GMSK解调性能综述.docx

上世纪中叶，出现了二相相移键控(BPSK)调制方式，而后为了提高频带利用率，在BPSK基础上提出四相相移键控(QPSK)。QPSK是将信号分解成同相和正交两路，而后分别进行BPSK调制，形成的新调制方式，这种调制方式频带利用率较BPSK提高一倍。然而，这两种调制方式都存在码元发生转变时刻已调波形出现180度相位跳变，使得频谱高频滚降缓慢，带外辐射大。为了减小波形相位180度跳变，60年代末，学者提出了偏移正交相移键控(OQPSK)。它是在QPSK的基础上，将同相和正交两路信号错开半个码元周期，因此在码元转换时刻只能一路发生跳变，波形相位只可能发生90度跳变。虽然减小了相位跳变程度，但是码元转换时刻仍有90度相位跳变，频谱高频仍不能快速滚降。人们希望在码元转换时刻，相位不出现跳变，而是把跳变的过程作用于整个码元周期。70年代初人们提出最小频移键控(MSK)，它满足相位变化是在一个码元周期内逐渐积累完成，相位累积规律为直线型，码元转换时刻相位连续。随后又提出了基于MSK的多种改进调制方式：一个码元周期相位累积规律为升余弦的正弦频移键控（SFSK）、频移交错正交调制（FSOQ）等。1976年，人们从理论上和实践上对MSK这种调制方式进行比较完整地总结，发现MSK及其改进型调制方式相位累积仅局限于一个码元周期，这限制了选择不同相位路径的可能性，人们想到把相位累积规律扩展到几个码元周期内进行。通过研究，在频率调制器前加上一个预调制滤波器，可以改变发送信号的概率分布，改变基带信号频谱，使得码元转换时刻相位连续并且相位变换在前后几个码元周期内逐渐累积完成。1977年提出了受控调频（TFM），它的预调制滤波器是一个相关编码器。1979年提出了最小高斯频移键控（GMSK），预调制滤波器采用高斯滤波器，调制信号先经过高斯预调制滤波器，而后送入最小频移键控调制器。1981年K. Mupota和K. Hirade首先将GMSK应用于移动通信，给出调制器和解调器结构，分析采用相干解调方法解调GMSK信号的误码率性能，通过试验和仿真证明GMSK调制方式的优越性，使人们开始重视GMSK。1984年，M. K.Simon和C. C.Wang研究在移动通信环境下采用相位差分法解调GMSK信号的解调器结构及性能，发现采用2比特相位差分解调性能优于1比特相位差分。1987年S. M. Elnoubi分析了应用2比特相位差分Error! Reference source not found.解调陆地移动通信系统在瑞利衰落信道下GMSK信号的性能，并给出其误码率的理论值。1988年A. Yongacoglu、D. Makrakis和K. Feher提出结合判决反馈的相位差分解调方案，在BbTb等于0.25到0.5时且预调制滤波器带宽较窄情况下，此方法误码率性能不仅接近相干解调性能，又可避免载波提取。随后Israel Korn研究了卫星移动信道下GMSK信号的非相干解调性能。也有一些学者直接从非线性角度研究GMSK信号的解调方法，1984年M. Hirono, T. Miki,和K. Murota提出采用限幅鉴频法对窄带数字调频信号解调并分析性能。随后S. M. Elnoubi和I. Korn,分别对陆地移动无线信道Error! Reference source not found.和卫星移动信道的GMSK信号限幅鉴频解调性能分析。为进一步提高GMSK解调性能，考虑GMSK是一种特殊的连续相位调制方式(CPM)，是部分响应调制，GMSK当前码元受前后几个相邻码元影响，因此可以将最大似然检测（MLSD）引入到GMSK的解调中。K.Ohno, F.Adachi首先提出了应用最大似然估计的GMSK解调算法Error! Reference source not found.，并给出了BbTb（高斯滤波器3 dB带宽与码元周期的乘积）为0.25时误码率性能。1994年C.-C. Tung和J. N. Livingston将Viterbi检测和限幅鉴频法结合对GMSK解调，推导出窄带数字调频的最小欧氏距离公式，得到一种只有四状态的Viterbi解调算法，通过误码率性能分析得到基于Viterbi检测的限幅鉴频解调法比2比特相位差分判决反馈法好的结论Error! Reference source not found.。1996年J.Pfonseka研究了基于Viterbi检测的相位差分解调算法，并通过仿真验证了基于最大似然估计的解调方法好于其他非相干解调方法Error! Reference source not found.。Heinz Mathis针对GMSK解调又提出了应用基于Viterbi检测的2比特相位差分软判决算法Error! Reference source not found.，分析了其性能，给出了一种Viterbi检测似然距离度量计算方法。随后，Viterbi算法的似然距离度量准则成为人们研究GMSK接收机的重要内容。Ramn Snchez-Prez等人研究了在低信号幅度及频率选择性衰落信道下噪声对判决的影响，提出了限幅鉴频法Viterbi接收机的距离度量准则，并给出了5种包络辅助的距离度量方法Error! Reference source not found.，使判决性能得到较大提高。GMSK属于非线性调制，将其线性化成为了人们研究的一个方面。1986年P. A. Laurent提出任何单调制指数的二进制恒包络连续相位调制（CPM）信号都可以表示成有限个时域有限的幅度调制脉冲（PAM）的叠加（PAM分解）Error! Reference source not found.。脉冲流的数量取决于部分响应长度，研究表明主要脉冲能量占信号绝大部分能量，所以仅考虑主要脉冲产生的信号仍有较好的精确度，这种方法适用于频谱特性好且调制指数小的调制方式。GMSK是调制指数为0.5的单调制指数CPM信号，可以分解成一组PAM脉冲叠加。1989年G. K. Kaleh提出将GMSK信号Laurent分解，形成线性和非线性两部分，在BbTb等于0.5时，非线性的GMSK信号可以近似看做线性信号。GMSK信号线性化后可采用MSK接收机方案和Viterbi简化接收机方案进行相干解调，通过仿真试验得到误码率结果、分析性能得出相干解调性能优于非相干解调，并且这两种相干解调方案性能与真正的最佳MLSE接收机性能相差不多Error! Reference source not found.。随后有学者提出在GMSK高斯预滤波前进行差分编码可以改善基于Laurent分解的接收机性能Error! Reference source not found.-Error! Reference source not found.。上世纪末，又提出了多种类型的GMSK相干检测接收机，其中大多数的接收机都是在Laurent分解表示和Viterbi检测算法的基础上发展而来Error! Reference source not found.-Error! Reference source not found.。GMSK相干解调的重点和难点在载波同步。Mengali和Andrea讨论利用CPM信号Laurent分解的主脉冲近似表达信号，由此得到类似MSK的判决定向相位估计电路结构Error! Reference source not found.。Kuang Tsai和Gee L.Lui研究了针对GMSK用于获得符号时间和载波相位跟踪的多种类似判决定向(数据辅助)方法Error! Reference source not found.。目前对于GMSK载波同步，首先利用Laurent分解的主脉冲和次脉冲近似表示信号，而后利用最大后验概率法估计载波相位，得到相应的闭环结