GMSK解調(diào)性能綜述

上世紀(jì)中葉，出現(xiàn)了二相相移鍵控(BPSK)調(diào)制方式，而后為了提高頻帶利用率，在BPSK基礎(chǔ)上提出四相相移鍵控(QPSK)。QPSK是將信號分解成同相和正交兩路，而后分別進(jìn)行BPSK調(diào)制，形成的新調(diào)制方式，這種調(diào)制方式頻帶利用率較BPSK提高一倍。然而，這兩種調(diào)制方式都存在碼元發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)刻已調(diào)波形出現(xiàn)180度相位跳變，使得頻譜高頻滾降緩慢，帶外輻射大。為了減小波形相位180度跳變，60年代末，學(xué)者提出了偏移正交相移鍵控(OQPSK)。它是在QPSK的基礎(chǔ)上，將同相和正交兩路信號錯(cuò)開半個(gè)碼元周期，因此在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻只能一路發(fā)生跳變，波形相位只可能發(fā)生90度跳變。雖然減小了相位跳變程度，但是碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻仍有90度相位跳變，頻譜高頻仍不能快速滾降。人們希望在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻，相位不出現(xiàn)跳變，而是把跳變的過程作用于整個(gè)碼元周期。70年代初人們提出最小頻移鍵控(MSK)，它滿足相位變化是在一個(gè)碼元周期內(nèi)逐漸積累完成，相位累積規(guī)律為直線型，碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻相位連續(xù)。隨后又提出了基于MSK的多種改進(jìn)調(diào)制方式：一個(gè)碼元周期相位累積規(guī)律為升余弦的正弦頻移鍵控(SFSK)、頻移交錯(cuò)正交調(diào)制(FSOQ)等。1976年，人們從理論上和實(shí)踐上對MSK這種調(diào)制方式進(jìn)行比較完整地總結(jié)，發(fā)現(xiàn)MSK及其改進(jìn)型調(diào)制方式相位累積僅局限于一個(gè)碼元周期，這限制了選擇不同相位路徑的可能性，人們想到把相位累積規(guī)律擴(kuò)展到幾個(gè)碼元周期內(nèi)進(jìn)行。通過研究，在頻率調(diào)制器前加上一個(gè)預(yù)調(diào)制濾波器，可以改變發(fā)送信號的概率分布，改變基帶信號頻譜，使得碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻相位連續(xù)并且相位變換在前后幾個(gè)碼元周期內(nèi)逐漸累積完成。1977年提出了受控調(diào)頻(TFM)，它的預(yù)調(diào)制濾波器是一個(gè)相關(guān)編碼器。1979年提出了最小高斯頻移鍵控(GMSK)，預(yù)調(diào)制濾波器采用高斯濾波器，調(diào)制信號先經(jīng)過高斯預(yù)調(diào)制濾波器，而后送入最小頻移鍵控調(diào)制器。1981年K.Mupota和K.Hirade首先將GMSK應(yīng)用于移動(dòng)通信，給出調(diào)制器和解調(diào)器結(jié)構(gòu)，分析采用相干解調(diào)方法解調(diào)GMSK信號的誤碼率性能，通過試驗(yàn)和仿真證明GMSK調(diào)制方式的優(yōu)越性，使人們開始重視GMSK。1984年，M.K.Simon和C.C.Wang研究在移動(dòng)通信環(huán)境下采用相位差分法解調(diào)GMSK信號的解調(diào)器結(jié)構(gòu)及性能，發(fā)現(xiàn)采用2比特相位差分解調(diào)性能優(yōu)于1比特相位差分O1987年S.M.Elnoubi分析了應(yīng)用2比特相位差分錯(cuò)誤！未找到引用源。解調(diào)陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)在瑞利衰落信道下GMSK信號的性能，并給出其誤碼率的理論值。1988年A.Yongacoglu、D.Makrakis和K.Feher提出結(jié)合判決反饋的相位差分解調(diào)方案，在BT等于0.25到0.5時(shí)且預(yù)調(diào)制濾波器帶寬較窄情況下，此方法誤碼率性能bb不僅接近相干解調(diào)性能，又可避免載波提取。隨后IsraelKorn研究了衛(wèi)星移動(dòng)信道下GMSK信號的非相干解調(diào)性能。也有一些學(xué)者直接從非線性角度研究GMSK信號的解調(diào)方法，1984年M.Hirono,T.Miki,和K.Murota提出采用限幅鑒頻法對窄帶數(shù)字調(diào)頻信號解調(diào)并分析性能。隨后S.M.Elnoubi和I.Korn，分別對陸地移動(dòng)無線信道錯(cuò)誤！未找到引用源。和衛(wèi)星移動(dòng)信道的GMSK信號限幅鑒頻解調(diào)性能分析。為進(jìn)一步提高GMSK解調(diào)性能，考慮GMSK是一種特殊的連續(xù)相位調(diào)制方式（CPM）,是部分響應(yīng)調(diào)制，GMSK當(dāng)前碼元受前后幾個(gè)相鄰碼元影響，因此可以將最大似然檢測（MLSD）引入到GMSK的解調(diào)中。K.Ohno,F.Adachi首先提出了應(yīng)用最大似然估計(jì)的GMSK解調(diào)算法錯(cuò)誤！未找到引用源。，并給出了BT（高斯濾bb波器3dB帶寬與碼元周期的乘積）為0.25時(shí)誤碼率性能。1994年C.-C.Tung和J.N.Livingston將Viterbi檢測和限幅鑒頻法結(jié)合對GMSK解調(diào)，推導(dǎo)出窄帶數(shù)字調(diào)頻的最小歐氏距離公式，得到一種只有四狀態(tài)的Viterbi解調(diào)算法，通過誤碼率性能分析得到基于Viterbi檢測的限幅鑒頻解調(diào)法比2比特相位差分判決反饋法好的結(jié)論錯(cuò)誤！未找到引用源。。1996年J.Pfonseka研究了基于Viterbi檢測的相位差分解調(diào)算法，并通過仿真驗(yàn)證了基于最大似然估計(jì)的解調(diào)方法好于其他非相干解調(diào)方法錯(cuò)誤！未找到引用源。。HeinzMathis針對GMSK解調(diào)又提出了應(yīng)用基于Viterbi檢測的2比特相位差分軟判決算法錯(cuò)誤!未找到引用源。，分析了其性能，給出了一種Viterbi檢測似然距離度量計(jì)算方法。隨后，Viterbi算法的似然距離度量準(zhǔn)則成為人們研究GMSK接收機(jī)的重要內(nèi)容。RamonSanchez-Perez等人研究了在低信號幅度及頻率選擇性衰落信道下噪聲對判決的影響，提出了限幅鑒頻法Viterbi接收機(jī)的距離度量準(zhǔn)則，并給出了5種包絡(luò)輔助的距離度量方法錯(cuò)誤！未找到引用源。，使判決性能得到較大提高。GMSK屬于非線性調(diào)制，將其線性化成為了人們研究的一個(gè)方面。1986年P(guān).A.Laurent提出任何單調(diào)制指數(shù)的二進(jìn)制恒包絡(luò)連續(xù)相位調(diào)制（CPM）信號都可以表示成有限個(gè)時(shí)域有限的幅度調(diào)制脈沖（PAM）的疊加（PAM分解）錯(cuò)誤！未找到引用源。。脈沖流的數(shù)量取決于部分響應(yīng)長度，研究表明主要脈沖能量占信號絕大部分能量，所以僅考慮主要脈沖產(chǎn)生的信號仍有較好的精確度，這種方法適用于頻譜特性好且調(diào)制指數(shù)小的調(diào)制方式。GMSK是調(diào)制指數(shù)為0.5的單調(diào)制指數(shù)CPM信號，可以分解成一組PAM脈沖疊加。1989年G.K.Kaleh提出將GMSK信號Laurent分解，形成線性和非線性兩部分，在BT等于0.5時(shí)，非線性的GMSKbb信號可以近似看做線性信號。GMSK信號線性化后可采用MSK接收機(jī)方案和Viterbi簡化接收機(jī)方案進(jìn)行相干解調(diào)，通過仿真試驗(yàn)得到誤碼率結(jié)果、分析性能得出相干解調(diào)性能優(yōu)于非相干解調(diào)，并且這兩種相干解調(diào)方案性能與真正的最佳MLSE接收機(jī)性能相差不多錯(cuò)誤！未找到引用源。。隨后有學(xué)者提出在GMSK高斯預(yù)濾波前進(jìn)行差分編碼可以改善基于Laurent分解的接收機(jī)性能錯(cuò)誤!未找到引用源。-錯(cuò)誤！未找到引用源。。上世紀(jì)末，又提出了多種類型的GMSK相干檢測接收機(jī)，其中大多數(shù)的接收機(jī)都是在Laurent分解表示和Viterbi檢測算法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來錯(cuò)誤！未找到引用源。-錯(cuò)誤！未找到引用源。。GMSK相干解調(diào)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在載波同步。Mengali和Andrea討論利用CPM信號Laurent分解的主脈沖近似表達(dá)信號，由此得到類似MSK的判決定向相位估計(jì)電路結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤！未找到引用源。。KuangTsai和GeeL.Lui研究了針對GMSK用于獲得符號時(shí)間和載波相位跟蹤的多種類似判決定向（數(shù)據(jù)輔助）方法錯(cuò)誤！未找到引用源。。目前對于GMSK載波同步，首先利用Laurent分解的主脈沖和次脈沖近似表示信號，而后利用最大后驗(yàn)概率法估計(jì)載波相位，得到相應(yīng)的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，并以均方相位誤差表示載波跟蹤的性能1992年