CN106856463A - Msk/gmsk相干解调处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种MSK/GMSK相干解调处理系统，旨在提供一种能够降低MSK/GMSK信号解调算法复杂度，提高信号解调性能的相干解调处理系统，本发明通过下述技术方案予以实现：MSK/GMSK信号解调端通过一个正交解调模块中的两个90°移相器并联两个低通滤波器组成闭环回路，闭环回路输出端通过基带信号同步模块顺次串联后解码信号解调模块和信息变换模块组成MSK/GMSK相干解调系统；基带信号同步模块将得到的MSK/GMSK基带离散复数信号的起始相位补偿到零相位，送入后解码信号解调模块对每个基带符号交替抽取实部值和虚部幅度值，信息变换模块将小于等于0的实数信号变换为比特0,大于0的实数信号变换为比特1得到信息比特数据并输出到后续信息处理中。

Description

MSK/GMSK相干解调处理系统

技术领域

本发明是关于移动通信领域用于空地、空空无线通信的最小频移键控/高斯最小频移键控MSK/GMSK相干解调处理系统。

背景技术

目前在数字通信系统中,全数字接收机得到了广泛应用。用数字化方法设计通信系统中的调制解调技术是现代通信中的一个重要技术。根据信道特点的不同选择合适高效的调制解调方式对通信系统的性能非常重要。往往要涉及通信系统传输的有效性和可靠性。对于数字通信系统，有效性和可靠性实际上是传输速率和差错率。调制解调技术作为通信系统中的关键技术，其效果好坏对通信系统的性能有着直接的影响，所以要根据不同的通信系统功能要求选择合适的调制解调方式并采取有效合理的算法实现，因此调制解调方式及其算法实现的选择对建立性能良好的无线通信系统尤为重要。MSK调制的主要优点是信号具有恒定振幅和信号功率谱密度在主瓣外衰减得较快。然而，在某些通信场合，如移动通信中，对信号带外辐射功率的限制十分严格，要求对邻近信道的衰减达70dB～80dB以上。因此，近来对MSK信号作些改进，如改进两正交支路的加权函数称为高斯最小频移键控(GMSK，Gaussian Filtered Minimum Shift Keying)调制方法等。最小高斯频移键控GMSK是一种典型的连续相位调制方式,具有包络恒定、频谱紧凑、抗干扰能力强等特点,可有效降低邻道干扰,提高非线性功率放大器的功率,已在移动通信(如GSM系统)、航天测控等场合得到了广泛应用。MSK及其改进的GMSK是一种性能优越的调制方式，这种调制方式包络恒定，具有最小功率谱占用率和相位连续的特点，具有良好的频谱特性，能在给定的频带内传送很高的比特速率，满足现代数字调制技术的要求，在通信系统中得到了广泛的应用。

现有技术对MSK/GMSK信号的解调算法从是否需要进行载波相位跟踪可以分为相干解调和非相干解调两类。对于相干解调来说，载波同步需要解决接收机频率和相位的完全同步；而对于非相干解调来说，载波同步仅需要解决接收机频率同步。常规的非相干解调的方法有差分相位解调法和限幅鉴频法等。非相干解调方法不需要以接收信号的载波作为参考，不需要提取载波，算法实现非常简单，在以往的通信系统中得到了广泛的应用，尤其是低成本通信产品中。常用的非相干解调算法主要有过零检测法、包络检波法以及差分检测法。由于过零检测法和包络检测法抗噪能力较差，MSK/GMSK信号的非相干解调一般使用差分检测算法。非相干 解调方法的优点是实现简单，但存在抗干扰性能差的特点，尤其在小信噪比的情况下，信号解调存在门限效应。相干解调的理论性能优于非相干解调，在相同误码率下，相干解调一般可以降低2dB以上的解调门限。随着集成芯片技术的发展，芯片处理能力不断提高，更多的通信接收系统采用了相干解调方法来提高信号解调性能。传统的相干解调方法包括载波相位估计处理、匹配滤波处理和维特比迭代解调处理流程，解调性能优越，但运算比较复杂。一种采用预编码的MSK/GMSK信号调制方法可以简化相干解调处理，该方法通过在发送端对发送数据进行编码处理，使接收端基带信号的实部和虚部的相应位置的幅度值为发送信息符号的双极化值，从而使相干解调仅包括了载波相位估计和交替取值两个处理流程，并且直接得到了信号的软解调信息，便于与信道编解码结合处理。新的通信系统设计中可以采用基于预编码的MSK/GMSK信号调制解调方法，但对于大量已经投入使用的现存通信系统，如AIS系统，由于新老系统的兼容需要，发送端信号处理方式是无法改变的，无法进行基于预编码的MSK/GMSK信号调制处理，因此在不改变发送端波形设计的基础上，改进接收端的接收处理方法是提高这类通信系统的唯一途径，而对于现役系统设计，往往接收端处理能力受限，并且成本也有要求，目前的MSK/GMSK通信系统接收端还缺乏运算简单、性能优越的相干解调处理方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种运算简单，能够降低MSK/GMSK信号解调算法复杂度，提高信号解调性能的MSK/GMSK相干解调处理系统，用以解决大量现有通信系统中MSK/GMSK信号接收性能提升中所面临的提高接收机灵敏度问题。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到。一种MSK/GMSK相干解调处理系统，包括：射频信号接收端相连的正交解调模块11、低通滤波模块12和基带信号同步模块13，其特征在于：最小频移键控/高斯最小频移键控MSK/GMSK信号解调端通过一个正交解调模块11中的两个90°移相器,并联两个低通滤波器组成闭环回路，闭环回路输出端通过基带信号同步模块13顺次串联后解码信号解调模块14和信息变换模块15组成MSK/GMSK相干解调系统；射频接收信号通过正交解调模块11，经下变频低通滤波模块12中并联的两个环路低通滤波器前调制过滤,转换为MSK/GMSK基带调制信号；所述基带调制信号经基带信号同步模块13位同步检测定位，完成相位估计与补偿和载波频偏估计与补偿，将得到的MSK/GMSK基带离散复数信号的起始相位补偿到零相位，送入后解码信号解调模块14对每个基带符号交替抽取实部值和虚部幅度值，交替抽取完成定位和相频补偿后的MSK/GMSK基带信号的虚部、实部构成解码前的实数信息序列，然后对提取的实数信息序列进行解码处理，恢复出MSK/GMSK解 调信息的原始符号序列，得到对应基带符号的解调信号，然后将处理后的解调信号输入到信息变换模块15，信息变换模块15根据双极性信息变换规则，将小于等于0的实数信号变换为比特0,大于0的实数信号变换为比特1得到信息比特数据，信息变换模块15将完成MSK/GMSK信号解调处理的二进制信息转换并输出到后续信息处理中。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

运算简单。本发明通过交替对MSK/GMSK基带信号的实部、虚部信号幅度值进行采样来实现信号信息提取，通过后解码处理完成MSK/GMSK信号的信息恢复，载波相位同步后的信号解调中仅涉及了信号存储和简单的逻辑运算，运算量低，可以在有限运算资源下实现MSK/GMSK信号的相干解调。

提高了信号解调性能。本发明的信号解调误比特性能与传统基于维特比迭代的相干处理性能基本一致，优于非相干的信号解调方法，可以应用于现有MSK/GMSK通信系统的性能改善。由于本发明无需改变现有MSK/GMSK通信系统的发送信号，仅改变接收处理方法，可以实现在较低成本下的通信性能提升。

降低了通信系统对MSK/GMSK信号解调算法的复杂度。本发明利用对同步及相频补偿后基带信号虚部与实部幅度值的交替抽取完成了调制信息的提取，并且利用对提取后信息进行后解码处理的方式实现MSK/GMSK解调信息的恢复，实现对MSK/GMSK信号的相干解调。与现有的相干解调方法相比，这种设计的优点在于：一是这种相干解调方法在相同解调性能下算法复杂度低，利于在低端处理设备上实现，可以实现产品的高性价比。二是这种相干解调方法，其解调性能与基于预编码的MSK/GMSK调制解调相近，但无需在发送端进行预编码处理，可以用于所有现存使用MSK/GMSK信号通信系统的性能提升。

本发明特别适合对现存MSK/GMSK通信系统的性能改进，比如提高船舶自动识别系统AIS的信号接收性能。

附图说明

下面结合附图和实施进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。

图1是本发明MSK/GMSK相干解调处理系统电路原理示意图。

图2是图1中后解码信号解调模块电路原理示意图。

图中：11正交解调模块，12低通滤波模块,13基带信号同步模块后，14解码信号解调模块，15信息变换模块，21a实部抽取模块，22虚部抽取模块、21b取反处理模块、23信号选通模块,24后解码模块。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的实施例中，一种MSK/GMSK相干解调处理系统，主要包括：射频信号接收端相连的正交解调模块11、低通滤波模块12和基带信号同步模块13。最小频移键控/高斯最小频移键控MSK/GMSK信号解调端通过一个正交解调模块11中的两个90°移相器并联两个低通滤波器组成闭环回路，闭环回路输出端通过基带信号同步模块13顺次串联后解码信号解调模块14和信息变换模块15组成MSK/GMSK相干解调系统，射频接收信号通过正交解调模块11，经下变频低通滤波模块12中并联的两个环路低通滤波器前调制过滤转换为MSK/GMSK基带调制信号；基带调制信号经基带信号同步模块13位同步检测定位，完成相位估计与补偿、载波频偏估计与补偿，将得到的MSK/GMSK基带离散复数信号的起始相位补偿到零相位，送入后解码信号解调模块14，后解码信号解调模块14对每个解码后的基带符号交替抽取实部和虚部幅度值，交替抽取完成定位和相频补偿后的MSK/GMSK基带信号的虚部、实部构成解码前的实数信息序列，然后对提取的实数信息序列进行解码处理恢复出MSK/GMSK解调信息的原始符号序列，得到对应基带符号的解调信号，然后将处理后的解调信号输入到信息变换模块15，信息变换模块15根据双极性信息变换规则，将小于等于0的实数信号变换为比特0,大于0的实数信号变换为比特1得到信息比特数据，信息变换模块15将完成MSK/GMSK信号解调处理的二进制信息转换并输出到后续信息处理中。

参阅图2。输入到后解码信号解调模块的信号序列为基带信号同步模块13中经过传统位同步检测定位、相位估计与补偿和载波频偏估计与补偿处理的MSK/GMSK基带离散复数信号，记录为x(n),n为依据采样时间先后对MSK/GMSK基带离散复数信号的编号，取值为1开始的整数，且每个MSK/GMSK符号对应一个基带离散复数信号x(n)。后解码信号解调模块包括：并联的实部抽取模块21a和虚部抽取模块22、依次串联的取反处理模块21b、信号选通模块23和后解码模块24，其中，信号虚部抽取模块22完成对MSK/GMSK基带离散复数信号虚部的提取，记为imag(x(n))，取反处理模块21b完成对实数信号的正负取反操作。MSK/GMSK基带离散复数信号x(n)分为两路，一路通过实部抽取模块21a经取反处理模块21b输入信号选通模块23，另一路通过虚部抽取模块22输入信号选通模块23，两路MSK/GMSK基带离散复数信号x(n)通过信号选通模块23选通到后解码模块24。

信号选通模块23按照下式规则构建实数信息序列y(n)，

式中，imag(x(n))为基带离散复数信号x(n)虚部的提取，real(x(n))为基带离散复数信号x(n)实部的提取。

后解码模块24按照下式规则完成解码处理，得到实数解调信息序列z(n)，

上式中sign(y(n-1)*y(n))为取实数y(n-1)*y(n)的符号，y(n-1)*y(n)为正数时sign(y(n-1)*y(n))＝1，y(n-1)*y(n)为负数时sign(y(n-1)*y(n))＝-1；min(|y(n-1)|,|y(n)|)为取两个实数中最小的实数操作,当|y(n-1)|≥|y(n)|时，min(|y(n-1)|,|y(n)|)＝|y(n)|，当|y(n-1)|≤|y(n)|时，min(|y(n-1)|,|y(n)|)＝|y(n-1)|。

Claims (7)

1.一种MSK/GMSK相干解调处理系统，包括：射频信号接收端相连的正交解调模块(11)、低通滤波模块(12)和基带信号同步模块(13)，其特征在于：最小频移键控/高斯最小频移键控MSK/GMSK信号解调端通过一个正交解调模块(11)中的两个90°移相器并联两个低通滤波器组成闭环回路，闭环回路输出端通过基带信号同步模块(13)顺次串联后解码信号解调模块(14)和信息变换模块(15)组成MSK/GMSK相干解调系统。

2.如权利要求1所述的MSK/GMSK相干解调处理系统，其特征在于：射频接收信号通过正交解调模块(11)，经下变频低通滤波模块(12)中并联的两个环路低通滤波器前调制过滤转换为MSK/GMSK基带调制信号；所述基带调制信号经基带信号同步模块(13)位同步检测定位，完成相位估计与补偿和载波频偏估计与补偿，将得到的MSK/GMSK基带离散复数信号的起始相位补偿到零相位，送入后解码信号解调模块(14)对每个基带符号交替抽取实部值和虚部幅度值，交替抽取完成定位和相频补偿后的MSK/GMSK基带信号的虚部、实部构成解码前的实数信息序列，然后对提取的实数信息序列进行解码处理恢复出MSK/GMSK解调信息的原始符号序列，得到对应基带符号的解调信号，然后将处理后的解调信号输入到信息变换模块(15)，信息变换模块(15)根据双极性信息变换规则，将小于等于0的实数信号变换为比特0,大于0的实数信号变换为比特1得到信息比特数据，信息变换模块(15)将完成MSK/GMSK信号解调处理的二进制信息转换并输出到后续信息处理中。

3.如权利要求1所述的MSK/GMSK相干解调处理系统，其特征在于：输入到后解码信号解调模块的信号序列为基带信号同步模块(13)中经过传统位同步检测定位、相位估计与补偿和载波频偏估计与补偿处理的MSK/GMSK基带离散复数信号，记录为x(n),n为依据采样时间先后对MSK/GMSK基带离散复数信号的编号，取值为1开始的整数，且每个MSK/GMSK符号对应一个基带离散复数信号x(n)。

4.如权利要求1所述的MSK/GMSK相干解调处理系统，其特征在于：后解码信号解调模块包括：并联的实部抽取模块(21a)和虚部抽取模块(22)、依次串联的取反处理模块(21b)、信号选通模块(23)和后解码模块(24)，其中，信号虚部抽取模块(22)完成对MSK/GMSK基带离散复数信号虚部的提取，记为imag(x(n))，取反处理模块(21b)完成对实数信号的正负取反操作。

5.如权利要求3所述的MSK/GMSK相干解调处理系统，其特征在于：MSK/GMSK基带离散复数信号x(n)分为两路，一路通过实部抽取模块(21a)经取反处理模块(21b)输入信号选通模块(23)，另一路通过虚部抽取模块(22)输入信号选通模块(23)，两路MSK/GMSK基带离散复数信号x(n)通过信号选通模块(23)选通到后解码模块(24)。

6.如权利要求1所述的MSK/GMSK相干解调处理系统，其特征在于：信号选通模块(23)按照下式规则构建实数信息序列y(n)，

$y\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}imag\left(x\right(n\left)\right),& n=1,3,5...\\ -real\left(x\right(n\left)\right),& n=2,4,6...\end{array}\right.$

式中，imag(x(n))为基带离散复数信号x(n)虚部的提取，real(x(n))为基带离散复数信号x(n)实部的提取。

7.如权利要求1所述的MSK/GMSK相干解调处理系统，其特征在于：后解码模块(24)按照下式规则完成解码处理，得到实数解调信息序列z(n)，

$z\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}y\left(1\right),& n=1\\ sign\left(y\right(n-1)*y(n\left)\right)*min\left(\right|y\left(n-1\right)|,|y\left(n\right)\left|\right),& n=2,4,6...\\ -sign\left(y\right(n-1)*y(n\left)\right)*min\left(\right|y\left(n-1\right)|,|y\left(n\right)\left|\right),& n=3,5,7...\end{array}\right.$

式中sign(y(n-1)*y(n))为取实数y(n-1)*y(n)的符号，y(n-1)*y(n)为正数时，sign(y(n-1)*y(n))＝1，y(n-1)*y(n)为负数时sign(y(n-1)*y(n))＝-1；min(|y(n-1)|,|y(n)|)为取两个实数中最小的实数操作,当|y(n-1)|≥|y(n)|时，min(|y(n-1)|,|y(n)|)＝|y(n)|，当|y(n-1)|≤|y(n)|时，min(|y(n-1)|,|y(n)|)＝|y(n-1)|。