一種數(shù)字集群gmsk信號(hào)的解調(diào)方法
【專利摘要】一種數(shù)字集群GMSK信號(hào)的解調(diào)方法，接收的射頻信號(hào)經(jīng)過低噪放、波段濾波器、下變頻器、中頻濾波器和中頻放大器后，分別與正交兩路中頻本振信號(hào)相乘，得到兩路信號(hào)，再各自通過低通濾波器，得到I路和Q路基帶信號(hào)，I路和Q路基帶信號(hào)分別送到A/D轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行A/D采樣，然后依次進(jìn)行去直流處理、自動(dòng)增益控制、通過幀同步、位同步模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字集群信號(hào)的時(shí)隙定位和比特定位，通過頻差估計(jì)與校正模塊和相位估計(jì)與校正模塊、通過維特比算法對(duì)同步、校正處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)，將原始數(shù)據(jù)解調(diào)出來。
【專利說明】—種數(shù)字集群GMSK信號(hào)的解調(diào)方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001 ] 本發(fā)明涉及無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及通信中的解調(diào)。尤其涉及應(yīng)用于數(shù)字集群無線通信系統(tǒng)中的GMSK信號(hào)的解調(diào)。
【【背景技術(shù)】】
[0002]無線移動(dòng)通信系統(tǒng)分為兩大類，一是移動(dòng)公網(wǎng)，如2G、3G等蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，二是移動(dòng)專網(wǎng)，如數(shù)字集群通信系統(tǒng)等。從服務(wù)對(duì)象上看，公網(wǎng)為個(gè)人，數(shù)量眾多，專網(wǎng)為政府、企業(yè)、機(jī)構(gòu)等集團(tuán)用戶，數(shù)量相對(duì)較少。從基站覆蓋范圍方面看，公網(wǎng)為小區(qū)制，半徑Ikm左右，甚至更小，其原因，一方面解決大容量的問題，另一方面減輕手機(jī)功耗，以延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間。專網(wǎng)為大區(qū)制，半徑3?20km，其原因主要是降低系統(tǒng)建設(shè)、維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本，以及用戶數(shù)量相對(duì)較少、系統(tǒng)容量需求低。
[0003]數(shù)字集群通信系統(tǒng)中，采用高性能的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，一方面可以提高小區(qū)的覆蓋范圍，另一方面也可以降低基站和終端的發(fā)射功率，從而節(jié)約能耗，延長(zhǎng)終端設(shè)備的待機(jī)時(shí)間。
[0004]目前，主流數(shù)字集群通信系統(tǒng)采用的調(diào)制技術(shù)有/4DQPSK、QAM、GMSK等。其中GMSK調(diào)制信號(hào)(GMSK Gaussian Minimum Shift Keying高斯最小頻移鍵控)具有相位連續(xù)(頻譜集中，鄰道干擾小)、恒定包絡(luò)(利于提高射頻功放效率)等優(yōu)點(diǎn)。目前產(chǎn)品中GMSK常用的解調(diào)方式主要有鑒頻解調(diào)和差分解調(diào)兩種方式。
[0005]所謂的鑒頻解調(diào)是指，由于GMSK信號(hào)是恒幅窄帶調(diào)頻信號(hào)，可以對(duì)其相位進(jìn)行微分，即鑒頻。在對(duì)其相位進(jìn)行微分后在位同步時(shí)鐘的上升或者下降沿對(duì)鑒頻后的波形進(jìn)行判決，從而獲得解調(diào)數(shù)據(jù)。如圖1所示。由于GMSK信號(hào)是窄帶調(diào)頻信號(hào)，采用鑒頻解調(diào)技術(shù)時(shí)，接收機(jī)抗噪聲的能力弱，導(dǎo)致誤碼性能差。另外，鑒頻解調(diào)技術(shù)存在門限效應(yīng)，當(dāng)接收信噪比較低時(shí)誤碼率會(huì)明顯增大。
[0006]所謂的差分解調(diào)，如圖2所示，接收的射頻信號(hào)經(jīng)波段濾波器濾除帶外無用或者干擾信號(hào)、噪聲，接著通過下變頻和中頻濾波將射頻信號(hào)變?yōu)橹蓄l信號(hào)，然后與延遲2比特的信號(hào)相乘，經(jīng)低通濾波后的基帶信號(hào)分別送到位同步模塊和判決模塊，前者從基帶信號(hào)中提取位同步信息，后者在位同步時(shí)鐘的上升沿或下降沿對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行判決，從而恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。GMSK信號(hào)差分解調(diào)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是相對(duì)于相干解調(diào)類方式，其誤碼率比較大。
[0007]上述兩種方式都具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、對(duì)頻差不敏感等優(yōu)點(diǎn)，但誤碼性能較差，為達(dá)到數(shù)字集群系統(tǒng)中5%的信道誤碼率要求，所需接收信噪比分別為IldB和1dB(二比特差分)，難以實(shí)現(xiàn)大覆蓋半徑的要求，導(dǎo)致發(fā)射功率大、電池大、體積大、續(xù)航時(shí)間短的不足。因此，尋求性能優(yōu)良的解調(diào)方法具有重要意義。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0008]本發(fā)明針對(duì)以上情況提出了一種采用譯卷積碼的維特比算法對(duì)GMSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，根據(jù)GMSK信號(hào)相鄰若干個(gè)調(diào)制符號(hào)之間存在約束關(guān)系，采用維特比算法(ViterbiAlgorithm),可以獲得明顯優(yōu)越的低誤碼性能。
[0009]本發(fā)明所涉及的數(shù)字集群GMSK信號(hào)的解調(diào)方法，接收的射頻信號(hào)經(jīng)過低噪放、波段濾波器、下變頻器、中頻濾波器和中頻放大器后，與正交兩路中頻本振信號(hào)相乘，得到兩路信號(hào)，再各自通過低通濾波器，得到I路和Q路基帶信號(hào)，I路和Q路基帶信號(hào)分別送到A/D轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行A/D采樣，然后進(jìn)行以下步驟:
[0010]去直流:進(jìn)行去直流處理，以消除直流偏置和漂移；
[0011]自動(dòng)增益控制:通過AGC(自動(dòng)增益控制)實(shí)現(xiàn)采樣信號(hào)的歸一化，以防止后續(xù)運(yùn)算的溢出及計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)分支路徑度量值權(quán)重的改變；
[0012]校正:通過幀同步、位同步模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字集群信號(hào)的時(shí)隙定位和比特定位，通過頻差估計(jì)與校正模塊和相位估計(jì)與校正模塊，最大限度地降低信號(hào)的失真；
[0013]解調(diào):通過維特比算法對(duì)同步、校正處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)，將原始數(shù)據(jù)解調(diào)出來。
[0014]GMSK信號(hào)的產(chǎn)生過程如下所示，Viterbi解調(diào)操作據(jù)此而展開
[0015]GMSK信號(hào)表不為:
[0016]
s(t) = AcQs{2^fct-0(t,a}},
[0017]式中，fc為載波頻率，α是發(fā)送數(shù)據(jù)序列，Φ為相位角:
[0018]
0(t?) = 2nhIHzk-1-1- ?Τ) - ek,
[0019]其中，h = 1/2是調(diào)制指數(shù)，L是頻率脈沖長(zhǎng)度，T是調(diào)制符號(hào)時(shí)間寬度，q(t)是相位響應(yīng)函數(shù)，是頻率脈沖函數(shù)g(t)的積分:
[0020]E(I)=^z Q ( 2πΒ.3 ^ U Q (|],? < BbT < I
2T \ 'fSal I I j、1r2 j
[0021 ] 相位0(% Cl)由兩部分組成，公式右邊第一項(xiàng)是瞬態(tài)相位，第二項(xiàng)是積累相位:
[0022]Sk= V SJ fncd2rrj
MmMt I
[0023]共有四種值,0、π/2、π、3π/2。
[0024]圖5所示狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與發(fā)送端GMSK信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖完全一樣。圖中Qk表示當(dāng)前狀態(tài)積累相位角，ak_2分別表示當(dāng)前狀態(tài)之前的兩個(gè)符號(hào)的數(shù)值，Θ k+Ι表示下一到達(dá)狀態(tài)的積累相位角，狀態(tài)轉(zhuǎn)移指示線，實(shí)線表示新來的數(shù)據(jù)ak為+1，虛線表示新來的數(shù)據(jù)ak 為-1。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0025]圖1是現(xiàn)有技術(shù)所述GMSK信號(hào)鑒頻解調(diào)示意圖；
[0026]圖2是現(xiàn)有技術(shù)所述GMSK信號(hào)差分解調(diào)示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明所述數(shù)字集群接收機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明所涉及的GMSK解調(diào)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5是本發(fā)明的用于計(jì)算分支度量的GMSK信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0030]下面將結(jié)合本發(fā)明附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明所述數(shù)字集群GMSK信號(hào)的解調(diào)方法進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0031]以下所述解調(diào)方法全部在DSP (Digital Signal Processors數(shù)字信號(hào)處理器)芯片中用軟件完成。
[0032]本發(fā)明實(shí)例所涉及的GMSK信號(hào)的參數(shù)如下:
[0033]BT = 0.3 ；
[0034]頻率脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度L = 3 ;
[0035]每時(shí)隙比特?cái)?shù)(突發(fā)長(zhǎng)度)為N
[0036]尾部訓(xùn)練碼長(zhǎng)度:10比特。
[0037]解調(diào)參數(shù):
[0038]狀態(tài)數(shù):16;
[0039]回溯長(zhǎng)度:16。
[0040]發(fā)射端GMSK信號(hào)參數(shù)(BT = 0.3及頻率脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度L = 3)決定了 GMSK信號(hào)的狀態(tài)數(shù)為16。
[0041]本發(fā)明維特比算法解調(diào)對(duì)信號(hào)的狀態(tài)不做簡(jiǎn)化、合并處理，所以狀態(tài)數(shù)依然為16。按照維特比算法經(jīng)驗(yàn)，回溯長(zhǎng)度一般取為約束長(zhǎng)度的5?10倍，本發(fā)明GMSK信號(hào)的約束長(zhǎng)度(頻率脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度)為3，因此，回溯長(zhǎng)度設(shè)定為16，最終值可以根據(jù)調(diào)試情況進(jìn)行調(diào)整，以獲得最佳效果。
[0042]按照?qǐng)D3，接收的射頻信號(hào)經(jīng)波段濾波、低噪放后與第一級(jí)本振信號(hào)混頻，通過中頻濾波器獲得中頻信號(hào)，再經(jīng)中放，分別與正交兩路第二級(jí)本振信號(hào)混頻(中頻)，低通濾波后得到兩路基帶信號(hào)I和Q，然后用A/D轉(zhuǎn)換器，以符號(hào)速率的Ns倍對(duì)基帶信號(hào)I和Q進(jìn)行采樣。
[0043]按照?qǐng)D4，
[0044]—、首先對(duì)1、Q兩路采樣值分別進(jìn)行去直流處理:
[0045]1、每時(shí)隙中間段每路MXNs個(gè)樣點(diǎn)求平均值(直流)lav、Qav ；
[0046]2、每路各個(gè)采樣值分別減去上述平均值Iav或Qav ；
[0047]二、進(jìn)行自動(dòng)增益控制AGC處理，實(shí)現(xiàn)歸一化:
[0048]1、對(duì)每時(shí)隙中間段MXNs個(gè)樣點(diǎn)對(duì)(In，Qn)求平方和:Σ (In2+Qn2)；
[0049]2、對(duì)上述平方和求平方根；
[0050]3、每路各個(gè)采樣值分別除以上述平方根，得到歸一化采樣值。
[0051]三、接著巾貞同步、比特同步、頻差估計(jì)與校正、相位估計(jì)與校正，再用維特比算法進(jìn)行解調(diào):
[0052]1、需要進(jìn)行以下準(zhǔn)備工作:
[0053]按照?qǐng)D5狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖建立標(biāo)準(zhǔn)波形表，32行、8列，行表示狀態(tài)，列表示同一符號(hào)內(nèi)的樣點(diǎn)。自上往下，每?jī)尚写淼竭_(dá)同一個(gè)目的狀態(tài)的兩條分支，自左往右，每?jī)闪蟹謩e表不同一分支上代表樣點(diǎn)的cosCcPbJ、Sin(CPill)值，式中，i表不來源節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的序號(hào)，η表示目的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的序號(hào)，知為從i狀態(tài)到η狀態(tài)的相位波形，參照?qǐng)D5由下式確定:
[0054]
Φιπ = Tilak_2q(t + 2T) + ak_iq(t + T) + afeq{t)l+。
[0055]建立乒、乓狀態(tài)標(biāo)志變量(二元值，用于識(shí)別兩個(gè)存儲(chǔ)區(qū))，每當(dāng)處理完一個(gè)調(diào)制符號(hào)，該標(biāo)志變量的值更換到另一個(gè)。
[0056]建立兩張幸存路徑表(乒、乓表)，每張16行(狀態(tài)數(shù))、16列(回溯長(zhǎng)度)，用于記錄分支路徑對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。
[0057]建立兩張幸存路徑總度量值表(乒、乓表)，每張16行(狀態(tài)數(shù))、1列，記錄幸存路徑總度量值。
[0058]2、按照?qǐng)D5狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖，依次對(duì)每個(gè)到達(dá)狀態(tài)Sn(k+Ι)的兩條進(jìn)入分支(A: Si(k)---(k+l), B: S,(k)-?n(l<+l))按照下述公式分別計(jì)算分支度量值:
[0059]
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字集群GMSK信號(hào)的解調(diào)方法，接收的射頻信號(hào)經(jīng)過低噪放、波段濾波器、下變頻器、中頻濾波器和中頻放大器后，與正交兩路中頻本振信號(hào)相乘，得到兩路信號(hào)，再各自通過低通濾波器，其特征在于，得到I路和Q路基帶信號(hào)，I路和Q路基帶信號(hào)分別送到A/D轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行A/D采樣，然后進(jìn)行以下步驟: 去直流:進(jìn)行去直流處理，以消除直流偏置和漂移； 自動(dòng)增益控制:通過自動(dòng)增益控制實(shí)現(xiàn)采樣信號(hào)的歸一化，以防止后續(xù)運(yùn)算的溢出及計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)分支路徑度量值權(quán)重的改變； 校正:通過幀同步、位同步模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字集群信號(hào)的時(shí)隙定位和比特定位，通過頻差估計(jì)與校正模塊和相位估計(jì)與校正模塊，最大限度地降低信號(hào)的失真； 解調(diào):通過維特比算法對(duì)同步、校正處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)，將原始數(shù)據(jù)解調(diào)出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)字集群GMSK信號(hào)的解調(diào)方法，其特征在于，去直流處理過程是:將I路和Q路基帶信號(hào)的采樣值，每時(shí)隙中段每路MXNs個(gè)樣點(diǎn)求平均值lav、Qav ;將I路和Q路基帶信號(hào)的各個(gè)采樣值分別減去其對(duì)應(yīng)的平均值Iav或Qav，得到無直流偏置的基帶信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)字集群GMSK信號(hào)的解調(diào)方法，其特征在于，該自動(dòng)增益控制過程為:對(duì)每時(shí)隙中間段MXNs個(gè)樣點(diǎn)對(duì)(In，Qn)求平方和:Σ (In2+Qn2);對(duì)上述平方和求平方根；將I路和Q路基帶信號(hào)的各個(gè)采樣值分別除以其對(duì)應(yīng)的平方根，得到I路和Q路基帶信號(hào)的歸一化采樣值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)字集群GMSK信號(hào)的解調(diào)方法，其特征在于，該以維特比算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的過程為: 1)首先建立標(biāo)準(zhǔn)波形表，用于相關(guān)運(yùn)算，產(chǎn)生分支度量值；建立兩張幸存路徑表，用于記錄分支路徑對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；建立兩張幸存路徑總度量值表，用于記錄幸存路徑總度量值； 2)按照狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，依次對(duì)每個(gè)到達(dá)狀態(tài)的兩條進(jìn)入分支分別計(jì)算分支度量值； 3)分別將上述兩個(gè)分支度量值加到來源兩個(gè)狀態(tài)的總路徑度量值上，得到兩個(gè)待選的總路徑度量值； 4)比較上述兩個(gè)待選的總路徑度量值，選最大者為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)目的狀態(tài)的總路徑度量值； 5)根據(jù)當(dāng)前乒、乓狀態(tài)標(biāo)志，將4)中總路徑度量值存入相應(yīng)幸存路徑總度量表中的相應(yīng)單元； 6)根據(jù)當(dāng)前乒、乓狀態(tài)標(biāo)志，將相對(duì)幸存路徑表，若當(dāng)前為乒?fàn)顟B(tài)，則指乓表；當(dāng)前狀態(tài)對(duì)應(yīng)的行的后15個(gè)單元，拷貝至當(dāng)前幸存路徑表相同行的前15個(gè)單元，并將到達(dá)目的狀態(tài)的分支對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存入該行最后一個(gè)單元； 7)重復(fù)2)?6),遍歷16個(gè)狀態(tài)； 8)處理符號(hào)數(shù)+1，乒、乓狀態(tài)標(biāo)志更換； 9)若處理符號(hào)數(shù)小于回溯長(zhǎng)度16，則等待處理下一符號(hào)； 10)若處理符號(hào)數(shù)不小于回溯長(zhǎng)度16，且小于等于N-15，則找出剛剛更新的幸存路徑總度量表中最大值對(duì)應(yīng)的狀態(tài)MAX，再將剛剛更新的幸存路徑表中第MAX行首個(gè)數(shù)據(jù)作為解調(diào)數(shù)據(jù)輸出； 11)若處理符號(hào)數(shù)不小于回溯長(zhǎng)度16，且大于N-15，則比較剛剛更新的幸存路徑表中每條路徑后10比特與實(shí)際傳輸?shù)?0比特訓(xùn)練碼的歐式距離，選出距離最小的那條路徑，依次輸出該路徑上的數(shù)據(jù)作為解調(diào)數(shù)據(jù)輸出。
【文檔編號(hào)】H04W4/10GK104202731SQ201410431709
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】王浙安, 楊德剛 申請(qǐng)人:協(xié)同通信技術(shù)有限公司