摘要：介紹一種基于軟件無線電通用數(shù)字解調(diào)方法，它屬于非相干解調(diào)。該方法是對(duì)FSK過零檢測(cè)法的進(jìn)一步擴(kuò)展，能夠?qū)Χ喾N二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。通過對(duì)信號(hào)幅度的靈活分步處理，將不同的碼元對(duì)應(yīng)為少數(shù)的幾個(gè)數(shù)字，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的解調(diào)。該算法完全從時(shí)域著手，方法簡(jiǎn)單，運(yùn)算量小。對(duì)FSK，ASK，PSK可以實(shí)現(xiàn)精確解調(diào)，對(duì)MSK信號(hào)的解調(diào)會(huì)出現(xiàn)一定誤碼率。
關(guān)鍵詞：同幅度值信息提取；通用數(shù)字解調(diào)；非相干；軟件無線電

0 引言
    軟件無線電的一個(gè)重要思想就是在通用的平臺(tái)上用軟件分離和解調(diào)各種制式的信號(hào)。因此一種高效、通用、簡(jiǎn)單的解調(diào)方式是實(shí)現(xiàn)軟件無線電的重要方面。
    本文從信號(hào)的時(shí)域著手，對(duì)信號(hào)的等幅值進(jìn)行分析，利用信號(hào)等幅值信息提取信號(hào)特征以達(dá)到解調(diào)現(xiàn)有的各種正弦波二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的目的。正弦波調(diào)制信號(hào)在單個(gè)碼元內(nèi)是穩(wěn)定的，在碼元交替時(shí)刻存在過渡帶，利用信號(hào)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(diào)出信號(hào)碼元。解調(diào)過程方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，相比其他解調(diào)方式計(jì)算量小，可以達(dá)到實(shí)時(shí)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(shù)字化的方式進(jìn)行解調(diào)。由FSK信號(hào)的過零檢測(cè)法推廣出一種利用同幅度值信號(hào)來解調(diào)多種調(diào)制信號(hào)的通用解調(diào)方法。首先利用ADC對(duì)接收到的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行采樣，然后根據(jù)調(diào)制方式對(duì)采樣到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的同幅度值信息提取，從而得到一個(gè)新的序列，然后將序列中的數(shù)字前后相減得到相臨的同幅度之間的序號(hào)差值，通過分析該序列中的數(shù)值大小變化情況就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字解調(diào)。
    定義一個(gè)變量——等幅值線：過正弦波同一幅值A(chǔ)1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A(chǔ)1處的等幅值線。
    以MSK的信號(hào)幅度值提取法解調(diào)為例來說明問題。這里使用MSK信號(hào)幅值為An處的等幅值線。

    設(shè)MSK信號(hào)為：
   
    式中：A是信號(hào)的振幅；fc為信號(hào)載頻；S為波特率，單位：b／s；φn為信號(hào)碼元過對(duì)應(yīng)的相位。對(duì)上面的MSK信號(hào)進(jìn)行帶通抽樣，頻率為fs，fs≥2B，B為MSK信號(hào)的帶寬，抽樣得到采樣序列：
   
    對(duì)帶通信號(hào)序列s(n)進(jìn)行k(后根據(jù)下變頻的倍數(shù)確定)倍抽取得到序列s1(m)，以得到比較滿意的下變頻結(jié)果：

    數(shù)組jilu(n)記錄了數(shù)值為“1”的值在數(shù)組s2(m)中對(duì)應(yīng)的數(shù)組序號(hào)。如果s2(m)=1，則jilu(n)=m，設(shè)數(shù)組jilu(n)的長(zhǎng)度為H，其中m=1，2，…，N／k，H≤N／k。序列chazhi(n)保存數(shù)組jilu(n)中前后兩個(gè)數(shù)的差值：
    chazhi(k)=jilu(n)-jilu(n-1)，k=1，2，…，H-1
    去掉數(shù)組chazhi(n)中小于2的數(shù)字并保存其他數(shù)字在數(shù)組chazhi1(n)中。H1為數(shù)組chazhi1(n)的長(zhǎng)度。如果chazhi(k)>2，k=1，2，…，H-1，那么chazhi1(n)=chazhi(k)。
    設(shè)碼元的數(shù)目為Q，chazhi1(n)序列的長(zhǎng)度為N1，此時(shí)有N!>Q。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，根據(jù)數(shù)據(jù)分析可得，一般情況下對(duì)于MSK信號(hào)N1不會(huì)超過Q的10倍。這樣通過較少的數(shù)據(jù)就可以解調(diào)出碼元。解調(diào)的原則為不同頻率的正弦波在相同的采樣點(diǎn)內(nèi)零點(diǎn)數(shù)目不同，通過不同數(shù)目的比較就可以正確解調(diào)出碼元。
    圖2是MSK信號(hào)利用等幅值信息解調(diào)的框圖，A1，A2，…，A21為波形中零點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的序列值，Am-An為相臨兩個(gè)An點(diǎn)的差值(這里An=0)，也就是兩個(gè)零點(diǎn)的距離，其中m=n+1，Am-An實(shí)際上記錄了正弦波的頻率信息和信號(hào)的波特率。相同碼元內(nèi)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(shí)刻Am-An，可以將其剔除或是歸到碼元穩(wěn)定部分。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試這樣做不影響數(shù)據(jù)的解調(diào)。將解調(diào)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(shù)據(jù)的零點(diǎn)距離Am-An的個(gè)數(shù)。
    
    設(shè)Bo≥Bp則Bo對(duì)應(yīng)于一個(gè)碼元1，Bp對(duì)應(yīng)于一個(gè)碼元0。于是有奇數(shù)位Bn對(duì)應(yīng)的碼元為1，個(gè)數(shù)為Bn／Bo，這樣就可以正確的解調(diào)出碼元。

1．2 同幅度值信號(hào)提取方法的推廣
    同幅度值信號(hào)提取方法不僅可以應(yīng)用在MSK，ASK和FSK信號(hào)的解調(diào)當(dāng)中，還可以進(jìn)一步推廣到PSK信號(hào)的解調(diào)中。這樣MSK，ASK，F(xiàn)SK，PSK這4類的調(diào)制信號(hào)可以統(tǒng)一使用同幅度值信號(hào)提取法進(jìn)行解調(diào)，對(duì)于不同的調(diào)制方式，區(qū)別是對(duì)最后得到的零值序列處理的方式不同。
同幅度值信號(hào)提取法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為，不僅可以通過記錄零點(diǎn)處序列的序號(hào)來解調(diào)數(shù)據(jù)，而且可以取不同幅值處的等幅值線。該處理方式增加了處理中的靈活性。
    例如對(duì)于PSK信號(hào)的解調(diào)當(dāng)中可以取小于零的等幅值線。利用等幅度值信息提取法解調(diào)，可以得到三種類型的序號(hào)差值，在碼元交替的地方，差值出現(xiàn)最大和最小兩種情況，碼元穩(wěn)定部分序號(hào)差值介于碼元交替時(shí)出現(xiàn)的信號(hào)差值。分析差值的變化情況解調(diào)出碼元。碼元的個(gè)數(shù)確定同上一致。如圖3所示。

    圖3中，△1和△2記錄了碼元交替的信息，而△3和△4則記錄了在碼元穩(wěn)定區(qū)域的信息，通過對(duì)△1和△2之間個(gè)數(shù)的判定來得到碼元的個(gè)數(shù)解調(diào)出的碼元為11100101。

2 實(shí)際應(yīng)用
    所有的正弦波調(diào)制方式中MSK是最難解調(diào)的，本文在基于軟件無線電的電力通信系統(tǒng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中成功地使用了該方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)MSK信號(hào)的
解調(diào)。圖4是對(duì)MSK信號(hào)的整個(gè)處理流程。測(cè)試當(dāng)中發(fā)送的數(shù)字為123…91122…99。

    實(shí)驗(yàn)階段電臺(tái)發(fā)送信號(hào)波特率為2 400，碼元采用差分曼徹斯特編碼。下變頻好的信號(hào)波形如圖5所示。這里取幅度值A(chǔ)n=0處的等幅值線。
    利用同幅度值信號(hào)提取法得到的同幅度間隔值見表1。

    區(qū)間[≤18]內(nèi)的數(shù)表示碼元“1”，區(qū)間[≥19]之間的數(shù)字表示碼元“0”。其中1或2或3個(gè)數(shù)字m，m∈[≤18]代表一個(gè)碼元“1”，1或2或3個(gè)m，m∈[≥19]代表一個(gè)碼元“0”(其中當(dāng)連續(xù)的三個(gè)m都大于20的時(shí)候代表兩個(gè)1)，m是表1中的數(shù)值。
    按照此標(biāo)準(zhǔn)得到的碼元101100101O11010101001101010010101011。按照差分曼徹斯特編碼解碼得到的是011001000110010001，對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)字是2，2。
    截取其中的一段數(shù)據(jù)來說明結(jié)果。解調(diào)出的碼元和數(shù)據(jù)如表2所示，與所發(fā)送的碼元完全一致。

3 結(jié)語
    本研究采用了無反饋的解調(diào)結(jié)構(gòu)，該方法計(jì)算量小，可以滿足部分實(shí)時(shí)工作的需要。同時(shí)，利用該方法可以完成多種數(shù)字調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，具有通用解調(diào)的特點(diǎn)，很適合在軟件無線電方案中運(yùn)用。該方法也存在著局限：必須在載噪比較大的信道中才保持良好的解調(diào)效果；對(duì)于多進(jìn)制信號(hào)的解調(diào)識(shí)別率有待提高。