前言

最近调试了一个FSK解调的项目，期间换了两种算法，其中基于过零检测技术的FSK软件解调方法最后是最好用的一种，特意分享出来给大家！
先附上对应github源码连接：fsk过零检测github源码地址（经过工程验证）

原理

FSK信号制式描述

根据《中国来电显示标准》，在两次振铃之间产生数据传送。FSK制式信号是连续相位移频键控，由两种不同的频率表示逻辑0和逻辑1。
FSK数据要求：
逻辑1： 1200Hz±1%
逻辑0： 2200Hz±1%
传输速率： 1200bit/s±1%
在基于特定平台的路由交换系统中，其交换机的发送速率为8KHz，接收速率也为8KHz。

如图所示，为单数据消息帧格式，在现在的交换机系统中，其由固定的300个0/1交替组成的信道占用信号，180个连续1组成的标志信号，10个bit组成的消息字组成，消息字中间存在7个连续的1组成的标志位。

算法描述

过零检测法是一种常用且简便的解调方法，2FSK信号的过零点数随载频的变化而不同，因此检测出过零点个数就可以得到载频的差异，从而进一步得到调制信号的信息，过零检测法的原理如下:

如图所示，为过零检测法解调原理。其目的是将FSK调制的采样信号转换为ASK调制的信号。FSK信号经过限幅、微分、整流后形成与频率变化相对应的脉冲序列，由此再形成相同宽度的矩形脉冲，矩形脉冲的低频分量与数字信号相对应，由滤波器滤出低频分量，然后经抽样判决，即可得到原始的数字调制信号。
过零检测法本质是一种模拟解调的方法，这里用数字信号处理的方式对其进行了软件实现。

仿真分析

这里采用了一段真实接收的信号作为仿真验证。

如图所示，一段1.2KHz的FSK调制信号由8KHz的AD进行采样，大约9000个采样点。前1000个点是响铃，后边一长段是一段信号的有用数据。
在进行数字信号处理前，对其进行3倍插值。一段8KHz采样的1.2KHz频率的信号，每20个采样点有3个完整bit，单个bit有6~7个采样点。为了使其方便后续处理，对采样点进行3倍插值，插值后的数据每20个采样点代表1个完整的bit。
采样数据3倍插值后，对其放大限幅，这里实际进来的是满量程的short型数据，所谓的放大限幅是将其转换为了能够代表变化快慢的方波，所以这里对其修改为，大于0的为幅值100，小于0的为幅值-100。

微分部分，在数字信号处理中用差分表示，用后一个采样bit减去前一个采样bit即可。

随后对其进行整流，这里直接对其取绝对值。

然后对其进行相同脉宽的脉宽调制，这里每有一个幅值为200的点，将其宽度扩展为3个点处理。

对输入的原始采样数据进行一系列处理后，将其调制为了如图所示的脉冲数随频率变化的脉宽信号。将频率不同的脉宽信号过低通滤波器，滤除其高频分量。

能得到这张图就已经解调成功了。
从图中可以看到，不同频率的信号明显被调制为了不同幅度的信号，变化快的2.2KHz信号幅值高，变化慢的1.2KHz信号幅值低。图9为一段数据的全部输出，前边交替变化的是300个0、1，中间一段低幅值信号是180个1，后边的则是0开始1结尾的消息字和穿插在其中的标志位。
将FSK经过如上方法转换为了ASK信号，将其找到一个合适的门限值，即可将0和1准确判断出来。

如图所示，将86作为此次数据的门限值，超过门限的做0处理，低于门限的做1处理。从图中可以看出，0和1bit基本是每20个采样点一个的。实际C代码编写中，将300个信道占用信号0、1对门限进行训练。
训练方法为，初始化门限值为80，300个信道占用信号有总计6000个采样点，利用其中5000个采样点，每200个为一组，分为25组。因为200个点是10个bit的0、1值，并且0和1的数量是相等的，将其200个点进行累加，理论值是100，利用这些数据对门限进行调节，最终使门限值收敛与接近最优的门限值。

如图所示，门限值逐步收敛于一个定值。

如图所示，按照门限值，大于门限值为1，小于门限值为0。每20个bit进行一次判决，大于10的为0，小于10的为1。即可解调出正确bit。

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FSK过零检测技术

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