基于谱分析原理实现FSK接收机的研究

论文摘要

在FSK(频移键控)数字接收机中,信号的解调主要以鉴频为主。采用谱分析方法实现接收的方案,除在电子侦察接收机、MFSK(多进制频移键控)接收机或OFDM(正交频分复用)接收机中应用外,很少在常规数字接收机中使用。本文主要研究了基于谱分析原理解调FSK信号及实现接收机的问题。提出一种基于周期图解调2FSK信号的新算法。它将功率谱估计的周期图法与离散短时傅里叶变换相结合来求取接收信号的时频关系,通过分析时频关系,在时频域对2FSK信号两频率点处的功率谱峰值分别进行检测,进而达到解调的目的。文中深入研究了周期图解调算法的解调原理,并对基于周期图法实现FSK接收机的关键参数进行了数学建模和理论推导,建立理论公式,包括滑动窗内两频率点处的功率谱计算式、加性高斯白噪声环境下两频率点处信噪比计算式、信号检测门限计算式和误码率—信噪比关系式。由于求两载波频率数字频率点时采用的取整运算和频谱泄漏等原因,实际应用中很难准确找到频谱峰值,本文采取在频率点附近搜索谱峰最大值的方法。通过实验仿真分析本算法的性能,结果表明,本文解调算法优于传统解调方法。另外,还研究了不同窗函数对解调性能的影响,通过对几种窗函数解调性能的仿真实验得出矩形窗的解调性能最差,汉宁窗解调性能最好的结论。此外,研究了位同步技术。并在System View环境下实现了基于数字锁相法的位同步电路。最后,在System View环境下构建了包括射频、解调、同步、抽样判决等关键结构的完整谱接收机仿真系统。仿真结果表明,本文提出的解调算法具有合理性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和目的
• 1.2 国内外技术研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容及安排
• 第2章 谱接收机的结构
• 2.1 传统FSK通信系统的结构
• 2.1.1 发射机部分
• 2.1.2 接收机部分
• 2.2 谱接收机的结构
• 2.3 本章小结
• 第3章 FSK信号检测理论
• 3.1 2FSK信号及其参数说明
• 3.2 噪声模型
• 3.3 2FSK信号检测的传统方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于周期图解调2FSK信号的算法研究
• 4.1 周期图与离散短时傅里叶变换
• 4.1.1 周期图理论
• 4.1.2 离散短时傅立叶变换
• 4.1.3 时频域的周期图
• 4.2 估计两频率点处的功率谱
• 4.2.1 滑动窗内2FSK的信号模型
• 4.2.2 求两个载频的数字频率点
• 4.2.3 估计两频率点处的功率谱
• 4.3 加性高斯白噪声坏境下两频率点处的信噪比
• 4.3.1 加性高斯白噪声的DFT变换
• 4.3.2 噪声环境下两频点处的信噪比
• 4.4 门限的理论推导
• 4.4.1 门限检测原理
• 4.4.2 滑动步距的选择
• 4.4.3 门限的确定
• 4.4.4 利用谱峰搜索法检测
• 4.5 周期图法解调系统的抗噪声性能
• 4.5.1 误码率的推导
• 4.5.2 性能仿真及分析
• 4.5.3 窗函数对解调性能的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 位同步技术
• 5.1 位同步原理
• 5.1.1 滤波法
• 5.1.2 锁相法
• 5.2 位同步电路设计
• 5.3 实验结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 2FSK谱接收机的系统仿真
• 6.1 总体方案设计
• 6.2 系统实现
• 6.3 实验结果与分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢