[发明专利]用于卫星通信的串行级联GMSK控制系统、方法及应用

说明书

本发明属于卫星通信技术领域，公开了一种用于卫星通信的串行级联高斯最小频移键控控制系统、方法及应用。首先采用基于Rimoldi分解的非递归连续相位编码器得到NRCPE基的GMSK信号；然后再利用导频辅助准相干解调算法中的修正BCJR检测算法对接收信号进行状态网格图的遍历，其初始状态和结束状态可以由非常有限的导频开销确定；最后根据功率效率和频谱效率的折中考虑，通过数值分析和蒙特卡罗仿真，选择出合适的调制参数用于NRCPE基的GMSK信号传输。本发明消除了递归连续相位编码器(RCPE)中存在的差错传播，改善了非相干解调的性能和相干解调对多普勒频移敏感的问题，可用于高动态场景下的卫星通信。

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，尤其涉及一种用于卫星通信的串行级联高斯最小频移键(GMSK)控制系统、方法及应用。

背景技术

目前，最接近的现有技术：在卫星通信中，传输数据链路总是工作在低信噪比、有限的功率和频谱资源下。作为一种高频谱效率、高功率利用率的恒包络调制技术，连续相位调制(CPM)是一个很好的选择。在CPM方案中，高斯最小频移键控(GMSK)调制因其比二进制相移键控(BPSK)和正交相移键控(QPSK)具有出色的带宽效率而成为一种非常流行的调制方式，已被作为个人通信系统(PCSs)的欧洲标准和被欧洲航天局(ESA)用于深空飞行任务。另外，与正交幅度调制(QAM)和脉冲位置调制(PPM)相比，GMSK调制更适用于工作在饱和区的高功率放大器(HPA)。

为了在CPM系统中获得更高的编码增益，通常将前向纠错码(FEC)与CPM调制相结合，称之为串行级联CPM(SCCPM)方案。现有的SCCPM方案。他们都采用了卷积码(CCs)及其一种联合迭代软输入软输出(SISO)译码器。利用空时码对抗信道衰落和提高系统容量的优点，设计了空时编码CPM方案。由Gallager提出的低密度校验码(LDPC)被证明具有接近香农极限的性能。此外，CPM调制与LDPC码的组合方法应该提到另一种方法，例如CPM的编码部分，即CPE(连续相位编码器)，作为中、高速率扩展不规则重复和累积(eIRA)的一部分，类似LDPC码，可以比K.R.Narayanan的方法更好地优化编码。

对于任意的CPM调制器，Rimoldi已经证明了它可以分解为一个连续相位编码器(CPE)和一个无记忆调制器(MM)，其中CPE具有递归的结构，即其当前相位状态与之前所有的输入符号有关。因此，当信道质量不好时，就会出现所谓的“差错传播”现象。当利用网格表示CPM的调制过程时，经典的BCJR(Bahl，Cocke，Jelinek and Raviv)算法可以实现相应的解调。在接收端，解调可分为相干解调和非相干解调，其中前者具有优异的性能，但前提是已知信道状态信息(CSI)；而后者对CSI不敏感，但性能较差。通常，已知的CSI很难被准确获取，因此非相干解调更加适合于实际的卫星通信，但存在不可忽略的性能损失。针对这一性能损失，一些解决方案被提出，比如逐符号最优检测、多符号检测和迭代SISO检测。然而，这些解决方案具有很高的复杂性和处理延时。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有卫星通信中存在低信噪比、有限的功率和频谱资源以及突发错误干扰。

(2)现有正交幅度调制(QAM)和脉冲位置调制(PPM)都是非恒包络调制方式，因而无法适用于工作在饱和区的高功率放大器(HPA)。

(3)由于串行级联GMSK系统是一种有记忆的调制，当信道质量不好时，当前符号错误会影响到后续的很多符号，即所谓的差错传播。

(4)现有相干解调技术对信道状态信息很敏感，而现有非相干解调技术对信道状态信息不敏感但性能损失很大。