CN113055332A - 一种pcm/fm和gmsk复用接收机 - Google Patents

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季长生
张楷生
朱学勇
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    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
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Abstract

本发明公开了一种PCM/FM和GMSK复用接收机，包括依次连接的MSD模块、同步模块、解调模块；其中，MSD模块的输入信号包括PCM/FM调制信号、GMSK调制信号、控制信号，其中，调制方式用于选择MSD的输入信号为PCM/FM调制信号或GMSK调制信号；同步模块的输出包括两路，一路作为GMSK信号差分解调模块的输入信号，另一路作为PCM/FM解调信号；差分解调模块的输出为GMSK解调信号。本发明采用MSD模块复用的方式，同一套***可以实现PCM/FM和GMSK两种方式的解调，使得接收机的应用范围更广，兼容性高。保证良好性能的同时降低了***的复杂度，简化了***设计。

Description

一种PCM/FM和GMSK复用接收机
技术领域
本发明属于通信***接收机领域，具体涉及一种PCM/FM和GMSK复用接收机。
背景技术
传统基于PCM/FM调制技术的通信***，其接收机一般采用非相干接收，而普遍性的处理流程就是对基带接收信号进行滤波后，通过鉴频，输出软信息，然后通过同步***进行位同步，比如利用早_迟同步门重新生成解调数据和时钟，最后经过帧同步后交由后级处理。其接收***处理流程图如图1所示。
与PCM/FM调制的通信***相比，GMSK调制的通信***，其发射端一般要进行差分编码，而接收机需要进行差分解调(比如2bit差分解调)，差分解调后需要进行同步和采样判决，最后要进行差分解码才能在接收端恢复接收信息。其接收***处理流程图如图2所示。
现有GMSK和PCM/FM接收机主要存在以下问题：
1、接收机***要区分GMSK和PCM/FM调制方式，并采用不同的接收模块和方法解调。
2、2种调制方式各采用不同的解调路径和方法，占用资源较多。
3、现有的GMSK和PCM/FM接收机的解调性能较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种PCM/FM和GMSK复用接收机，解决了现有技术中两种解调方式分别处理，解调性能较差的问题。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种PCM/FM和GMSK复用接收机，包括依次连接的MSD模块、同步模块、解调模块；其中，MSD模块的输入信号包括PCM/FM调制信号、GMSK调制信号、控制信号，控制信号包括调制方式、调制码速率fb和调制常数h，其中，调制方式用于选择MSD的输入信号为PCM/FM调制信号或GMSK调制信号，调制码速率fb和调制常数h用于选择查找表；同步模块的输出包括两路，一路作为GMSK信号差分解码模块的输入信号，另一路作为PCM/FM解调信号；差分解码模块的输出为GMSK解调信号。
调制常数h根据如下公式计算：
△f＝h*fb，△f为最大频偏。
根据不同的参数设置查找表，采用查表法获取MSD模块的本地相关序列。
设置不同的调制码速率fb和调制常数h能够生成各自多种初始相位和参数的本地参考序列。
根据调制方式和码速率fb设置不同的△f即可调用存储在查找表中不同本地参考序列与接收序列进行相关运算，生成一个判决值。
MSD模块将接收到的信号与所有可能传输的信号的同相、正交分量做相关性运算。
所有中间符号为1的相关值相加，所有中间符号为-1的相关值相加，然后两者作比较，选择相关值最大一方的中间符号作为接收波形中间符号的判决。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用MSD模块复用的方式，同一套***可以实现PCM/FM和GMSK两种方式的解调，使得接收机的应用范围更广，兼容性高。
2、保证良好性能的同时降低了***的复杂度，简化了***设计。
3、本发明基于PCM/FM和GMSK接收机设计，但其应用不局限于此，也可应用于CPM(Continuous Phase Modulation,连续相位调制)等调制方式的接收***中。
附图说明
图1为现有技术中PCM/FM接收机的接收***框图。
图2为现有技术中GMSK接收机的接收***框图。
图3为本发明PCM/FM和GMSK接收机的***框图。
图4为本发明MSD多符号检测解调原理图。
图5为PCM/FM信号的生成流程。
图6为GMSK信号的生成流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构及工作过程作进一步说明。
一种PCM/FM和GMSK复用接收机，包括依次连接的MSD模块、同步模块、解调模块；其中，MSD模块的输入信号包括PCM/FM调制信号、GMSK调制信号、控制信号，控制信号包括调制方式、调制码速率fb和调制常数h，其中，调制方式用于选择MSD的输入信号为PCM/FM调制信号或GMSK调制信号，调制码速率fb和调制常数h用于选择查找表；同步模块的输出包括两路，一路作为GMSK信号差分解码模块的输入信号，另一路作为PCM/FM解调信号；差分解码模块的输出为GMSK解调信号。
具体实施例，如图3所示，
一种PCM/FM和GMSK复用接收机，包括依次连接的MSD模块、同步模块、解调模块；其中，MSD模块的输入信号包括PCM/FM调制信号、GMSK调制信号、调制码速率fb和调制信号频率fm，MSD模块的输出信经过同步模块后输出两路，一路作为GMSK信号差分解码模块的输入信号，进行解差分编码后输出GMSK解调信号，另一路作为PCM/FM解调信号；差分解码模块的输出为GMSK解调信号。
接收信号经过MSD模块后，经过同步模块获得同步信息，最后根据PCM/FM信号可直接解调输出，GMSK信号则需要经过解差分编码解调输出。
本发明接收机的工作原理及工作流程，如图4至图6所示，
MSD算法是基于多符号检测的，其在计算时需要先生成本地的发射调制序列，以本地序列再与接收序列相关。以下是本地相关序列的生成原理。
基带FM信号的数学表达式为：
Figure BDA0002981223160000031
其中A为调制信号幅度，△f为最大频偏，g(t)为调制信号，fm为调制信号的频率，其倒数为码速率fb，θ为初始相位，调制指数定义为：
Figure BDA0002981223160000032
PCM/FM信号的生成流程如5所示：
实际上，PCM/FM信号是一种CPFSK信号，只是在调频前，PCM数据流先通过预调滤波器，然后再进行频率调制。正是因为预调滤波器的使用增加了MSD算法应用于PCM/FM信号解调的复杂度。经过预调滤波器之后，一个PCM方波变得更平滑，时间延展的更长。若PCM码周期为T，则平滑之后延展到LT的时间长度内。在PCM/FM***中，一般取L＝3。虽然使用预调滤波器可以压缩信号带宽，节省发射功率，但是这却引入了码间干扰，使MSD实施起来更是复杂。信号中的每一个符号均受到它之前和之后两个符号的干扰，因为每个符号的长度均被延展到3T的时间长度。因为预调滤波器的使用，使PCM/FM信号人为的引入了码间干扰。因此。对每一个码元符号来说有至少8种不同的波形，每种波形在相位上的变化是可以确定的。
表3-1单个符号的传输波形及其相应的相位改变值
序号 符号序列 相位变化值(π)
1 -1，-1，-1 -0.70
2 -1，-1，+1 -0.59
3 +1，-1，-1 -0.59
4 +1，-1，+1 -0.48
5 +1，+1，+1 0.70
6 +1，+1，-1 0.59
7 -1，+1，+1 0.59
8 -1，+1，-1 0.48
从上面的表中可以看出，每个符号序列的中间符号被它左右两边的符号干扰。所以本地只需存储8种初相位为零的基带复信号。
基带GMSK信号的数学表达式为：
Figure BDA0002981223160000041
其中A为调制信息，an为输入数据，Tb为符号周期，其倒数为码速率fb，与FM的基带信号比对，可知：
Figure BDA0002981223160000042
GMSK调制指数定义为：
Figure BDA0002981223160000043
GMSK信号的生成流程如6所示。
如上所述，通过高斯滤波器后会产生符号间干扰，常对单个矩形脉冲通过高斯滤波器的响应波形进行3T或5T截短近似。其中3T截短后的带外能量只占0.7％，5T截短后的带外能量只占1.5×10-8。如果取3T截短，本地只需存储8种初相位为零的基带复信号，如果是5T截短，则需要存储32种初相位为零的基带复信号。
由此可见，根据PCM/FM和GMSK信号相似的生成流程，如果选择相同的高斯低通滤波器参数，则只需调制方式相关的参数为fb(调制码速率)和△f(max frequency offset,最大频偏)就可以生成各自8种初相为零的本地参考序列，从而达到复用MSD模块的作用。
对于这两种不同调制方式，△f＝h*fb，h为与调制方式相关的常数(调制系数)。设置不同的调制码速率fb和调制常数h能够生成各自多种初始相位和参数的本地参考序列。根据调制方式和码速率fb设置不同的△f即可调用存储在查找表中不同本地参考序列与接收序列进行相关运算，生成一个判决值。
MSD算法就是将接收到的信号r(t)与所有可能传输的信号的同相、正交分量做相关性运算。所有中间符号为1的相关值相加，所有中间符号为-1的相关值相加，然后两者作比较，选择相关值最大的一方的中间符号作为接收波形中间符号的判决。
在使用MSD(Multi-symbol Detection,多符号检测)解调时，只需根据调制方式和码速率fb设置不同的△f即可调用存储在查找表中不同本地参考序列与接收序列进行相关运算，从而生成一个判决值。MSD中不同调制方式的实现形式如图4所示。基于MSD的解调方法相比鉴频和差分解调有一定性能优势。实现了解调性能的提升。
本发明基于PCM/FM和GMSK接收机设计，但其应用不局限于此，也可应用于CPM(Continuous Phase Modulation,连续相位调制)等调制方式的接收***中。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (5)

1.一种PCM/FM和GMSK复用接收机，其特征在于：包括依次连接的MSD模块、同步模块、解调模块；其中，MSD模块的输入信号包括PCM/FM调制信号、GMSK调制信号、控制信号，控制信号包括调制方式、调制码速率fb和调制常数h，其中，调制方式用于选择MSD的输入信号为PCM/FM调制信号或GMSK调制信号，调制码速率fb和调制常数h用于选择查找表；同步模块的输出包括两路，一路作为GMSK信号差分解码模块的输入信号，另一路作为PCM/FM解调信号；差分解码模块的输出为GMSK解调信号。
2.根据权利要求1所述的PCM/FM和GMSK复用接收机，其特征在于：调制常数h根据如下公式计算：
△f＝h*fb，△f为最大频偏。
3.根据权利要求2所述的PCM/FM和GMSK复用接收机，其特征在于：根据不同的参数设置查找表，采用查表法获取MSD模块的本地相关序列。
4.根据权利要求3所述的PCM/FM和GMSK复用接收机，其特征在于：设置不同的调制码速率fb和调制常数h能够生成各自多种初始相位和参数的本地参考序列。
5.根据权利要求4所述的PCM/FM和GMSK复用接收机，其特征在于：根据调制方式和码速率fb设置不同的△f即可调用存储在查找表中不同本地参考序列与接收序列进行相关运算，生成一个判决值。
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