gnu radio FSK

### GNU Radio中的FSK调制

GNU Radio提供了一个强大的框架用于软件定义无线电(SDR)，其中包含了多种调制解调技术，包括频移键控(FSK)[^1]。对于FSK的实现，在GNU Radio Companion (GRC) 中可以通过组合多个模块来完成。

#### 创建FSK信号源

为了生成FSK已调波形，可以利用`gr-fec`库里的组件或是直接通过编写Python脚本来操作。一种常见的方式是采用`analog.frequency_modulator_fc`模块来进行频率偏移控制：

from gnuradio import analog, blocks, gr

class fsk_source(gr.top_block):
    def __init__(self):
        gr.top_block.__init__(self)

        samp_rate = 32000
        freq_deviation = 5000
        
        self.src = blocks.vector_source_f([1]*10+[0]*10, True)
        self.fmmod = analog.frequency_modulator_fc(freq_deviation/samp_rate)
        
        self.sink = blocks.file_sink(gr.sizeof_gr_complex,'fsk_signal.dat')
        
        self.connect(self.src, self.fmmod, self.sink)

此代码片段展示了如何创建一个简单的方波作为输入并应用FM调制器将其转换成FSK信号。

#### 接收端处理流程

接收机部分通常涉及下变频、滤波以及同步过程。在GNU Radio里，这些功能都可以借助现成的block轻松搭建起来。例如，使用`freq_xlating_fft_filter_ccc`进行粗略的载波恢复；接着运用Costas环路(`digital.costas_loop_cc`)精确定位相位误差；最后依靠差分解码(`digital.diff_decoder_bb`)还原原始数据流。

from gnuradio import digital, filter, gr

class fsk_receiver(gr.top_block):
    def __init__(self):
        gr.top_block.__init__(self)

        input_file = 'fsk_signal.dat'
        output_file = 'decoded_bits.bin'

        decimation_factor = 8
        transition_width = 1e3
        cutoff_freq = 4.5e3
        
        taps = filter.firdes.low_pass(1,samp_rate,cutoff_freq,transition_width)
        
        self.source = blocks.file_source(gr.sizeof_gr_complex,input_file,False)
        self.xlator = filter.freq_xlating_fft_filter_ccc(decimation_factor,taps,-carrier_frequency,samp_rate/decimation_factor)
        self.costas = digital.costas_loop_cc(loop_bw,digital.constellation_bpsk().base())
        self.demod = analog.quadrature_demod_cf(samp_rate/(2*math.pi*deviation))
        self.decoder = digital.diff_decoder_bb(2)
        self.snk = blocks.file_sink(gr.sizeof_char,output_file)
        
        self.connect((self.source,0),(self.xlator,0),
                     (self.xlator,0),(self.costas,0),
                     (self.costas,0),(self.demod,0),
                     (self.demod,0),(self.decoder,0),
                     (self.decoder,0),(self.snk,0))

上述例子说明了从读取文件到最终保存解码后的二进制序列整个链路上的关键步骤。