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FSK過零檢測法的進一步擴展，能夠?qū)Χ喾N二進制數(shù)字信號進行解調(diào)。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(shù)的幾個數(shù)字，實現(xiàn)對數(shù)字信號的解調(diào)。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(xiàn)精確解調(diào)，對MSK信號的解調(diào)會出現(xiàn)一定誤碼率。
關鍵詞：同幅度值信息提??；通用數(shù)字解調(diào)；非相干；軟件無線電

0 引言
    軟件無線電的一個重要思想就是在通用的平臺上用軟件分離和解調(diào)各種制式的信號。因此一種高效、通用、簡單的解調(diào)方式是實現(xiàn)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(diào)現(xiàn)有的各種正弦波二進制數(shù)字信號的目的。正弦波調(diào)制信號在單個碼元內(nèi)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(diào)出信號碼元。解調(diào)過程方法簡單，容易實現(xiàn)，相比其他解調(diào)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(shù)字化的方式進行解調(diào)。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(diào)多種調(diào)制信號的通用解調(diào)方法。首先利用ADC對接收到的調(diào)制信號進行采樣，然后根據(jù)調(diào)制方式對采樣到的數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)值大小變化情況就可以實現(xiàn)數(shù)字解調(diào)。
    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(diào)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(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)中對應的數(shù)組序號。如果s2(m)=1，則jilu(n)=m，設數(shù)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(shù)組jilu(n)中前后兩個數(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)的長度。如果chazhi(k)>2，k=1，2，…，H-1，那么chazhi1(n)=chazhi(k)。
    設碼元的數(shù)目為Q，chazhi1(n)序列的長度為N1，此時有N!>Q。經(jīng)過大量的實驗測試，根據(jù)數(shù)據(jù)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(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內(nèi)零點數(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信號利用等幅值信息解調(diào)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(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(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)的零點距離Am-An的個數(shù)。
    
    設Bo≥Bp則Bo對應于一個碼元1，Bp對應于一個碼元0。于是有奇數(shù)位Bn對應的碼元為1，個數(shù)為Bn／Bo，這樣就可以正確的解調(diào)出碼元。

1．2 同幅度值信號提取方法的推廣
    同幅度值信號提取方法不僅可以應用在MSK，ASK和FSK信號的解調(diào)當中，還可以進一步推廣到PSK信號的解調(diào)中。這樣MSK，ASK，F(xiàn)SK，PSK這4類的調(diào)制信號可以統(tǒng)一使用同幅度值信號提取法進行解調(diào)，對于不同的調(diào)制方式，區(qū)別是對最后得到的零值序列處理的方式不同。
同幅度值信號提取法的另一個優(yōu)點為，不僅可以通過記錄零點處序列的序號來解調(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。
    例如對于PSK信號的解調(diào)當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)定部分序號差值介于碼元交替時出現(xiàn)的信號差值。分析差值的變化情況解調(diào)出碼元。碼元的個數(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△1和△2之間個數(shù)的判定來得到碼元的個數(shù)解調(diào)出的碼元為11100101。

2 實際應用
    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)測項目中成功地使用了該方法實現(xiàn)了對MSK信號的
解調(diào)。圖4是對MSK信號的整個處理流程。測試當中發(fā)送的數(shù)字為123…91122…99。

    實驗階段電臺發(fā)送信號波特率為2 400，碼元采用差分曼徹斯特編碼。下變頻好的信號波形如圖5所示。這里取幅度值An=0處的等幅值線。
    利用同幅度值信號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個數(shù)字m，m∈[≤18]代表一個碼元“1”，1或2或3個m，m∈[≥19]代表一個碼元“0”(其中當連續(xù)的三個m都大于20的時候代表兩個1)，m是表1中的數(shù)值。
    按照此標準得到的碼元101100101O11010101001101010010101011。按照差分曼徹斯特編碼解碼得到的是011001000110010001，對應的十六進制數(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，該方法計算量小，可以滿足部分實時工作的需要。同時，利用該方法可以完成多種數(shù)字調(diào)制信號的解調(diào)，具有通用解調(diào)的特點，很適合在軟件無線電方案中運用。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；對于多進制信號的解調(diào)識別率有待提高。