深空通信GMSK调制体制应用分析和研究

摘要

深空通信具有通信距离远、传输时延大、通信环境复杂等特点，其信道是典型的带限和非线性信道，随着通信量的日益增大以及频谱资源的稀缺，促使着高带宽效率和高功率效率的调制技术研究和发展。GMSK调制具有包络恒定、相位连续、带外频谱衰减快和已调波频带窄等特点，有很高的带宽和功率利用率，并可有效降低邻道干扰，提高非线性功率放大器的效率，这些特点使其很适用于深空通信。
　　本文以深空通信中适用的GMSK连续相位调制技术为研究对象，首先对深空通信信道特性和通信链路进行了研究，总结出深空通信具有通信距离远、信号传输时延大、接收信噪比极低等特点，介绍了GMSK信号的概念、状态表示法、相位特性、网格状态图等基本特性以及调制器实现方式。
　　然后着重研究了GMSK信号的相干解调算法，在详细介绍最大似然序列检测原理的基础上，用图表形式分析了Viterbi算法的复杂度，证明了其复杂度随着GMSK信号关联长度L等调制参数的增加而呈指数增加，因此针对MLSD算法复杂度高、计算量大的特点，通过引入Laurent算法和M算法，得到了GMSK信号的Laurent最优检测和Laurent次优检测解调算法，在综合考虑复杂度和解调性能的前提下，提出了GMSK信号的Laurent最优检测和M算法相结合的解调算法，新提出的联合算法采用M算法替代Viterbi算法，通过减少网格搜索的数量，从匹配滤波器个数和每符号计算量两方面对GMSK相干接收机进行了简化，通过计算机仿真得到了上述各种相干解调算法的解调性能，并总结分析了误码率性能和复杂度等指标。
　　最后研究了小波去噪技术在GMSK通信系统中的应用，在对如何选取小波函数、阈值规则、分解层次等研究的基础上，提出了基于小波预处理接收机的GMSK通信系统方案，最后通过实验仿真，证明了方案的可行性。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 深空通信中调制技术发展以及研究现状

1.2.2 GMSK调制技术发展及研究现状

1.3 论文研究的主要内容和章节安排

第2章 深空通信信道模型和GMSK调制技术研究

2.1 深空通信链路

2.2 深空通信信道特性研究

2.3 信道模型

2.3.1 三种概率分布

2.3.2 深空通信信道仿真模型

2.4 GMSK调制方案

2.4.1 GMSK信号表达式和调制状态

2.4.2 状态转移及GMSK信号的输出

2.4.3 GMSK调制器原理

2.5 本章小结

第3章 GMSK信号基于Laurent分解的相干解调技术

3.1 GMSK解调概述

3.1.1 GMSK信号的相干解调

3.1.2 GMSK信号的非相干解调

3.2 GMSK最大似然判决准则

3.2.1 最大似然准则

3.2.2 GMSK信号的最大似然接收原理

3.3 基于Viterbi算法的GMSK相干解调原理以及复杂度分析

3.3.1 Viterbi算法

3.3.2 基于Viterbi算法的最佳相干解调及其复杂度

3.3.3 基于Viterbi算法的GMSK信号解调的仿真实验

3.4 基于Laurent分解的简化解调算法

3.4.1 Laurent分解算法

3.4.2 GMSK信号的Laurent分解

3.4.3 基于Laurent分解的Viterbi最优相干解调算法

3.4.4 基于Laurent分解的Viterbi次优相干解调算法

3.4.5 GMSK信号基于Laurent分解和M算法的解调算法

3.5 解调性能仿真及分析

3.5.1 Laurent最优和次优相干检测误码率性能

3.5.2 MLSD检测和M算法的误码率性能

3.5.3 Laurent最优检测+M算法与各种解调算法性能比较

3.6 本章小结

第4章 基于小波去噪和Viterbi算法的GMSK解调研究

4.1 小波分析研究

4.1.1 小波变换定义

4.1.2 多分辨率分析的Mallat塔式算法

4.1.3 小波分析和傅里叶分析以及短时傅里叶分析的比较

4.1.4 小波函数及其特性

4.2 小波去噪联合Viterbi算法的GMSK信号改进解调研究

4.2.1 不同小波去噪方法比较

4.2.2 阈值去噪法

4.2.3 阈值选择

4.2.4 小波预处理接收机及其实现

4.3 仿真结果与性能分析

4.3.1 GMSK信号相位路径去噪效果仿真比较

4.3.2 小波去噪误码率性能比较

4.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致 谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文和科研项目