基于軟件解調的新型NAVTEX信號處理單元研制

摘要：本文提出采用DSP和軟件解調技術實現NAVTEX接收機的方法，應用基于短時快速傅立葉變換的方法實現了NAVTEX信號軟件解調，克服了傳統NAVTEX接收機硬件相干解調所具有的受環境、溫度等外界因素影響而導致誤碼率升高等問題，有效地提高了NAVTEX接收機的環境適應性和工作可靠性。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/267429.htm

關鍵詞：NAVT EX；短時傅立葉變換；軟件解調；2FSK

DOI：10.396 9/j.issn.1005-5517.2015.1.010

李剛（1977-），男，碩士，研究方向：船舶通信導航設備研制。引言

NAVTEX接收機自動接收海岸電臺發射的航行告警、氣象告警以及其它安全導航信息，為船舶安全航行提供重要信息保障，是全球海上遇險和安全系統的重要組成部分。傳統的NAVTEX接收機的信息解調部分采用模擬硬件電路，由于模擬電路易受環境影響的特點，導致傳統的接收機靈敏度下降，進而使其不能正確接收報文。本文介紹了基于DSP和軟件解調的方法，實現了信號的數字化和軟件解調，提高了接收機的環境適應性和工作可靠性。

1 NAVTEX接收機原理和信號特點

1.1 接收機工作原理

NAVTEX接收機主要由射頻接收模塊和信息處理模塊組成，其組成和信號流圖如圖l所示，信號經天線接收以后送入射頻接收模塊，射頻接收模塊完成濾波、低噪聲放大，并將信號下變頻至中心頻率為1700Hz的模擬音頻信號，該信號經濾波放大后送入信息處理模塊，其中解凋單元完成信息解凋，恢復出數字信號后送入信息處理單元，信息處理單元完成協議編解碼，送信息顯示單元完成信息顯示。

1.2 NAVTEX信號特點

根據IEC61097國際規范，NAVTEX系統的工作頻率為S18KHz、490KHz或4209.5KHz，其中S18KHz用于接收英文信息，490KHz或4209.5KHz用于接收本地語言播發的信息。其采用FIB的調制方式，即2FSK調制方式，載波頻率f+85Hz表示數字O或l，調制速率lOOBd。

傳統的NAVTEX接收機采用硬件電路以鎖相解調原理實現信號解調，硬件解調電路中的鎖相環路跟蹤輸入信號，并通過正交相位檢測、濾波和比較器后實現信號解調。但由于鎖相環路中的VCO的震蕩頻率會隨著外部環境的變化發生100Hz左右的漂移，導致了NAVTEX接收機靈敏度會隨著溫度的變化而下降，甚至在低溫時出現完全不能正確解調數據的問題。

2 軟件解調原理

眾所周知，2FSK信號的實質是采用信號頻率隨著時間做二值變換的方式完成信息的傳輸，如果能獲知既定時間內信號的頻率，完成既定的一段短時間內信號的頻譜分析即可實現2FSK信號的解調。

通過時域信號的傅立葉變換可實現信號的頻域分析，獲取信號的頻譜分布、能量大小和延遲等信息，但其與時間維度沒有確定的關系，而短時傅立葉變換在頻譜分析的基礎上，引入了時間維度，具有在既定短時內完成信號頻譜分析的特點，特別適合2FSK信號的解調。

2.1 短時傅立葉變換

短時傅立葉變換首先使用隨時間滑動的分析窗對信號進行加窗截斷，然后用傅立葉變換分析各短時信號的頻譜，并通過窗函數的時間平移來覆蓋整個時域，完成信號的頻譜分析。

通過式2可獲得時間窗內原信號的頻譜分析情況，當時間窗函數移動時，信號隨時間的先后進行FFT分析，從而得到信號頻譜隨時間變化的規律。且由于信號截斷在時刻t處的c時段，當c足夠小時，可視為信號在t時刻的頻率，這正是2FSK信號解調所需要的基本條件。

2.2 基于短時傅立葉變換的2FSK解調算法

典型的2FSK離散數字信號可表示為：

離散2FSK信號經過式2短時離散傅立葉變換后，可獲得2FSK在確定時刻內的頻譜情況，由2FSK信號的特點可知，經短時傅立葉變換后，其頻譜分量中f1和f2的幅值比其他頻率分量的幅度值大，且當頻譜分量中f1大于f2的幅值時，表明當前時間窗口內為頻率f1，其解調后對應數字1，反之，則解調后應為O。

2.3比特同步和碼元判決

3 新型NAVTEX信號處理單元設計

基于上述的軟件解調原理，改進了傳統NAVTEX接收機的信號處理模塊，采用基于DSP處理器的信號處理電路，通過上述軟件算法，研制了新型的NAVTEX接收機。

3.1 硬件設計

硬件設計主要包括A/D轉換和DSP數字處理器電路，采用高保真音頻采集芯片TLV320AIC23B進行A/D采集，將1700Hz的模擬音頻信號進行A/D轉換，并通過數字信號處理芯片（TMS320VC5402）進行數據處理，完成軟件解調，并將解凋的NAVTEX報文輸出至顯示單元進行信息顯示。

3.2 軟件設計

NAVTEX模擬音頻信號兩個載頻分別為1615Hz和1785Hz，數據碼元長度為lOms，即

f1=1615Hz；f2=1785Hz；N=lOms；

根據奈奎斯特采樣定律，結合采樣芯片TLV320AIC23B，選取采樣頻率fs=8000Hz；則每個碼元長度內采樣點的個數Ns=lOms×8000Hz=80個。

取信號截取長度80，即截取80個采樣點進行短時傅立葉變換，為了提高頻率分辨率，設計采用256點FFT，除80個采樣點外，其余點補O，則計算

4 結論

本設計采用基于短時快速傅立葉變換的軟件解調算法，對傳統NAVTEX接收機的硬件解調電路進行了改進，解決了傳統解調所固有的隨環境變化而靈敏度下降的缺點，現改進后的NAVTEX接收機已進入批量生產階段，工作效果達到預期效果。

IHS預測：2014全球半導體營收將刨4年來新高

研究機構IHS發布最新調查報告，預計今年全球半導體營收將達到3，532億美元，同比增長9.4%，是近四年來最好的成績。

其中整體表現以DRAM與數據閃存（Flash Memory）相關市場產值成長20%最為強勁，顯示應用需求持續成長，加上供給面減少，推升產品單價走高；其他產品也成長6.7%，表現穩定，另外IC、分離式元件、微控制器等市場，邏輯與數位lC也有不錯成長。

從營收表現來看，前20大廠商排名，聯發科從去年第15名，上升至第十名，是第一家總部設在臺灣的公司擠入前十大的廠商，營收預計達71.49億美元，年增漲57.5%，成長率排名第二。前五大廠商排名，依舊為英特爾、三星、高通、美光與SK海力士，產值分別為499.6億美元、382.7億美元、192.7億美元、163.9億美元、157.4億美元；第六到第九名分別是德儀、東芝、博通與STM，排名均與去年相同，第十名則由聯發科擠掉瑞薩取得。