專(zhuān)利名稱(chēng)：基于傳真調(diào)制解調(diào)建議v.21的fsk調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頻移鍵控(frequency-shift-key，簡(jiǎn)稱(chēng)FSK)調(diào)制方法， 具體為一種基于傳真調(diào)制解調(diào)建議V.21的FSK調(diào)制方法，屬于通信調(diào)制解調(diào) 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
根據(jù)國(guó)際電話(huà)與電報(bào)咨詢(xún)委員會(huì)(International Tel印hone and Telegr即h Consultative Committee,簡(jiǎn)稱(chēng)CCITT)建議中的傳真調(diào)制解調(diào)建 議V.21 (見(jiàn)附圖8)，它是用來(lái)傳輸二進(jìn)制碼控制信號(hào)的，V.21調(diào)制解調(diào)器是 公用電話(huà)交換網(wǎng)中使用的傳輸速率為300波特(Baud)的標(biāo)準(zhǔn)化雙工調(diào)制解調(diào) 器。傳真三類(lèi)機(jī)(是目前通用的傳真機(jī)類(lèi)型，稱(chēng)G3傳真機(jī)，同樣傳真二類(lèi)機(jī) 簡(jiǎn)稱(chēng)G2傳真機(jī))采用半雙工方式通信，用于傳輸二進(jìn)制控制信號(hào)(信令信號(hào))。 使用V.21建議中第二通道的特征頻率傳號(hào)采用Fa二1650Hz，空號(hào)采用 Fz=1850Hz。傳真三類(lèi)機(jī)的V.21調(diào)制解調(diào)器采用同步方式工作，不必提供在傳 輸停止時(shí)維持同步所需的信號(hào)。該調(diào)制解調(diào)建議采用FSK調(diào)制解調(diào)的方法。但 是V.21建議中只提供了調(diào)制方法，沒(méi)有給出具體的調(diào)制實(shí)現(xiàn)方法，也沒(méi)有給 出解調(diào)方法和具體的解調(diào)實(shí)現(xiàn)方法，所以要設(shè)計(jì)符合V. 21建議的具體的調(diào)制 解調(diào)方法。
傳真調(diào)制解調(diào)建議V. 21的調(diào)制最常用的方法有兩種。 一種是頻率轉(zhuǎn)換法， 如附

圖1所示。頻率轉(zhuǎn)換法有兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器(振蕩頻率為Fa和Fz)，分別 產(chǎn)生頻率fl為1850Hz和f2為1650Hz的載波信號(hào)。用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制，當(dāng)調(diào)
制器輸入數(shù)字信號(hào)為o時(shí)，輸出頻率較高的載波信號(hào)(特征頻率為n);輸入數(shù)
字信號(hào)為1時(shí)，輸出頻率較低的載波信號(hào)(特征頻率為f2)。由于fl和f2出自?xún)?個(gè)振蕩器，調(diào)制輸出的FSK信號(hào)的相位一般是不連續(xù)的，而且其起始相位往往 是隨機(jī)的。相位不連續(xù)的調(diào)頻波需要占用較寬的傳輸頻帶，造成帶寬資源的
浪費(fèi)。
另一種是直接調(diào)頻法。直接調(diào)頻法是直接用數(shù)字信號(hào)控制振蕩器的某個(gè) 參數(shù)而達(dá)到改變振蕩器頻率的方法。這種方法產(chǎn)生的FSK信號(hào)的相位是連續(xù) 的，所需傳輸頻帶較窄，節(jié)省帶寬資源。但大都用一個(gè)振蕩器和物理開(kāi)關(guān)的 硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種硬件實(shí)現(xiàn)方式不如軟件實(shí)現(xiàn)靈活，而且實(shí)現(xiàn)成本比軟件實(shí)
現(xiàn)高，附圖2是采用直接調(diào)頻法調(diào)制FSK信號(hào)的方框圖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服以往實(shí)現(xiàn)的FSK調(diào)制方法中調(diào)制的相位不連 續(xù)或相位連續(xù)但不易用軟件實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)的 符合V.21建議的FSK調(diào)制方法，調(diào)制方法相位連續(xù)，節(jié)省帶寬資源。
本發(fā)明所提出的FSK調(diào)制方法既可以用硬件電路或集成芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，也 可以用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，軟件實(shí)現(xiàn)一般要比硬件實(shí)現(xiàn)靈活、成本低。
本發(fā)明的基本思路
當(dāng)待調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)中遇到數(shù)字信號(hào)0時(shí)，用載波頻率為1850HZ的 載波進(jìn)行調(diào)制，而數(shù)字信號(hào)1則用載波頻率為1650HZ的載波進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制 時(shí)，累計(jì)調(diào)制信號(hào)中每個(gè)采樣點(diǎn)前進(jìn)的相位，后一個(gè)待調(diào)制信號(hào)以與其相鄰 的前一個(gè)已調(diào)制信號(hào)的最后一個(gè)采樣點(diǎn)的相位值為初始相位，這樣可以保持 整個(gè)調(diào)制信號(hào)相位的連續(xù)性。
本發(fā)明采取的具體技術(shù)方案如下
一種基于傳真調(diào)制解調(diào)建議V. 21的FSK調(diào)制方法，采用了相位連續(xù)的直 接調(diào)頻法，符合國(guó)際電話(huà)與電報(bào)咨詢(xún)委員會(huì)(International Tel印hone and Telegraph Consultative Committee,簡(jiǎn)稱(chēng)CCITT)建議中的V. 21傳真調(diào)制解 調(diào)建議，V. 21建議用于調(diào)制待傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)字控制信號(hào)或解調(diào)接收的二進(jìn) 制數(shù)字控制信號(hào)，具體包括以下步驟首先用數(shù)字碼元判決模塊判斷用于傳 輸?shù)拇{(diào)制的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)碼元是0還是1，如果是0，用頻率為1850Hz 的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，如果是1則用頻率為1650Hz的載波進(jìn)行調(diào)制，
1) 本調(diào)制方法的采樣率F為8000Hz，數(shù)字信號(hào)碼元傳輸速率為300波特 (Baud)，采用插值法對(duì)采樣率F進(jìn)行插值，使采樣率F為數(shù)字信號(hào)碼元傳輸 速率的整數(shù)倍；
2) 用插值后的采樣率除以數(shù)字信號(hào)碼元傳輸速率，得到每個(gè)數(shù)字信號(hào)碼 元的采樣點(diǎn)數(shù)目M，將首個(gè)待調(diào)制的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)碼元的初始相位值設(shè)為 phase0二0，經(jīng)過(guò)該數(shù)字信號(hào)碼元的M個(gè)采樣點(diǎn)后相位前進(jìn)了 phase,那么當(dāng) 前相位變成了 phasel二phaseO+phase，無(wú)論下一個(gè)待調(diào)制數(shù)字信號(hào)碼元是0還 是l，均以該相位作為下一個(gè)待調(diào)制數(shù)字信號(hào)碼元的初始相位；
依照上述方法，對(duì)所有的待調(diào)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，即后一個(gè)待調(diào)制信號(hào)以 與其相鄰的前一個(gè)已調(diào)制信號(hào)的最后一個(gè)采樣點(diǎn)的相位值為初始相位；調(diào)制 時(shí)，采用模2;r的方法將相位的大小限制在0 2;r范圍之內(nèi)。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
1) 調(diào)制方法相位連續(xù)，節(jié)省帶寬資源。
普通的調(diào)制方法中相位不連續(xù)的原因是每當(dāng)頻率發(fā)生變化時(shí)，調(diào)制信號(hào) 的初始相位都會(huì)從Phase為0開(kāi)始，這樣就會(huì)使得調(diào)制信號(hào)相位有跳變，產(chǎn) 生相位不連續(xù)的信號(hào)，相位不連續(xù)的調(diào)制信號(hào)傳輸所占用的頻帶就比較寬。 而我們采用的調(diào)制方法通過(guò)記錄當(dāng)前碼元的調(diào)制信號(hào)的相位，作為下一個(gè)碼 元調(diào)制信號(hào)的初始相位，這樣使得即使頻率變化也不會(huì)引起相位的跳變，從 而保證了相位的連續(xù)性，相位連續(xù)的調(diào)制信號(hào)傳輸所占用的頻帶窄，可以提 高信道的利用率。
2) 本發(fā)明的調(diào)制方法用軟件實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低。該 調(diào)制方法也可以用硬件實(shí)現(xiàn)。
附圖表說(shuō)明
圖1:頻率轉(zhuǎn)換法調(diào)制流程圖 圖2:直接調(diào)頻法調(diào)制流程圖 圖3:基于V.21的FSK調(diào)制算法流程圖
圖4:高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)幀結(jié)構(gòu)
圖5: FSK實(shí)際數(shù)據(jù)(在信道中實(shí)際接收到的數(shù)據(jù))
圖6: FSK調(diào)制數(shù)據(jù)(用本發(fā)明的調(diào)制器將二進(jìn)制碼調(diào)制的結(jié)果數(shù)據(jù))
圖7:相位連續(xù)的FSK數(shù)據(jù)(圖6中黑框部分的放大后的數(shù)據(jù))
圖8: V.21建議的參數(shù)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例
V. 21調(diào)制器用于傳輸二進(jìn)制控制信號(hào)，所以輸入的信號(hào)為二進(jìn)制數(shù)字信
號(hào)0和1。
具體實(shí)現(xiàn)步驟為(如圖3): 1)首先判斷用于傳輸?shù)拇{(diào)制的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)碼元是0還是1。
如果是0，用頻率為1850Hz的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，如果是1則用頻率為 1650Hz的載波進(jìn)行調(diào)制。這樣依次將待調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。
由于調(diào)制中采用的采樣率和待調(diào)制的數(shù)字信號(hào)碼元的傳輸速率不同，所 以調(diào)制的時(shí)候要對(duì)每個(gè)數(shù)字信號(hào)碼元進(jìn)行采樣，這里每個(gè)數(shù)字信號(hào)碼元的采 樣點(diǎn)數(shù)目M選為80。由于V. 21建議要求的數(shù)字信號(hào)碼元傳輸速率為300波特， 而本調(diào)制方法的采樣率F為8000Hz，這將導(dǎo)致每個(gè)數(shù)字信號(hào)碼元不能得到整 數(shù)個(gè)采樣點(diǎn)，所以釆用計(jì)算量小、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性插值法，把采樣率變成300 波特率的公倍數(shù)，例如進(jìn)行3倍插值，把采樣率變成24000 Hz。所以，每個(gè) 數(shù)字信號(hào)碼元的采樣點(diǎn)數(shù)目也由80/3個(gè)點(diǎn)相應(yīng)的變成了 80個(gè)點(diǎn)。具體的插 值實(shí)現(xiàn)方法為設(shè)前一個(gè)采樣點(diǎn)處的樣本值為Xl ，而后一個(gè)采樣點(diǎn)處的樣本 值為x2 ，將這兩個(gè)采樣點(diǎn)之間的區(qū)域分成P等份，設(shè)當(dāng)前的采樣點(diǎn)t在第q/p 點(diǎn)處，對(duì)應(yīng)的樣本值x(t)為
x(t)= Xt(p-q)/p+X2 q/p
2)確定了每個(gè)數(shù)字信號(hào)碼元的采樣點(diǎn)數(shù)目M后，把待調(diào)制信號(hào)的初始相
位值設(shè)為phase0=0，當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)為n時(shí)前進(jìn)的相位為phase二2x ;r xf xn/F (F:8000Hz， n=0， 1，……M-1， f為fl或f2)。假設(shè)當(dāng)前傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)碼 元為0，采用頻率fl二1850Hz的正弦波調(diào)制，當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)沒(méi)有達(dá)到M時(shí)，該采
樣點(diǎn)前進(jìn)的相位為phase二2x"xflxn/F (F=8000Hz， n=0， 1， ......M-2)，當(dāng)
采樣點(diǎn)數(shù)為M時(shí)，相位前進(jìn)了 phase=2x;rxfl>< (M-1) /F，那么當(dāng)前相位變 成了 phasel=phaseO+phase，該相位作為下一個(gè)待調(diào)制數(shù)字信號(hào)碼元的初始相 位。如果下一個(gè)數(shù)字信號(hào)碼元還是O，則調(diào)制采用的載波頻率不變；若下一個(gè) 數(shù)字信號(hào)碼元變成了l，那么，調(diào)制采用的載波頻率相應(yīng)變成了f24650Hz， 但是無(wú)論下一個(gè)數(shù)字信號(hào)碼元是0還是1，下一個(gè)待調(diào)制信號(hào)的初始相位都是 phaseO+phase，相位始終不產(chǎn)生跳變，這樣便保證了調(diào)制后的信號(hào)是相位連
續(xù)、頻率變化的正弦波信號(hào)。
3)如果待調(diào)制的數(shù)字信號(hào)還沒(méi)有結(jié)束，則繼續(xù)重復(fù)以上l)、 2)步，否則 結(jié)束調(diào)制。
調(diào)制時(shí)，采用模2;r的方法將相位的大小限制在0 2;r范圍之內(nèi)。 測(cè)試結(jié)果-
V.21調(diào)制解調(diào)建議用于調(diào)制解調(diào)傳真過(guò)程的二進(jìn)制控制信令。二進(jìn)制代 碼的傳真控制過(guò)程都采用高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(High level Data Link Control, 簡(jiǎn)稱(chēng)HDLC)幀結(jié)構(gòu)(如附圖4，注HDLC幀結(jié)構(gòu)的標(biāo)志位為0x7E，地址位為 OxFF，而控制、傳真控制、傳真信息、幀校驗(yàn)序列都是不確定的，要根據(jù)實(shí) 際的傳真通信來(lái)確定)。HDLC規(guī)程是一種面向比特的鏈路控制規(guī)程，該規(guī)程使 通信雙方的監(jiān)控功能通過(guò)雙方各自向?qū)Ψ桨l(fā)出的一定比特組合來(lái)表示命令和 響應(yīng)，能很好的適應(yīng)交互操作。基本的HDLC結(jié)構(gòu)由多個(gè)幀組成，每幀分為若 干字段，這種結(jié)構(gòu)為幀提供標(biāo)志、差錯(cuò)校驗(yàn)和正確收到信息的證實(shí)。
附圖4給出了一個(gè)HDLC幀結(jié)構(gòu)，它是由先導(dǎo)序列、標(biāo)志序列、地址字段、 控制字段、信息字段(分為傳真控制字段和傳真信息字段)、幀校驗(yàn)序列等組 成。
當(dāng)輸入一段從實(shí)際信道上接收的典型的符合V. 21建議的FSK調(diào)制數(shù)據(jù) (圖形如附圖5)。該段數(shù)據(jù)是一段截取的數(shù)據(jù)，從附圖5很明顯可以看到該 數(shù)據(jù)的各部分的疏密程度不一樣，經(jīng)頻率檢測(cè)可知疏的部分的頻率是1650Hz， 密的部分的頻率是1850Hz。該段調(diào)制數(shù)據(jù)實(shí)際對(duì)應(yīng)的調(diào)制前Ki二進(jìn)制HDLC幀 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)序列如下
111111110000001100001000000100000001000000010000000100000001000000 010000000100000001000000010000000100000001000000010000000100000001
011111100111111001111110
進(jìn)一步采用十六進(jìn)制表示如下-
7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E
7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E 7E
FF
CO C2 04 04 04 04 04 04 04 04 04 04 04 04 04 04 04 04 04 1E 86 62 7C 51
7E 7E 7E
根據(jù)CCITT建議中的傳真通信規(guī)程T. 30，以上數(shù)據(jù)序列中前端是若干個(gè) 0x7E (01111110)為標(biāo)志位(不同品牌的G3傳真機(jī)獲得的調(diào)制前的HDLC幀
結(jié)構(gòu)中的0x7E的數(shù)目以及同一品牌的G3傳真機(jī)多次重復(fù)呼叫時(shí)獲得的調(diào)制 前的HDLC幀結(jié)構(gòu)中的0x7E的數(shù)目會(huì)略微不同，本段數(shù)據(jù)中Ox7E的數(shù)目為41 個(gè))，接下來(lái)的OxFF (11111111)為地址位，中間依次是控制字段OxCO
(11000000、 0xC2 (11000010)，信息字段0x04 (00000100)等，中間的信令 每次是不一樣的，要根據(jù)具體的傳真過(guò)程(例如，傳真機(jī)的號(hào)碼不同，所用 的傳真速率不同等都會(huì)造成中間的信令不同)來(lái)定，最后又出現(xiàn)標(biāo)志為0x7E (01111110)，這完全符合CCITT建議的T. 30通信規(guī)程規(guī)定的二進(jìn)制HDLC幀 結(jié)構(gòu)，這是一段典型的具有代表性的數(shù)據(jù)。將上述二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，可 得到相位連續(xù)的調(diào)制信號(hào)如附圖6，可以看到調(diào)制信號(hào)是疏密不同的一段調(diào)制 數(shù)據(jù)，疏的部分頻率是1650Hz，密的部分頻率是1850Hz，將附圖6中任取某 一部分(如劃黑色框的部分)放大(見(jiàn)附圖7)，可以看到黑框中的數(shù)據(jù)是疏 密不均的(其中有兩處粗黑線(xiàn)部分是與其它部分疏密不同的)，說(shuō)明兩個(gè)頻率 的數(shù)據(jù)都有，但是放大以后卻看不到相位不連續(xù)的情況，說(shuō)明本調(diào)制方法能 夠保證調(diào)制信號(hào)的相位的連續(xù)性。
用本發(fā)明的調(diào)制方法將上述二迸制信號(hào)迸行調(diào)制后得到調(diào)制信號(hào)，發(fā)送 到G3傳真機(jī)進(jìn)行解調(diào)驗(yàn)證，G3傳真機(jī)認(rèn)可本調(diào)制數(shù)據(jù)，表明調(diào)制結(jié)果正確。
經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，對(duì)在不同品牌的傳真機(jī)上多次重復(fù)呼叫所獲取的不同的數(shù)據(jù) 序列所對(duì)應(yīng)的調(diào)制前的數(shù)據(jù)序列用本發(fā)明的調(diào)制方法調(diào)制并傳送到G3傳真機(jī) 上進(jìn)行解調(diào)驗(yàn)證，結(jié)果正確。
此外，根據(jù)本調(diào)制方法設(shè)計(jì)的軟件在CDMA移動(dòng)通信基站系統(tǒng)上進(jìn)行V. 21 信令調(diào)制測(cè)試，結(jié)果正確。
權(quán)利要求
1、一種基于傳真調(diào)制解調(diào)建議V.21的FSK調(diào)制方法，首先用數(shù)字碼元判決模塊判斷用于傳輸?shù)拇{(diào)制的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)碼元是0還是1，如果是0，用頻率為1850Hz的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，如果是1則用頻率為1650Hz的載波進(jìn)行調(diào)制；其特征在于，還包括以下步驟1)本調(diào)制方法的采樣率F為8000Hz，數(shù)字信號(hào)碼元傳輸速率為300波特，采用插值法對(duì)采樣率F進(jìn)行插值，使采樣率F為數(shù)字信號(hào)碼元傳輸速率的整數(shù)倍；2)用插值后的采樣率除以數(shù)字信號(hào)碼元傳輸速率，得到每個(gè)數(shù)字信號(hào)碼元的采樣點(diǎn)數(shù)目M，將首個(gè)待調(diào)制的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)碼元的初始相位值設(shè)為phase0＝0，經(jīng)過(guò)該數(shù)字信號(hào)碼元的M個(gè)采樣點(diǎn)后相位前進(jìn)了phase，那么當(dāng)前相位變成了phase1＝phase0+phase，無(wú)論下一個(gè)待調(diào)制數(shù)字信號(hào)碼元是0還是1，均以該相位作為下一個(gè)待調(diào)制數(shù)字信號(hào)碼元的初始相位；依照上述方法，對(duì)所有的待調(diào)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，即后一個(gè)待調(diào)制信號(hào)以與其相鄰的前一個(gè)已調(diào)制信號(hào)的最后一個(gè)采樣點(diǎn)的相位值為初始相位；調(diào)制時(shí)，采用模2π的方法將相位的大小限制在0～2π范圍之內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于傳真調(diào)制解調(diào)建議V.21的FSK調(diào)制方法，屬于通信調(diào)制解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。當(dāng)待調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)中遇到數(shù)字信號(hào)0時(shí)，用載波頻率為1850Hz的載波進(jìn)行調(diào)制，數(shù)字信號(hào)1則用載波頻率為1650Hz的載波進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制時(shí)后一個(gè)待調(diào)制信號(hào)以與其相鄰的前一個(gè)已調(diào)制信號(hào)的最后一個(gè)采樣點(diǎn)的相位值為初始相位，這樣可保持整個(gè)調(diào)制信號(hào)相位的連續(xù)性。使用本發(fā)明中的方法進(jìn)行調(diào)制時(shí)，即使頻率發(fā)生變化也不會(huì)引起相位的跳變，從而保證了相位的連續(xù)性，相位連續(xù)的調(diào)制信號(hào)傳輸所占用的頻帶窄，可以提高信道的利用率。
文檔編號(hào)H04N1/00GK101383888SQ20081022502
公開(kāi)日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者張美娜, 王波濤 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)