一种FSK移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法

一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法
技术领域
1.本发明涉及fsk移动通信技术领域，具体为一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法。


背景技术：

2.fsk是目前移动通信系统中广泛采用的一种调制方式。由于采用这种体制的通信双方是移动的，所以在接收信号中会出现多普勒频率分量。另外由于常采用非相干接收，所以接收信号中也不可避免地会出现载波频偏。经正交混频、滤波、鉴相及鉴频后的最后信号形式可表示为：
3.r(t)＝k1δf+k2s(t)
4.其中δf为多普勒频率和载波频偏之和，若δf恒定(一般其变化缓慢)，δf在接收信号r(t)中呈现为一个近似直流电平，如果不消除该直流分量，而直接进行积分判决，则会大大增加误码率。
5.目前采用的解调方法一般是锁相鉴频法和正交变换鉴频/高通滤波法，锁相鉴频法结构复杂，要求锁相环路带宽需大于调制带宽，影响其高速调制信号解调性能，但其不存在接收信号附加直流分量问题，锁相鉴频法对于高速调制信号锁相环路带宽需很大，其解调门限改善将大为减小，另外锁相鉴频是一种有条件的近似线性解调，其幅度有一定的失真，这会影响成形滤波器的应用效果；正交变换鉴频/高通滤波法结构复杂度一般，其对接收信号附加直流电平的处理是采用高通滤波器对r(t)进行滤波，去除直流分量。但该方法对长0或长1信号，会出现接收信号高低电平幅度相差较大的情况，会影响接收性能，另外高通滤波器阶数要求很高，不易实现。


技术实现要素：

6.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，以解决现有技术中由于多普勒频率和载波频偏引起的近似直流分量所造成的误码率增大的技术问题。
7.本发明是通过以下技术方案来实现：
8.一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，将经过正交变换及鉴频的数据流进行分段处理，并将每段数据流依次输入至存储长度为n的fifo存储器内；
9.计算得到输入至fifo存储器内的数据流的直流电平偏移，并根据直流电平偏移的大小，对该数据流进行补偿处理，消除直流电平偏移。
10.优选的，每段数据流的长度均与fifo存储器的存储长度相同。
11.优选的，每段数据流在fifo存储器内为依次输入和输出，即上一端数据流在fifo存储器内输出一个数据的同时下一个数据流在fifo存储器内输入一个数据。
12.优选的，fifo存储器内的数据流的直流电平偏移的计算过程如下：
13.s1，将输入至fifo存储器内的数据流分类为正信号能量类和负信号能量类，并对
正信号能量类和负信号能量类分别计数得到为正信号能量类计数值和负信号能量类计数值；
14.s2，对正信号能量类数据和负信号能量数据分别累加求和得到正信号总能量和负信号总能量；
15.s3，获取正信号能量类数据点数和负信号能量类数据点数，并通过正信号总能量和负信号总能量分别计算得到正信号能量类计算能量均值和负信号能量类计算能量均值；
16.s4，通过正信号能量类计算能量均值和负信号能量类计算能量均值计算得到原始信号能量均值，根据原始信号能量均值大小对该数据流进行补偿处理。
17.进一步的，s1中，将输入至fifo存储器内的数据流分类的具体过程如下：
18.判断数据流中的数据大小，其中数据流中大于0的数据为正信号能量类s1(n)；数据流中小于0的数据为负信号能量类s0(n)；数据流中等于0的数据同s1(n)、s0(n)一样进入fifo存储器内；分别对正信号能量类s1(n)和负信号能量类s0(n)计数得到正信号能量类计数值为ak1和负信号能量类计数值为ak0。
19.进一步的，s2中，正信号能量类数据进行累加求和得到正信号总能量的公式如下：
20.as1＝as1+s1(n)
21.负信号能量类数据进行累加求和得到负信号总能量的公式如下：
22.as0＝as0+s0(n)
23.其中，as1为正信号总能量；s1(n)为正信号能量类；as0为正信号总能量；s0(n)为正信号能量类。
24.进一步的，s3中，当数据流的第n-1个数据进入fifo存储器内时，fifo存储器容量充满，即输入数据总数为n时，得到正信号能量类数据点数k1和负信号能量类数据点数k0，即k1+k0+k2＝n；k1＝ak1；k0＝ak0；其中k2为数据等于0的点数。
25.更进一步的，正信号能量类计算能量均值的计算公式为：
26.av1＝as1/k1
27.负信号能量类计算能量均值的计算公式为：
28.av0＝as0/k0
29.其中，as1为正信号总能量；k1为正信号能量类数据点数；as0为正信号总能量；k0为负信号能量类数据点数。
30.更进一步的，s4，通过正信号能量类计算能量均值和负信号能量类计算能量均值计算得到原始信号能量均值的公式如下：
31.av10＝av1+av0；
32.其中，av1为正信号能量类计算能量均值；av2为负信号能量类计算能量均值；av10为原始信号能量均值；
33.如果k1或k2等于0，则av10直接等于前一段信号能量均值；
34.根据原始信号能量均值大小对该数据流进行补偿处理，其中当原始信号能量均值等于0；数据流无频偏；当原始信号能量均值不等于0；数据流存在频偏。
35.优选的，对该数据流进行补偿处理的过程如下：
36.对完全进入fifo存储器的前段数据流进行补偿处理，当下一段数据流的数据进入fifo存储器的同时前段数据流从fifo存储器移出，移出数据记为br(n)，数据br(n)进行补
偿处理，具体公式如下：
37.dr(n)＝br(n)-av10
38.其中，br(n)为原始移出数据；av10为原始信号能量均值；dr(n)为补偿处理后数据；
39.当av10＝0时，dr(n)＝br(n)，频偏引起的直流电平被消除。
40.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
41.本发明提供了一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，采用正交变换鉴频法，去除由多普勒频率和载波频偏引起的、存在于数据流中的近似直流分量，采用分段补偿校准，即采用分段能量积分计算得到该段正负信号能量均值之和，并补偿该段信号，从而去除直流分量，同时降低了因出现载波频偏以及近似直流分量所引起的误码率；本发明充分利用了数字信号处理的特性，克服了传统方法的实现复杂性，尤其对长0或长1信号，不会出现接收信号高低电平幅度相差较大的情况，提高了接收信号质量。
附图说明
42.图1为本发明fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏去除方法的流程图；
43.图2为本发明数据流进入fifo存储器的示意图。
具体实施方式
44.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
45.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
46.本发明的目的在于提供一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，以解决现有技术中由于多普勒频率和载波频偏引起的近似直流分量所造成的误码率增大的技术问题。
47.具体的，本发明提供的一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，包括如下步骤：
48.步骤1，将经过正交变换及鉴频的数据流进行分段处理，并将每段数据流依次输入至存储长度为n的fifo存储器内；
49.步骤2，计算得到输入至fifo存储器内的数据流的直流电平偏移，并根据直流电平偏移的大小，对该数据流进行补偿处理，消除直流电平偏移。
50.具体的，每段数据流的长度均与fifo存储器的存储长度相同，其中每段数据流在fifo存储器内为依次输入和输出，即上一端数据流在fifo存储器内输出一个数据的同时，下一个数据流在fifo存储器内输入一个数据。
51.具体的，fifo存储器内的数据流的直流电平偏移的计算过程如下：
52.s1，将输入至fifo存储器内的数据流分类为正信号能量类和负信号能量类，并对正信号能量类和负信号能量类分别计数得到为正信号能量类计数值和负信号能量类计数
值；
53.具体的，将输入至fifo存储器内的数据流分类的具体过程如下：
54.判断数据流中的数据大小，其中数据流中大于0的数据为正信号能量类s1(n)；数据流中小于0的数据为负信号能量类s0(n)；数据流中等于0的数据存储在fifo存储器内；分别对正信号能量类s1(n)和负信号能量类s0(n)计数得到正信号能量类计数值为ak1和负信号能量类计数值为ak0。
55.s2，对正信号能量类数据和负信号能量数据分别累加求和得到正信号总能量和负信号总能量；
56.具体的，正信号能量类数据进行累加求和得到正信号总能量的公式如下：
57.as1＝as1+s1(n)
58.负信号能量类数据进行累加求和得到负信号总能量的公式如下：
59.as0＝as0+s0(n)
60.其中，as1为正信号总能量；s1(n)为正信号能量类；as0为正信号总能量；s0(n)为正信号能量类。
61.s3，获取正信号能量类数据点数和负信号能量类数据点数，并通过正信号总能量和负信号总能量分别计算得到正信号能量类计算能量均值和负信号能量类计算能量均值；
62.具体的，当数据流的第n-1个数据进入fifo存储器内时，fifo存储器容量充满，即输入数据总数为n时，得到正信号能量类数据点数k1和负信号能量类数据点数k0，即k1+k0+k2＝n；k1＝ak1；k0＝ak0；其中k2为k2为数据等于0的点数。
63.其中，正信号能量类计算能量均值的计算公式为：
64.av1＝as1/k1
65.负信号能量类计算能量均值的计算公式为：
66.av0＝as0/k0
67.其中，as1为正信号总能量；k1为正信号能量类数据点数；as0为正信号总能量；k0为负信号能量类数据点数。
68.s4，通过正信号能量类计算能量均值和负信号能量类计算能量均值计算得到原始信号能量均值，根据原始信号能量均值大小对该数据流进行补偿处理。
69.具体的，通过正信号能量类计算能量均值和负信号能量类计算能量均值计算得到原始信号能量均值的公式如下：
70.av10＝av1+av0；
71.其中，av1为正信号能量类计算能量均值；av2为负信号能量类计算能量均值；av10为原始信号能量均值；
72.如果k1或k2等于0，则av10直接等于前一段信号能量均值；
73.根据原始信号能量均值大小对该数据流进行补偿处理，其中当原始信号能量均值等于0；数据流无频偏；当原始信号能量均值不等于0；数据流存在频偏。
74.本发明中对该数据流进行补偿处理的过程如下：
75.对完全进入fifo存储器的前段数据流进行补偿处理，当下一段数据流的数据进入fifo存储器的同时前段数据流从fifo存储器移出，移出数据记为br(n)，数据br(n)进行补偿处理，具体公式如下：
76.dr(n)＝br(n)-av10
77.其中，br(n)为原始移出数据；av10为原始信号能量均值；dr(n)为补偿处理后数据；
78.当av10＝0时，dr(n)＝br(n)，频偏引起的直流电平被消除。
79.实施例
80.本实施例提供了一种fsk移动通信中去除多普勒频率和载波频偏的去除方法，将经过正交变换及鉴频的数据流(数字信号)r(n)进入一个存储长度为n的fifo，如图2所示，并对数据流r(n)分段处理，计算每段数据的直流电平偏移(频偏引起)，并补偿处理该段数据，消除该直流偏移；其中每段数据长度为n。
81.n＝200
×
num
82.其中num是每个码元的采样点数。
83.具体步骤如下：
84.(1)对进入fifo存储器的数据流r(n)进行分类，fifo存储器存储长度为n与每段数据流的长度相同，数据流r(n大于0为一类s1(n)(正信号能量类)，数据流r(n小于0为一类s0(负信号能量类)，两类分别计数，为计算正、负能量均值作准备，正信号能量类计数值为ak1，负信号能量类计数值为ak0。
85.其中，当r(n)》0时，s1＝r(n)，ak1＝ak1+1；
86.r(n)《0，s0＝r(n),ak0＝ak0+1；
87.r(n)＝0，忽略该输入r(n)，这个数据进入fifo；
88.(2)正信号能量类数据进行累加求和(计算正信号总能量)：
89.as1＝as1+s1(n)
90.负信号能量类数据进行累加求和(计算负信号总能量)：
91.as0＝as0+s0(n)
92.接着当r(n)的第n-1个数据进入fifo，fifo容量充满，即输入数据总数为n时，得到正、负信号能量类数据点数k1、k0；即k1+k0+k2＝n；k1＝ak1；k0＝ak0；其中k2为数据流中等于0的数据。
93.正信号能量类计算能量均值：av1＝as1/k1，
94.负信号能量类计算能量均值：av0＝as0/k0，
95.原始信号能量均值：av10＝av1+av0，(如果k1或k2等于0，则av10直接等于前一段信号能量均值)；若av10等于0，数据流无频偏；若av10不等于0，(av10即为频偏引起的直流电平)，该段数据需补偿处理。
96.令ak1＝ak0＝as1＝as0＝0进行复位，为下一段数据处理做准备；
97.这一步应在下一段数据流的数据(紧随其后得数据流)的第一个数据进入fifo存储器之前完成。
98.(3)对完全进入fifo存储器的前段n个数据进行补偿处理，当下一段数据流的数据进入fifo存储器，同时前段数据从fifo移出，移出数据记为br(n)，数据br(n)进行如下补偿处理：
99.dr(n)＝br(n)-av10
100.其中，dr(n)为补偿处理后数据，其信号能量均值为0，频偏引起的直流电平被消
除。
101.(4)同时对接收到的下一段进入fifo存储器的数据，重复以上步骤(1)、(2)和(3)的工作，完成又一段数据处理。
102.其中，当下一段数据流的数据完全进入fifo存储器，同时前段数据从fifo完全移出时，前段n个数据补偿处理全部完成，
103.综上所述，本发明提供了一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，采用正交变换鉴频法，去除由多普勒频率和载波频偏引起的、存在于数据流中的近似直流分量，采用分段补偿校准，即采用分段能量积分计算得到该段正负信号能量均值之和，并补偿该段信号，从而去除直流分量，同时降低了因出现载波频偏以及近似直流分量所引起的误码率；本发明充分利用了数字信号处理的特性，克服了传统方法的实现复杂性，尤其对长0或长1信号，不会出现接收信号高低电平幅度相差较大的情况，提高了接收信号质量。本发明只要两个累加器，两个乘法器，两个加法器，n个延迟器组成，结构简单，计算简单，工作速度快。
104.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，其特征在于，包括如下步骤：将经过正交变换及鉴频的数据流进行分段处理，并将每段数据流依次输入至存储长度为n的fifo存储器内；计算得到输入至fifo存储器内的数据流的直流电平偏移，并根据直流电平偏移的大小，对该数据流进行补偿处理，消除直流电平偏移。2.根据权利要求1所述的一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，其特征在于，每段数据流的长度均与fifo存储器的存储长度相同。3.根据权利要求1所述的一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，其特征在于，每段数据流在fifo存储器内为依次输入和输出，即上一端数据流在fifo存储器内输出一个数据的同时下一个数据流在fifo存储器内输入一个数据。4.根据权利要求1所述的一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，其特征在于，fifo存储器内的数据流的直流电平偏移的计算过程如下：s1，将输入至fifo存储器内的数据流分类为正信号能量类和负信号能量类，并对正信号能量类和负信号能量类分别计数得到为正信号能量类计数值和负信号能量类计数值；s2，对正信号能量类数据和负信号能量数据分别累加求和得到正信号总能量和负信号总能量；s3，获取正信号能量类数据点数和负信号能量类数据点数，并通过正信号总能量和负信号总能量分别计算得到正信号能量类计算能量均值和负信号能量类计算能量均值；s4，通过正信号能量类计算能量均值和负信号能量类计算能量均值计算得到原始信号能量均值，根据原始信号能量均值大小对该数据流进行补偿处理。5.根据权利要求4所述的一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，s1中，将输入至fifo存储器内的数据流分类的具体过程如下：判断数据流中的数据大小，其中数据流中大于0的数据为正信号能量类s1(n)；数据流中小于0的数据为负信号能量类s0(n)；数据流中等于0的数据同s1(n)、s0(n)一样进入fifo存储器内；分别对正信号能量类s1(n)和负信号能量类s0(n)计数得到正信号能量类计数值为ak1和负信号能量类计数值为ak0。6.根据权利要求4所述的一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，s2中，正信号能量类数据进行累加求和得到正信号总能量的公式如下：as1＝as1+s1(n)负信号能量类数据进行累加求和得到负信号总能量的公式如下：as0＝as0+s0(n)其中，as1为正信号总能量；s1(n)为正信号能量类；as0为正信号总能量；s0(n)为正信号能量类。7.根据权利要求4所述的一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，s3中，当数据流的第n-1个数据进入fifo存储器内时，fifo存储器容量充满，即输入数据总数为n时，得到正信号能量类数据点数k1和负信号能量类数据点数k0，即k1+k0+k2＝n；k1＝ak1；k0＝ak0；其中k2为数据等于0的点数。8.根据权利要求7所述的一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，正信
号能量类计算能量均值的计算公式为：av1＝as1/k1负信号能量类计算能量均值的计算公式为：av0＝as0/k0其中，as1为正信号总能量；k1为正信号能量类数据点数；as0为正信号总能量；k0为负信号能量类数据点数。9.根据权利要求8所述的一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，s4，通过正信号能量类计算能量均值和负信号能量类计算能量均值计算得到原始信号能量均值的公式如下：av10＝av1+av0；其中，av1为正信号能量类计算能量均值；av2为负信号能量类计算能量均值；av10为原始信号能量均值；如果k1或k2等于0，则av10直接等于前一段信号能量均值；根据原始信号能量均值大小对该数据流进行补偿处理，其中当原始信号能量均值等于0；数据流无频偏；当原始信号能量均值不等于0；数据流存在频偏。10.根据权利要求1所述的一种fsk移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，对该数据流进行补偿处理的过程如下：对完全进入fifo存储器的前段数据流进行补偿处理，当下一段数据流的数据进入fifo存储器的同时前段数据流从fifo存储器移出，移出数据记为br(n)，数据br(n)进行补偿处理，具体公式如下：dr(n)＝br(n)-av10其中，br(n)为原始移出数据；av10为原始信号能量均值；dr(n)为补偿处理后数据；当av10＝0时，dr(n)＝br(n)，频偏引起的直流电平被消除。

技术总结
本发明涉及FSK移动通信技术领域，公开了一种FSK移动通信中多普勒频率和载波频偏的去除方法，采用正交变换鉴频法，去除由多普勒频率和载波频偏引起的、存在于数据流中的近似直流分量，采用分段补偿校准，即采用分段能量积分计算得到该段正负信号能量均值之和，并补偿该段信号，从而去除直流分量，同时消除了因该直流分量所引起的误码；本发明充分利用了数字信号处理的特性，克服了传统方法的实现复杂性，尤其对长0或长1信号，不会出现接收信号高低电平幅度相差较大的情况，提高了接收信号质量。量。量。


技术研发人员：谢锡海 惠彪 张明鑫 那盛源 宁瑞超
受保护的技术使用者：西安邮电大学
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/9