[发明专利]GMSK信号的低复杂度相干解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信系统中尤其是未来高数据速率的航天测控系统、卫星通信系统的信号解调技术，特别地，涉及一种GMSK信号的低复杂度相干解调方法。

背景技术

近几年来，航天测控系统、卫星通信系统对数据传输速率的要求越来越高，导致占用的频谱带宽也相应提高，同时，随着航天测控任务和在轨卫星数量的日益增加，可用的射频频段正变得越来越拥挤。目前，我国航天测控、卫星通信系统中采用的信号调制方式，具有占用带宽大、带外衰减慢和频谱利用率低的缺点，在早期的系统应用中由于射频频段并不拥挤，对数据传输速率的要求不高，能够满足系统的应用需求，但是随着我国的太空探索活动日益频繁以及航天技术越来越成熟等原因，大量的采集数据需要从太空中传输回来，当前采用的信号调制方式在有限的频谱资源下越来越难以满足这些需求。

高斯最小频移键控GMSK(Gaussian Minimum-Shift Keying)是在MSK调制信号的基础上发展起来的，是一种连续相位的恒包络调制。GMSK信号具有很高的频谱效率，相位轨迹没有跳变，且带外衰减非常快，几乎没有旁瓣，具有卓越的功率和带宽有效性。由于其自身的这些优点，目前GMSK在国内外均得到了广泛的研究和应用，例如地面蜂窝移动通信系统GSM标准中采用的调制方式为BT＝0.3的GMSK，美国的军事卫星通信系统MILSATCOM、德国的小卫星TUBSAT-N等都采用了GMSK调制方式，美国国家航空航天局和欧洲空间局从二十世纪末开始对包括GMSK调制在内的多种高带宽效率调制技术进行了全面的研究，并且已经将GMSK调制应用于近几年的近地和深空探测任务。

GMSK信号的解调可分为非相干和相干解调两大类：非相干解调由于不需要进行载波相位同步，实现较简单，但是解调损失较大，难以满足航天测控、卫星通信系统的指标要求；相干解调需要进行载波相位同步，实现较复杂，但是能获得良好的解调性能。在航天测控、卫 星通信系统等领域，GMSK信号的解调需要考虑如下因素：

(1)调制因素：GMSK是一种频率调制，如何对其频率变化处的载波相位进行稳定跟踪，是采用相干解调方法需要解决的难题。同时，GMSK在调制过程中使用了高斯滤波器，这使得其信号的旁瓣得到有效抑制，但是也引入了符号间干扰，且高斯滤波器的BT值越小，引入的符号间干扰越大；

(2)信道因素：GMSK信号在卫星移动信道的传输过程中，电离层的色散特性、卫星与地面接收天线之间的相对运动等会对信号载波引入频率偏差和相位偏差，且还受到信道噪声的影响；

(3)接收因素：GMSK信号从卫星传输到地面天线需要经过很长的距离，尤其是执行深空探测任务时，这会导致地面天线接收到的GMSK信号非常微弱，因此地面解调器需要具有很低的解调门限，这通常需要采用相干解调实现；

基于以上因素，GMSK信号的最佳性能解调方法为基于最大似然序列检测(MLSE)的相干解调，该解调方法利用相干载波对GMSK信号消除载波得到基带符号，再利用最大似然序列检测(MLSE)消除基带符号间干扰。某些采用GMSK调制的系统(例如数字集群系统、GSM系统)，通过在发送数据中插入固定训练序列或者导频等方式，辅助接收端进行载波相位同步，从而降低了实现相干解调的复杂度，但这是以牺牲一定的数据带宽和发射功率为代价的，对于航天测控、卫星通信系统，卫星使用的数据带宽和发射功率都有严格的限制，不适合采用这种方法解调。最大似然序列检测(MLSE)通常采用维特比算法实现，通过将接收符号序列与所有可能的发送符号序列进行匹配滤波后，送入维特比译码器搜索最佳的发送符号序列，但是这种算法存在如下问题：所有可能的发送符号序列数量很多，导致需要大量的匹配滤波器，同时也使得维特比译码器的输入状态过大，极大地提高了维特比译码器的搜索复杂度，因此最大似然序列检测(MLSE)在工程实践上几乎不可能实现。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种结构简单，实现复杂度低，且具 有相干解调性能，非常适合应用于航天测控系统、卫星通信系统等领域的GMSK信号的低复杂度相干解调方法。

本发明通过以下技术方案实现：一种GMSK信号的低复杂度相干解调方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)用载波锁相环对GMSK信号s(kT)进行载波相位同步，输出消除载波后的同相基带信号I₁(kT)、正交基带信号Q₁(kT)；