第二节：FSK 模拟收发

### 一、BFSK 模拟收发

FSK 模拟发射器和接收器的流程图为：

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#### 1）变量和参数

在本教程中，我使用的是 **Baudot 码无线电传（Radioteletype）** 的波特率。其定义为：位时间（bit time）为 **22 毫秒**，因此波特率设为 $1 / 0.022$ ，即 **45.4545**。

重复因子（Repeat factor）计算公式为：`(int)(samp_rate * 0.022)`。

在此流图中，标准的 RTTY 信号频率：**2295Hz（传号/Mark=1）** 和 **2125Hz（空号/Space=0）**，是由 VCO（压控振荡器）生成的。具体计算过程如下：

* **VCO 灵敏度（VCO Sensitivity）**：选择 **2500Hz** 作为输入为 +1 时的满量程频率（vco_max）。计算公式为：$(2 * \pi * 2500 / 1) = 15708$。任何大于 2295Hz 的频率都可以使用（我们这里选择 2500Hz）。
* **输入数值**：观察虚拟源 "xmt_data" 的输出，Mark 等于 **+1.0**，Space 等于 **0.0**。
* **VCO 偏移量（vco_offset）**：`space / vco_max` $\Rightarrow$ **0.85**。
* **输入振幅（inp_amp）**：`(mark / vco_max) - vco_offset` $\Rightarrow$ **0.068**。
* **空号频率（Space frequency）**：通过 $((0.0 * 0.068) + 0.85)$ 产生，即 $(2125 / 2500)$。
* **传号频率（Mark frequency）**：通过 $((1.0 * 0.068) + 0.85)$ 产生，即 $(2295 / 2500)$。

**频率偏移 FIR 滤波器（Frequency Xlating FIR Filter）** 的抽头参数为：`firdes.low_pass(1.0, samp_rate, 1000, 400)`。请注意，目标信号的频偏（deviation）为 **170Hz**，因此该滤波器可以有效抑制相邻信道的信号。

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#### 2）数据流描述

**发射机**

按照流程图信号路径，随机源生成 0 到 255 之间的字节值。解包 K 位模块将输入的每一位生成为一个单独的字节，其值位于最低有效位。由于没有硬件参与，因此使用节流模块来限制流经系统的流量。

之后 Multiply Const -> Add Const -> VCO 实现将数据 0 转换为空号频率，将数据 1 转换为传号频率，最终形成 `fsk_out` 数据。

其中 repeat 是为了实现 22ms 的位时间，进而让波特率为 `1/0.022`。其本质是：将 1bit 数据产生持续 22ms 的频率信号。

**接收机**

频率偏移 FIR 滤波器将接收信号移至中心频率附近——该中心频率位于标记频率和间隔频率的中间。

虽然对于这种没有噪声的简单模拟来说，静噪功能并非真正必要，但在现实世界中接收 RTTY 信号时，静噪功能是必需的。

正交解调模块产生一个信号，当输入频率高于零时为正，当输入频率低于零时为负。当该信号输入到二进制切片器时，输出为 1 或 0 的字节。这就是我们接收到的数据（解包后）。

已添加QT GUI 眼图接收器。它用于在调谐实时信号时确定正确的中心频率。

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#### 3）测试

我们如何确定这是原始比特流？为了验证这一点，我们将它与输入比特流进行比较。由于这是一个仿真环境，我们可以访问已发送的数据（流 ID：“xmt_data”），因此可以进行此操作。直接比较这两个数据流可以发现，接收到的信号比输入信号慢了若干比特，这是因为发送器和接收器链路中包含许多模块和滤波器，这些模块和滤波器会造成信号延迟。为了补偿延迟，我们需要使用“延迟”模块将发送的比特延迟相同的比特数。然后，您可以调整延迟值以找到正确的延迟，并观察比特是如何同步的。您还可以将一个信号从另一个信号中减去，以查看它们何时同步，因为此时输出将为 0。请注意，延迟需要几秒钟才能生效，之后才能在输出中看到变化。正确的延迟值约为 145。

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### 参考链接

[[1]. GNURadio Wiki —— Simulation example: FSK][#1]

[#1]:https://wiki.gnuradio.org/index.php/Simulation_example:_FSK       
[p1]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202601/bfsk_grc.png    
[p2]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202601/FSK_example_out.png

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