基于Chirp同步序列的4FSK非相干解调方法及系统与流程

本申请属于无线通信，尤其涉及一种基于chirp同步序列的4fsk非相干解调方法及系统。

背景技术：

1、4fsk（四进制频移键控）作为一种数字调制方式，因实现简单、抗噪声性能较好，被广泛应用于短距离无线通信中。其非相干解调结构无需精确的载波同步，通过检测符号周期内的频率成分即可完成信号判决，硬件实现复杂度低，适合资源受限的终端设备（如物联网传感器、无线遥控器等）。

2、目前，4fsk非相干解调系统中同步序列多采用pn码、巴克码等传统序列，同时，chirp（线性调频）序列因其频率随时间线性变化的特性，已被用于ieee802.15.4a等标准的同步与扩频通信中。近年来，也出现了将chirp与mfsk结合的技术方案，例如通过chirp脉冲压缩器输出相关峰位置来解调mfsk码元。此外，基于分数阶傅立叶变换的chirp扩频非相干解调方法也被提出，用于降低多普勒频移的影响。然而，现有技术仍存在以下不足：

3、（1）同步与解调参数独立设计，缺乏协同优化

4、现有方案中，无论是传统pn码同步还是chirp同步，同步序列的参数（频率范围、持续时间、调频率等）与4fsk数据符号的参数均独立设计。同步完成后需额外校准才能进入解调流程，增加了系统时延和资源消耗。即使已有chirp与mfsk结合的技术，也仅是简单地将chirp作为解调工具，未涉及同步序列与数据解调之间的参数协同设计。

5、（2）抗多普勒频偏能力弱

6、在高速移动场景（如无人机、车载通信）中，多普勒频偏会导致4fsk的频率检测偏差，而非相干解调本身缺乏频偏补偿机制，进一步恶化性能。当频偏增加为4fsk频率间隔的0.3倍时，解调性能下降4db以上，严重影响解调性能。

7、（3）同步精度与解调窗口的对齐依赖额外处理

8、现有chirp同步方法输出的定时估计与数据解调窗口之间不存在天然的参数对应关系，需要额外的插值或重采样才能将同步结果转化为解调窗口的起始位置。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请旨在提出一种基于chirp同步序列的4fsk非相干解调方法及系统，以解决上述至少一个问题。

2、为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本申请提供了一种基于chirp同步序列的4fsk非相干解调方法，包括：

4、根据等间隔的4fsk载频及符号周期联合确定chirp同步序列的起始频率、终止频率、调频率和持续时间，使chirp扫描频带覆盖所述4fsk载频且两端分别具有预设载频间隔的频率余量，以生成依次包含chirp同步序列、间隔符和4fsk数据符号的通信帧；

5、通过对接收通信帧中的chirp同步序列进行上扫频和下扫频频域相关，获得定时估计值和频偏估计值，以所述定时估计值确定各4fsk数据符号的检测窗口，并根据所述频偏估计值补偿各载频；

6、通过在各检测窗口内分别计算与补偿后四个载频对应的同相相关量和正交相关量，依据二者平方和得到能量值，并将最大能量值对应的载频判决为发送符号。

7、第二方面，基于同一发明构思，本申请还提供了一种基于chirp同步序列的4fsk非相干解调系统，包括参数协同配置模块、帧生成模块、接收前端、chirp同步模块、频偏补偿模块、窗口控制模块、4fsk非相干解调模块和输出模块；

8、所述参数协同配置模块用于根据等间隔的四个4fsk载频及符号周期联合配置chirp同步序列，使其扫描频带覆盖四个载频并具有频率余量、持续时间为所述符号周期的整数倍且频率变化量为载频间隔的4倍；

9、所述帧生成模块用于生成依次包含chirp同步序列、间隔符和4fsk数据符号的通信帧；

10、所述chirp同步模块用于对接收前端输出的基带信号进行上扫频和下扫频频域相关并输出定时估计值和频偏估计值；

11、所述频偏补偿模块用于补偿四个4fsk载频；

12、所述窗口控制模块用于依据定时估计值建立4fsk检测窗口；

13、所述4fsk非相干解调模块用于计算四路同相、正交相关能量并完成最大能量判决；

14、所述输出模块用于输出解调数据。

15、第三方面，基于同一发明构思，本申请还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述的方法。

16、第四方面，基于同一发明构思，本申请还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其中，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如第一方面所述的方法。

17、相对于现有技术，本申请所述的基于chirp同步序列的4fsk非相干解调方法及系统具有以下有益效果：

18、本申请通过chirp同步序列与4fsk的参数协同设计，将chirp序列与4fsk非相干解调深度融合，填补了传统4fsk系统同步可靠性低的空白，通过参数协同设计和动态补偿机制，优化了同步与解调的一体化性能，尤其在抗多普勒频偏和低信噪比环境下表现优越，从而提升系统在低信噪比、高动态等复杂信道下的同步可靠性和解调性能。

1.一种基于chirp同步序列的4fsk非相干解调方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频域相关包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

7.一种基于chirp同步序列的4fsk非相干解调系统，其特征在于：

8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，其中，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1-6任一项所述的方法。