[发明专利]一种GMSK信号解调方法

说明书

本发明公开了一种GMSK信号解调方法，属于电子测量仪器信号调制特性测试技术领域，本发明针对GMSK信号的调制特性测试设计了一种解调测试方法，通过采用前向解调方案，解决了现有反馈式解调方案因存在环路入锁过程导致的短数据与高精度解调之间的矛盾问题，可适应短数据解调测试，适用测试场景范围广，测试场景适用性强；通过改进前向解调方案中载波同步环节，增加频偏精估计，既保证了频偏估计范围，又提高了估计精度，实现了高精度解调，解决了现有前向解调方案解调精度不高的问题。

技术领域

本发明属于电子测量仪器信号调制特性测试技术领域，具体涉及一种GMSK信号解调方法。

背景技术

GMSK信号作为一种连续相位调制(CPM)信号，由于其包络恒定、带外衰减快，且具有较好的频谱特性和数据传输效率等原因，使其在军用电台、GSM系统、GPRS系统、数字电视、卫星通信、船舶自动识别系统(AIS)、航空数据链等领域得到了广泛应用。然而GMSK通信系统其发射端在应用之前通常需要调制性能的测试，同时发射设备的部分故障诊断等也需要进行调制性能测试。信号分析仪目前已从单一的频谱测试发展为时域、频域、调制域多角度对信号进行测试分析的多功能测试仪器，将GMSK信号解调测试功能集成于信号分析仪等测量仪器，则可实现对GMSK通信系统其发射端的调制特性测试。

GMSK调制是从MSK发展起来的一种信号调制技术。MSK信号虽然包络恒定、相位连续，但在码元转换时刻相位变化不够平滑，因而造成较大的带外辐射。为了进一步集中信号功率谱密度并减少对邻道的干扰，在进行MSK调制前将矩形信号脉冲先通过一个高斯型低通滤波器，这便形成了高斯最小频移键控(Gaussian MSK，GMSK)信号，其调制原理如图1所示。

在通信系统中，对信号采集之后需要对其进行解调才能恢复出调制信号的星座点及码元符号等，进而还原出传输信息。解调的关键技术为同步技术，而同步包括符号同步及载波同步。符号同步又称时钟同步，在接收数字信号时需要对每个接收码元进行抽样判决，由于接收端和发射端采样时钟的偏差，会造成采样点不是最佳采样点，从而影响接收机的正确判决，符号同步技术就是确定最佳抽样判决时刻的技术。其次在通信过程中由于收发双方振荡器的不稳定以及传输过程中发生的多普勒频移等因素影响，往往导致接收机接收到的信号存在残留频偏。当残留频偏较大时会导致信号星座点不收敛，码元判决错误，从而严重影响信号的解调，载波同步技术就是去除接收信号残留频差的技术。

现有的GMSK信号解调方法一是采用基于锁相环同步的解调方案，其解调原理如图2所示，其主要特点是将载波相位误差和时钟相位误差信息反馈控制本地载波压控振荡器和本地时钟来达到同步。采用反馈锁相技术不需要得到相位和时钟误差的精确值，只需要知道误差信号的变化方向即可进行调整；二是基于前向同步的解调方案，解调原理如图3所示，其主要特点是通过定时误差估计误差算法估计出定时误差值，然后通过内插算法消除定时误差，再针对于没有定时误差的数据进行载波频偏估计，利用频偏估计值将载波频偏消除。

目前现有的GMSK信号解调方法存在几点不足，一是多采用基于锁相环同步的反馈式解调方案，其缺点是解调存在环路入锁过程，环路的捕获时间将与初始误差有关，在有些情况下捕获时间会很长，且当数据长度较短时环路不能很好的入锁，以至于影响解调精度；二是多采用基于FPGA+DSP的硬件架构实现，实现成本高、程序可移植性较差；三是虽有少量文献提出了非锁相环式的前向同步解调方案，但其解调方案多载波同步精度不够，导致解调精度不下降，进而影响测试精度。信号分析仪作为一种通用性测量仪器要求测试高效且适用性强，长短数据均可解调测试，基于以上考虑锁相环式的解调方案不适合配置于信号分析仪等测量仪器。同时测试精度是测量仪器的核心要求，因此前向同步解调方案作为解调测试功能的重要环节，若配置于信号分析仪等测量仪器，其同步精度需要改进。

现有技术方案缺点一是其同步多存在环路入锁过程，入锁时间较长，不适合解调短数据；二是多采用可编程逻辑器件实现，实现成本高，程序可移植性差；三是当其采用非锁相环式前向同步解调方案时，载波同步频偏估计精度不够，导致解调指标不高。综合以上缺点，现有技术方案难以应用于信号分析测量仪器。