基于軟件無線電的通用數字解調方案研究

摘要：介紹一種基于軟件無線電通用數字解調方法，它屬于非相干解調。該方法是對FSK過零檢測法的進一步擴展，能夠對多種二進制數字信號進行解調。通過對信號幅度的靈活分步處理，將不同的碼元對應為少數的幾個數字，實現對數字信號的解調。該算法完全從時域著手，方法簡單，運算量小。對FSK，ASK，PSK可以實現精確解調，對MSK信號的解調會出現一定誤碼率。
關鍵詞：同幅度值信息提取；通用數字解調；非相干；軟件無線電

0 引言
軟件無線電的一個重要思想就是在通用的平臺上用軟件分離和解調各種制式的信號。因此一種高效、通用、簡單的解調方式是實現軟件無線電的重要方面。
本文從信號的時域著手，對信號的等幅值進行分析，利用信號等幅值信息提取信號特征以達到解調現有的各種正弦波二進制數字信號的目的。正弦波調制信號在單個碼元內是穩(wěn)定的，在碼元交替時刻存在過渡帶，利用信號等幅值特性可以有效的消除過渡帶的影響，從而正確、高效的解調出信號碼元。解調過程方法簡單，容易實現，相比其他解調方式計算量小，可以達到實時的目的。

1 方法概述
1．1 同幅度值信息提取法
在軟件無線電方案中，將采取完全數字化的方式進行解調。由FSK信號的過零檢測法推廣出一種利用同幅度值信號來解調多種調制信號的通用解調方法。首先利用ADC對接收到的調制信號進行采樣，然后根據調制方式對采樣到的數據進行相應的同幅度值信息提取，從而得到一個新的序列，然后將序列中的數字前后相減得到相臨的同幅度之間的序號差值，通過分析該序列中的數值大小變化情況就可以實現數字解調。
定義一個變量——等幅值線：過正弦波同一幅值A1的直線為正弦波的等幅值線L。如圖1所示。直線L為正弦波在幅值A1處的等幅值線。
以MSK的信號幅度值提取法解調為例來說明問題。這里使用MSK信號幅值為An處的等幅值線。

設MSK信號為：

式中：A是信號的振幅；fc為信號載頻；S為波特率，單位：b／s；φn為信號碼元過對應的相位。對上面的MSK信號進行帶通抽樣，頻率為fs，fs≥2B，B為MSK信號的帶寬，抽樣得到采樣序列：

對帶通信號序列s(n)進行k(后根據下變頻的倍數確定)倍抽取得到序列s1(m)，以得到比較滿意的下變頻結果：

數組jilu(n)記錄了數值為“1”的值在數組s2(m)中對應的數組序號。如果s2(m)=1，則jilu(n)=m，設數組jilu(n)的長度為H，其中m=1，2，…，N／k，H≤N／k。序列chazhi(n)保存數組jilu(n)中前后兩個數的差值：
chazhi(k)=jilu(n)-jilu(n-1)，k=1，2，…，H-1
去掉數組chazhi(n)中小于2的數字并保存其他數字在數組chazhi1(n)中。H1為數組chazhi1(n)的長度。如果chazhi(k)>2，k=1，2，…，H-1，那么chazhi1(n)=chazhi(k)。
設碼元的數目為Q，chazhi1(n)序列的長度為N1，此時有N!>Q。經過大量的實驗測試，根據數據分析可得，一般情況下對于MSK信號N1不會超過Q的10倍。這樣通過較少的數據就可以解調出碼元。解調的原則為不同頻率的正弦波在相同的采樣點內零點數目不同，通過不同數目的比較就可以正確解調出碼元。
圖2是MSK信號利用等幅值信息解調的框圖，A1，A2，…，A21為波形中零點所對應的序列值，Am-An為相臨兩個An點的差值(這里An=0)，也就是兩個零點的距離，其中m=n+1，Am-An實際上記錄了正弦波的頻率信息和信號的波特率。相同碼元內Am-An是相同的，不同的碼元之間Am-An是不同的，碼元過渡帶處的Am-An不同于碼元穩(wěn)定時刻Am-An，可以將其剔除或是歸到碼元穩(wěn)定部分。通過實驗測試這樣做不影響數據的解調。將解調出的一系列Am-An相同的作為一組，得到以下序列B1B2B3b4B5…Bn，Bi為第i組數據的零點距離Am-An的個數。