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通信算法之九：4FSK调制解调仿真链路
一. 4FSK原理
DMR系统，数字集群通信系统。DMR协议采用的调制方式4FSK，是一种恒包络调制，调制时每秒发送2400个符号，每个符号携带两比特的信息。最大频偏D定义如下：D = 3h/2T，h代表每个调制的频偏系数，0.6。T标示符号周期，为1/2400。D=2160。
4FSK调制器由一个平方根升余弦滤波器级联一个频率调制器组成。第一部分是成型滤波器模块，产生四电平的基带带限信号作为调制信号。第二部分是跳频部分FM。
调频是角度调制的一种，角度调制一般表示为：Sm(t) = Acos(Wc(t)+ )。频率调制是利用基带信号载波频率得到的，即瞬时频偏随调制信号m(t)线性变化。满足： =Kf.m(t) 。其中，Kf为频偏常数。
二. 4FSK调制信号产生
产生调制信号主要有两种，直接法和间接法。间接法实现成本和复杂度高。直接法调频是调制信号m(t)直接控制振荡器的频率使其按照调制信号的规律线性变化。调频信号的正交调制是间接法调频的一种实现方式.
三。4FSK调制解调算法设计流程
发射机设计：
接收机设计：
四。MATLAB仿真链路
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% 内容概述：4FSK调制与4FSK解调 仿真链路
% 仿真链路：
% 创 建 人：
% 创建时间：2014年10月23日
% 修改时间：2014年10月28日 理想环境下调试通过
% 修改时间：2014年10月31日 高斯白噪声信道下调试通过
% 修改时间：2014年11月2日 高斯白噪声信道、有相差、有频偏直流分量环境下调试通过
% 参考文献：DMR通信系统各类工程实现文献
% 版权声明：不可随意复制、不可随意传播。
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clc;
clear all;
close all;
SNR = (16:0.5:22);%信噪比(理论15.6dB)
BerEbNo = zeros(1,length(SNR));
for nEN=1:length(SNR)
Err_counter = 0;
for nframe=1:10000
%----------------发送端物理层基带算法---------------------------------------
%-1.输入基带信号-源比特序列--串并转换-映射-----------------------------------
LenthBit = 264;
LenthSample = 132;
SourceBit = randint(1,LenthBit); %比特速率 4.8kb/s
SourceData = http://www.mamicode.com/BitStoPyinShe(SourceBit,LenthSample);%符号速率 2.4ksymbol/s
figure()
stem(SourceData(1:80),‘m-‘);
grid on;
axis([0 80 -4 4]);
%-2.成型滤波器-升余弦滤波器-------------------------------------------------
%-包含：八倍内插和平方根升余弦成型滤波器，减小基带信号带宽占用
Fd = 1;
Fs = 8;
Type = xx ;
Rolloff = xx;
Delay = xx; %基带信号m(n)速率 19.2 k/s
Fsksignal = Squrootcosfilter(SourceData,Fd,Fs,Type,Rolloff,Delay);
figure()
plot(Fsksignal(1:600),‘m-‘);
grid on;
%-----------------------以上是发送端物理层基带算法--------------------------
%--------------------发送端物理层中频算法数字上变频-------------------------
%-3.相位累加求和-----------------------------------------------------------
phase = Phasesum(Fsksignal);
%-4.相位sin(.)-cos(.)------------------------------------------------------
%-符号速率2.4kbps，符号周期T ，调制系数H ，最大频偏D：D = 3h/2T
T = 1/2400;
H = 0.27;
D = (3*H)/(2*T);
Ts = 1/(2400*8);
factor = 2*pi*D*Ts ;
[II QQ] = phaseSinCos(phase,factor);
%-5.数字中频-数字上变频-内插滤波-CIC-HB-FIR---------------------------------
% 根据奈奎斯特抽样定理，采样频率FS应该大于2*FC+Bm.在实际应用中，一般要
% 取采样频率FS大于或等于四倍的模拟信号频率。FS >= 4*FC
% 【待开发数字中频算法：CIC-HB-FIR，符号速率：4*FC】
%-6.数字中频-数字上变频-载波体制-sin(Wc*t)--cos(Wc*t)------------------------
% 【待开发数字中频算法：正交，载波调制】
% s(t) = A*cos(2*pi*FC*t)*I(t) - A*sin(2*pi*FC*t)*Q(t)
%--------------------以上发送端物理层中频算法数字上变频----------------------
%-7.空间信道传输-高斯白噪声信道---------------------------------------------
figure()
plot(II(500:800),‘m-‘);
grid on;
title(‘过高斯白噪声信道之前的信号‘);
II = awgn(II,SNR(nEN));
QQ = awgn(QQ,SNR(nEN));
figure()
plot(II(500:800),‘m-‘);
grid on;
title(‘过高斯白噪声信道之后的信号‘);
%-8.数字中频-数字下变频-正交解调算法----------------------------------------
% SI(t) = s(t)*cos(2*pi*FC*t) SQ(t) = s(t)*sin(2*pi*FC*t)
%内插滤波-CIC-HB-FIR
%-9.数字中频-数字下变频-抽取滤波-------------------------------------------
% 【待开发，数字下变频算法抽取滤波】
%-10.空间信道传输-加相位差值--加频偏值----------------------------------------
SigComplex = II +1j*QQ;
Freq_offset = 1000 ;%频偏f=1000hz
Phase_offset = pi/4;%%pi/4;相偏
PPHH = (........................);
NewSig = SigComplex.*PPHH;
II = real(NewSig);
QQ = imag(NewSig);
figure()
plot(II(500:800),‘m-‘);
grid on;
title(‘过高斯白噪声信道/相位差/频率差之后的信号‘);
%-11.相位估计、相差，差分算法--消除相干解调中出现的本地载波与信号相差的问题
m = PhaseChaJiuZheng(II,QQ,factor);
figure()
plot(m(257:657),‘m-‘);
grid on;
title(‘未经过匹配滤波的信号‘);
% axis([0 160 -1 1]);
%-12.匹配滤波-----------------------------------------------------------
mx = PipeiMatchFilter(m,Rolloff,Delay,Fs,Fd,Type);
figure()
plot(mx(1:300),‘m-‘);
grid on;
title(‘经过匹配滤波的信号‘);
% axis([0 160 -1 1]);
%-13.信号标准门限-动态范围确定------------------------
%-确定动态范围---计算标准门限---------------------------
[up down mid mean]=SignalDynamicRange(mx);
[up_level_std mid_level_std down_level_std]=SignalBiaozhunRange(up,down,mean);
%-14.符号同步算法-确定最佳判决点，记为syn---去掉直流分量算法，去掉F
[msigle I] = SynsampleDingshi(mx,mean);
%-16.门限判决，逆映射--------------------------------------
Dataout = zeros(1,2*length(msigle));
for kk = 1:length(msigle)
if msigle(kk) > up_level_std
Dataout(2*kk-1:2*kk) = [0 1];%3
elseif (msigle(kk) <= up_level_std)&&(msigle(kk) > mid_level_std)
Dataout(2*kk-1:2*kk) = [0 0];%1
elseif (msigle(kk) <= mid_level_std)&&(msigle(kk) > down_level_std)
Dataout(2*kk-1:2*kk) = [1 0];%-1
else
Dataout(2*kk-1:2*kk) = [1 1];%-3
end
end
[errNum,errRate] = biterr(SourceBit,Dataout);
if errNum ~= 0
Index = find(SourceBit ~= Dataout);
disp([‘错误比特位置= ‘,num2str(Index),‘ 符号同步Syn= ‘,num2str(I)]);
end
Err_counter = Err_counter + errNum;
Ber = Err_counter/nframe/LenthBit;
end
BerEbNo(nEN) = Ber;
fprintf(‘EcNo:%1.2fdB，误码率：%8.4e,\n‘,SNR(nEN),Ber);
end
semilogy(SNR,BerEbNo,‘b-v‘);
grid on;
xlabel(‘Ec/No[dB]‘);
ylabel(‘Bit Error Rate‘);
title(‘--4FSK调制解调仿真误码率曲线--‘);
disp(‘--4FSK调制，4FSK解调仿真结束--‘);
%---------------------------------------------
五。仿真图形
【详细资料，及相应MATLAB代码，咨询qq：1279682290】
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