看出解调之后的波形类似于方波信号，可以依此识别接收的信号。例如，如果解调结果的幅度小于或等于0为0，大于0为1，即图3中解调结果幅度在绝对零线下方的信号为0，在绝对零线上方的信号为1，因此可以得到接收的信号从左到右为：0101010100。

FSK信号是一帧一帧的形式间隔发送的，帧的格式参见图4，图4为FSK信号的帧格式，由图4可见，一个完整的消息帧包括：帧同步头和帧数据两部分。帧同步头又包括两个部分：01相间的通道占用信号、由全1组成通道标志信号。帧数据包括多个字节的信号数据。这个格式主要是用在主叫号码识别和固网短信息等方面，在其他的应用领域，例如传真等方面帧格式中的帧同步头会有所区别。

现有的技术通常是对信号进行能量检测，通过接收信号的能量是否达到一定的门限，来判断接收到的信号是否为一帧正常信号，当能量门限之内时，就认为正常接收到一帧FSK信号，就对整帧信号用移相相干解调的方式用解调结果的绝对零线作为参考线进行识别。由于FSK信号在通信过程中会有一些损耗或增益，为了可靠接收，能量门限通常设置比较低，例如将大于或等于-35dBm电平的信号能量定为门限。这样的判决会出现不妥当的情况：例如有效信号电平为-10dBm，此时有噪声，噪声信号为-35dBm，这个电平的噪声信号能量依然在接受的门限范围以内，此时这个信号会被认为是有效信号而影响信号的正常接收。

另外，由于FSK信号是由2个频率的信号组成，这两个频率的信号在通信过程中的损耗或增益情况是不同的。例如，发出信号时频率f0和频率为f1电平都是-10dBm，经过系统传输后，频率为f0信号的电平变为-15dBm，频率为f1信号的电平变为-20dBm，也就是说两频率的信号出现了电平差，这时进行移相相干解调的结果参见图5，图5为FSK信号有电平差时解调后的图形。图5中，b线是解调结果幅度的绝对零线，显然，这个时候，如果还是按照绝对零线——b线来进行识别就很容易出错，信号的一点略微的扰动就会引起错误的识别，例如，图5中H-I信号当前被识别为00，如果信号稍一加强就会超出绝对零线，而会被识别为10或其他错误的结果。

可见，现有技术FSK信号接收处理方法不能保证FSK信号接收的准确性、可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种FSK信号的接收处理方法，提高FSK信号接收的准确性、可靠性。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种频移键控(FSK)信号的接收处理方法，一帧一帧地接收FSK信号进行处理，该方法包括以下步骤：

1)对接收信号的电平参数进行实时检测，如果接收信号的电平参数超过预定值，开始用移相相干解调方式对该信号进行解调，并用解调结果幅度的绝对零线作为参考线进行信号预识别，否则不进行预识别；

2)在识别出该信号为一帧信号的帧同步头中规定的有规律信号时，对移相相干解调结果进行采样，计算出FSK信号两个频率信号解调结果幅度的平均值；

3)以步骤2)得到的平均值作为参考线，对该帧的后续信号进行信号识别。

其中，步骤1)所述的对接收信号的电平参数实时检测，可以采用滑动窗的方法进行。

所述的滑动窗方法可以为：以N个样点作为一个窗口，在一时刻，窗内的样点为x(1)....x(N)，检测窗内的电平参数，下一时刻，窗内的样点是x(2)....x(N+1)，此时电平参数为原窗内的电平参数减去x(1)，再加上x(N+1)后的电平参数。

所述的电平参数检测可以为：信号能量检测，或信号幅度平均值检测。

所述的识别有规律信号可以为：识别帧同步头中代表通道占用信号的01相间的信号序列。

步骤1)所述的预定值，可以根据信号在传输过程中出现损耗的情况预先设定的。

步骤2)所述的识别帧同步头的过程可以进一步包括，再次对接收的信号进行电平参数检测，根据电平参数检测结果对接收的信号进行自动增益控制，当信号电平高时，降低信号电平；当信号电平低时，提高信号电平。

步骤3)所述对该帧的后续信号进行信号识别的过程可以进一步包括，根据接收信号的帧结构，分别判别出该帧信号中的通道标志信号和帧数据。

由上述的发明方案可见，本发明的这种FSK信号的接收处理方法，通过两次信号跟踪的方式，在存在一定的干扰的情况下依然能够可靠的进行接收和识别。同时，本发明还针对信号发送的特点，进行了参考线的计算，从而保证了在信号的两个频率存在一定的电平差的情况下依然能够准确接收和识别，提高了FSK信号接收的准确性、可靠性。

附图说明

图1为FSK信号传送方式示意图；

图2为部分FSK原始信号图；

图3为理想情况下对图2中的FSK信号进行了移相相干解调后的图形；

图4为FSK信号的帧格式；

图5为FSK信号有电平差时解调后的图形；

图6为本实施例对FSK信号的接收具体流程示意图；

图7为初始接收的FSK信号示意图。

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，对本发明进一步详细说明。

本发明主要是利用FSK信号帧同步头中协议规定的，有规律排列的固定信号的特点，用移相相干解调的方式对信号进行接收处理。

以下以图4所示帧格式的FSK信号的接收处理方法为实施例进行具体说明。

参见图4所示FSK信号的帧格式，本实施例是利用了其帧同步头中的01相间的通道占用信号来实现。其他应用方面的帧格式会有所区别，例如传真等方面帧格式就与图4不完全相同，这时，实现的方法只要根据其帧同步头中有规律排列的固定信号进行相应的变化。变化以后，还是可以用本发明的方法进行接收处理。

参见图6，本实施例对FSK信号的接收过程具体为：

首先，步骤601，对接收信号的电平参数进行实时的检测，判断电平参数是否超过预定值。电平参数检测可以是对信号能量的检测也可以是对信号幅度的平均值进行检测，本实施例中是对信号的能量进行检测。根据信号在传输过程中可能有损耗或增益的情况，设置能量门限，设置的方法与现有技术相同，当能量达到门限范围内时，即判定收到一帧信号的开始信号，并记录下这时的能量值，用于信号能量滑动窗检测，这里进行的是对信号的第一次跟踪。

其中，实时能量检测的方法采用滑动窗的方法，也可以采用其他方法，但是采用滑动窗的方法可以使能量值波动不大，在能量值更新时，保证平滑，逐步更新，防止能量值跳变对系统稳定性的影响。

滑动窗的处理方法如下：例如，窗长为20点，那么，在某一时刻，窗内的样点为x(1)....x(20)，记录窗内的能量值，下一时刻，窗内的样点是x(2)....x(21)，此时能量值为上个窗内的能量值减去x(1)，再加上x(21)后的能量值，这样采用的就是滑动的方法。如果下一时刻，窗内样点为x(21)...x(40)，就不是用的滑动窗的方法，可能出现能量值的跳变，所以本实施例没有采用该方法。

如果超过了预定值，则执行步骤602，对能量达到门限范围内信号，使用移相相干解调的方式开始进行预识别；否则不对收到的信号进行识别。当预识别发现线路上是一帧信号帧同步头中的01序列时，再计算一次线路信号的能量，并记录下这时的能量值。这个值将作为线路能量的真实值，用于增益控制。注意，由于占用信号01序列是有规律的固定信号，它的识别相对容易，因此，此时虽然还没有完成线路信号的跟踪，但是用移相相干解调结果幅度的绝对零线进行识别还是能够判决出01序列。

采用上述的方法在存在一定的噪声干扰情况下，可以有效的提高识别是否为一帧FSK开始信号的准确度。图7为初始接收的FSK言号示意图。用上述滑动窗的方法可以识别出，图7中b以后是真实的FSK信号开始的信号，为了画图简单起见没有画出信号的频率的差异，因为需要进行增益控制的问题需要计算当前的信号能量值。

由于在实际应用中，要求接收器接收的电平范围很大，因此，通常采用一个较低的门限来进行，以满足电平低时的要求。如果这个时候噪声的电平比较高，例如ab段如果超过-35dBm的能量值，就会通过门限。这个时候如果将这段信号的能量当作是信号的真实能量，就会出现问题，因此当识别出来是01信号时，需要再进行一次能量的计算，这个时候得到的能量值就很准确了。这个能量值用于进行自动增益控制。这样就实现了当信号存在一定的噪声的情况下对信号能量准确的跟踪。

通常为了实现信号在一定的幅度范围内都能够准确地接收，都需要做某种形式的自动增益控制(AGC)，得到准确的能量值对于进行有效的AGC也很有好处，本实施例在01序列处理开始就对信号进行了AGC，即信号电平高时，降低信号电平；信号电平低时，提高信号电平。这样，可以提高信号识别的准确性。

当判决发现当前是01同步头的时候，执行步骤603，对移相相干解调结果采样一段连续样点计算出FSK信号两个频率信号解调结果幅度的一个平均值，将这个平均值作为后续进行识别的参考线。当频率为f0和f1的信号存在电平差时，移相相干解调之后的结果可能如图5所示，图5中b线是解调结果幅度的绝对零线，显然，这个时候，如果还是按照绝对零线来进行识别就很容易出错，信号的一点略微的扰动就会引起接收的异常。图5中，a线是01信号解调结果幅度的一个平均值线，显然，本发明使用a线作为参考线进行识别，对于信号来说能够准确的得到结果，同时也可以大大的提高噪声的容限，保证信号存在一定的电平差的时候还能够实现可靠的信号接收。

平均值计算完成以后，就执行步骤604，使用这个平均值来对一帧中的后续信号进行识别，得到具体的帧数据信息。

以下按照帧结构来说明一帧信号的接收过程。由图4所示的帧结构看出，在帧同步头01相间的通道占用信号后，是全1组成的通道标志信号，然后是帧数据，每个字节帧数据以0开头、1结尾。根据这样的帧结构，接收一帧信号的过程包括以下三个步骤：

步骤1、接收预定数量的01，例如发送方发送了50对01信号，接收端如果连续收到20对01信号，则判定为收到了通道占用信号，接收的数量根据实际发送的数量来定；

步骤2、收到连续的1后，进行记录，当收到预定数量的1时，例如发送方发送了80个1信号，接收端如果连续收到50个1信号，则判定为收到了通道标志信号，接收的数量也根据实际发送的数量来定；

步骤3、收到0后，判定其后8个信号为一个字节帧数据，再收到1时则判定该字节数据接收完毕，依次类推直到接收完一整帧数据。

本实施例充分利用了FSK信号传送的帧结构的特点，将接收的过程也进行适当的划分。另外，在实际的接收实践中，信道的占用信息01序列的接收通常是相当可靠的，而且，由于这个01序列本身有一个平均的意义，因此，在这个序列接收的过程中计算信号的能量，也在这个阶段进行参考零点的计算，这样可以不影响01序列的接收，并且能够提高后续信号接收的可靠性。

由上述的实施例可见，本发明的这种FSK信号的接收处理方法充分考虑的信号发送的特点，通过两次信号跟踪的方式，在存在一定的干扰的情况下依然能够可靠的进行接收和识别。同时，本发明还针对信号发送的特点，进行了参考线的计算，从而保证了在信号的两个频率存在一定的电平差的情况下依然能够准确接收和识别，提高了FSK信号接收的准确性、可靠性。

Claims (8)

1、一种频移键控(FSK)信号的接收处理方法，一帧一帧地接收FSK信号进行处理，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)对接收信号的电平参数进行实时检测，如果接收信号的电平参数超过预定值，开始用移相相干解调方式对该信号进行解调，并用解调结果幅度的绝对零线作为参考线进行信号预识别，否则不进行预识别；

2)在识别出该信号为一帧信号的帧同步头中规定的有规律信号时，对移相相干解调结果进行采样，计算出FSK信号两个频率信号解调结果幅度的平均值；

3)以步骤2)得到的平均值作为参考线，对该帧的后续信号进行信号识别。

2、如权利要求1所述的接收处理方法，其特征在于：步骤1)所述的对接收信号的电平参数实时检测，采用滑动窗的方法进行。

3、如权利要求2所述的接收处理方法，其特征在于，所述的滑动窗方法为：以N个样点作为一个窗口，在一时刻，窗内的样点为x(1)....x(N)，检测窗内的电平参数，下一时刻，窗内的样点是x(2)....x(N+1)，此时电平参数为原窗内的电平参数减去x(1)，再加上x(N+1)后的电平参数。

4、如权利要求1、2或3所述的接收处理方法，其特征在于，所述的电平参数检测为：信号能量检测，或信号幅度平均值检测。

5、如权利要求1所述的接收处理方法，其特征在于，所述的识别有规律信号为：识别帧同步头中代表通道占用信号的01相间的信号序列。

6、如权利要求1所述的接收处理方法，其特征在于：步骤1)所述的预定值，是根据信号在传输过程中出现损耗的情况预先设定的。

7、如权利要求1所述的接收处理方法，其特征在于：步骤2)所述的识别帧同步头的过程进一步包括，再次对接收的信号进行电平参数检测，根据电平参数检测结果对接收的信号进行自动增益控制，当信号电平高时，降低信号电平；当信号电平低时，提高信号电平。

8、如权利要求1所述的接收处理方法，其特征在于：步骤3)所述对该帧的后续信号进行信号识别的过程进一步包括，根据接收信号的帧结构，分别判别出该帧信号中的通道标志信号和帧数据。

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