[發明專利]一種低信噪比損失的FM信號解調方法及系統

有效

• 申請號: 202010623257.8
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111935047B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 王健歡;張宗攀;雷靜;楊克元;韓小娟
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: H04L27/14
• 分類號: H04L27/14;H04L27/148
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

1.一種低信噪比損失的FM信號解調方法，其特征在于步驟如下：

(1)對模擬的FM調制信號進行數字采樣，生成需要處理的調頻信號；

(2)對所述調頻信號進行正交下變頻和低通濾波，經過正交下變頻將調頻信號搬至零中頻，經過低通濾波器濾除高頻分量和抑制帶外噪聲；

(3)對正交下變頻和低通濾波后的結果進行第一次CIC濾波，實現累加降速；

(4)對第一次CIC濾波后的結果進行數字鑒頻，對數字鑒頻得到的結果進行累積得到其中的直流分量，即載波頻偏；

(5)將所述載波頻偏作為補償量，再次進行正交下變頻和低通濾波，實現多普勒消除；

(6)對步驟(5)完成正交下變頻和低通濾波后的信號進行第二次CIC濾波；

(7)對第二次CIC濾波后的結果進行數字鑒頻，得到調制信號信息，實現對FM信號的解調；

模擬的FM調制信號表達式為：

其中，A為FM調制信號的幅度，ω_c為載波中心角頻率，t為時間，為調制信號的相位，k_f為調頻靈敏度，A_m為調制信號的幅度，ω_m為調制信號的角頻率，是考慮到輸入信號與本地信號由于不同步而產生的一個固定的相位差；

數字采樣后的調頻信號為：

其中，f_c為載波中心頻率，n為數字采樣后的時間；

所述步驟(2)對所述調頻信號進行正交下變頻和低通濾波，得到的結果為：

其中，S_I(n)為正交下變頻和低通濾波后的I路輸出信號，S_Q(n)為正交下變頻和低通濾波后的Q路輸出信號，cos(2πf_cn)為正交下變頻的I路本地信號，sin(2πf_cn)為正交下變頻的Q路本地信號；

所述步驟(3)對所述正交下變頻和低通濾波后的I路、Q路結果分別進行第一次CIC濾波，實現累加降速，具體為：

其中，S_I1(n)為I路第一次CIC濾波后的輸出結果，S_Q1(n)為Q路第一次CIC濾波后的輸出結果，N為第一次CIC濾波的累加點數；

所述步驟(4)對所述第一次CIC濾波后的結果進行數字鑒頻，對數字鑒頻得到的結果進行累積得到其中的直流分量，具體為：

(6.1)將I路、Q路第一次CIC濾波后的輸出結果按下式進行反正切運算，得到FM調制信號的相位信息：

其中，為FM調制信號的相位信息；

(6.2)對FM調制信號的相位信息進行一階微分運算，得到帶頻偏的調制信號，計算過程如下式：

其中，為解調出來的帶頻偏調制信號，為調制信號，為調制信號的頻偏，S′_Q1(n)為S_Q1(n)的一階微分運算結果，S_Q1(n)為當前時刻的取值，S_Q1(n-1)為前一時刻的取值，ΔT為當前時刻與前一時刻的時間差，S′_I1(n)為S_I1(n)的一階微分運算結果，S_I1(n)為當前時刻的取值，S_I1(n-1)為前一時刻的取值；

(6.3)對帶頻偏的調制信號通過累積時長ΔT得到信號中的直流分量，即載波頻偏

將所述步驟(5)對所述載波頻偏作為補償量，再次進行正交下變頻和低通濾波，實現多普勒消除，具體為：

其中，S_I11(n)為補償載波頻偏后的正交下變頻和低通濾波后的I路輸出信號，S_Q11(n)為補償載波頻偏后的正交下變頻和低通濾波后的Q路輸出信號；

將所述步驟(6)對所述正交下變頻和低通濾波后的信號進行第二次CIC濾波，具體為：

其中，S_I22(n)為I路第二次CIC濾波后的輸出結果，S_Q22(n)為Q路第二次CIC濾波后的輸出結果，M為第二次CIC濾波的累加點數且MN；

對所述步驟(7)所述第二次CIC濾波后的結果進行數字鑒頻，數字鑒頻的過程同步驟(4)，數字鑒頻后得到的結果為:

其中，為最終FM解調的輸出，m(n)為解調出來的調制數據。

2.一種基于權利要求1所述的低信噪比損失的FM信號解調方法實現的FM信號解調系統，其特征在于包括：

采樣模塊：對模擬的FM調制信號進行數字采樣，生成需要處理的調頻信號；

下變頻和濾波模塊：對所述調頻信號進行正交下變頻和低通濾波，經過正交下變頻將調頻信號搬至零中頻，經過低通濾波器濾除高頻分量和抑制帶外噪聲；

CIC濾波模塊：對正交下變頻和低通濾波后的結果進行CIC濾波，實現累加降速；

數字鑒頻模塊：對CIC濾波后的結果進行數字鑒頻，對數字鑒頻得到的結果進行累積得到其中的直流分量，即載波頻偏；將所述載波頻偏作為補償量，再次進行正交下變頻和低通濾波，實現多普勒消除，之后再次進行CIC濾波；對第二次CIC濾波后的結果進行數字鑒頻，得到調制信號信息，實現對FM信號的解調。