[发明专利]一种基于GMSK调制方式的AIS信号帧同步估计方法

说明书

(一)技术领域：

本发明属于船舶自动识别系统(Automatic Identification System，简称AIS)通信技术领域，特别涉及一种基于高斯最小频移键控(Gaussian Filtered Minimum Shift Keying，简称GMSK)调制方式的AIS信号帧同步估计方法。

(二)背景技术：

在AIS通信中，卫星的运行速度为每秒7.5千米，对于VHF频段的AIS信号，造成的多普勒频移量接近4KHz，超过带宽的15％。这对正确接收和检测是很困难的。AIS是时分多址接入系统，时间同步是最基本的要求。在星载AIS接收机时间同步的过程中，帧同步是至关重要的步骤之一。

对于星载AIS信号的帧同步估计，比较经典的算法有基于最大似然准则的频偏估计算法，该算法假设频偏均匀分布(参见文献[1]Gansman J A,Fitz M P,Krogmeier J V.“Optimum and sub-optimum frame synchronization for pilot-symbol-assisted modulation[J]”.Communications IEEE Transactions on,1997,45(10):1327-1337；文献[2]Choi Z Y,Lee Y H.“Frame in the presence of frequency offset[J]”.IEEE Transactions on Communications,2002,50(7):1062-1065在文献[1]的基础上进行了改进，采用了两次相关的方法，提高了帧同步的性能；文献[3]Koo Y,Lee Y H.“A joint maximum likelihood approach to frame synchronization in presence of frequency offset[C]”.IEEE International Conference on Communications.2002:1546-1550vol.3给出了帧同步和频偏联合估计算法，首先进行了频偏估计，并用频偏估计值进行校正，并在校正的基础上进行帧同步，但是本算法在大频偏下性能较差。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提出一种基于GMSK调制方式的AIS信号帧同步估 计方法，它可以解决现有帧同步算法在大频偏，大时延下无法准确进行帧同步，难以适应星载AIS系统要求的问题，以实现在星载AIS接收机上的帧同步。是一种简单易行的基于训练序列折叠相关运算的帧同步算法。该方法旨在提高大频偏下星载AIS信号帧同步算法的性能，降低信噪比门限，提高估计范围。

本发明的技术方案：一种基于GMSK调制方式的AIS信号帧同步估计方法，其特征在于它包括如下步骤：

(1)对AIS系统帧结构中的训练序列再调制得到长度为NT_b的再调制信号，并证明再调制信号的对称性，其中N为训练序列序列的长度，Tb为码元周期；

(2)按照步骤(1)中获得的训练序列再调制信号的长度，对接收信号从dT位置为起始进行截取，其中d为从0开始的正整数，T称为滑动间隔；

(3)将步骤(2)中所截取的信号等长度分为两部分，每部分的长度为NT_b/2，分别计算这两部分信号的相关系数，记为P(d)，所述P(d)是由两部分信号的相关系数所组成的序列；

(4)搜索步骤(3)中相关运算所得到的序列P(d)，通过求取P(d)最大值得到峰值点，并利用P(d)的峰值点所对应的时间点得到帧同步估计值。

所述步骤(1)中，AIS系统训练序列调制信号的对称性的证明由以下步骤构成：

假设接收信号模型如式(1)所示：

x(t)＝e^j2πεts(t-τ)+n(t) (1)

式中，ε为频偏，τ为时延，n(t)为均值为0，方差为σ²的高斯白噪声；

若AIS系统所使用的训练序列为恒定的0，1交替的序列，即：

b＝{0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1}

其长度记为N＝24bit；

训练序列经过NRZI(No Return to Zero Inverted——反向非归零)编码后 可得到新的训练序列记为a＝{a_i}，对训练序列a进行GMSK调制之后得到，训练序列前N/2个点的GMSK调制后的信号为：