宽带多信道GMSK突发信号处理技术研究

摘要

数据链网络通过链接各个独立的作战平台，实现作战系统的资源共享及提升作战性能。为了更准确获得战场实时态势，战术平台的种类多、数量多，其携带的传感器种类与数量也随之增大，这些传感器产生的数据量越来越大，因此数据链网络不仅要具备抗干扰、抗截获能力，还要具备大容量、高性能及宽带传输能力。跳频跳时技术是数据链网络中一种有效的抗干扰技术，通过在宽频带范围内跳频跳时实现突发传输，则有效提升抗干扰、抗截获能力，且跳频跳时信号可以看成突发宽带信号。此外，高斯滤波最小频移键控（GMSK）具备良好的频谱效率与功率效率，且包络恒定，是提升数据链网络的容量及性能的有效调制方式之一。　　论文针对宽带跳频跳时信号的接收机进行研究，重点研究了突发模式下宽带多信道GMSK信号处理技术，具体内容如下：　　①针对传统射频的跳频系统在多用户随机接入网络同时接收多个跳频跳时信号时存在漏收信号与捕获困难的问题，结合突发帧结构和宽带跳频信号特点，设计了适用于基带跳频的宽带多信道接收处理方案，该方案利用多信道基带接收通道可以同时接收多个跳频跳时信号。　　②为了降低输入宽带信号的采样率，实现宽带多信道跳频信号变换到基带的操作，提出了一种粗信道化与数字下变频（DDC）组相结合的变频实现方案，其将各个子信道的信号变换到基带。该方案利用基于多相滤波组结构的高效信道化模块，实现粗信道化，从而降低采样率、节省运算资源及降低硬件成本，且避免产生采样盲区；由于使用了多个数字下变频模块，从而实现了更精确的信道化以及使各个子信道的信号进行基带的最终变换。仿真结果表明，基于多相滤波器组结构的高效信道化模块能较准确地对信号进行频谱搬移，同时该模块能有效抑制带外噪声，提高信噪比。　　③针对多信道并行解调处理带来的资源消耗压力，研究了低复杂度高效的GMSK解调算法。重点分析对比了1-bit差分、2-bit差分解调和带判决反馈的1-bit、2-bit 差分解调等四种解调算法。分析结果表明，与其它三种解调算法相比，1-bit差分解调算法的误码率较差但复杂度较低，且在误码率为 10-4? 时的信噪比损失约为2dB。因此综合考虑解调性能和复杂度，在硬件资源紧张且解调性能损失不大的情况下，选择复杂度较低的1-bit差分解调算法作为实现的方案。　　④设计了宽带多信道接收机的FPGA实现方案，详细给出了GMSK调制模块、数字信道化滤波模块、DDC组模块、差分解调模块以及序列相关模块的实现方案，并对各模块进行了功能仿真，进一步验证了所设计的宽带多信道接收机的可行性。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 宽带数字信道化接收机研究现状

1.2.2 跳频接收处理技术研究现状

1.2.3 GMSK调制解调技术研究现状

1.3 本文主要研究内容和结构安排

2 宽带多信道接收机

2.1 信号结构

2.2 系统要求

2.2.1 系统设计参数

2.2.2 基带跳频跳时

2.3 宽带多信道接收机结构

2.3.1 接收机结构中各模块作用

2.3.2 跳频跳时序列设计

2.4 本章小结

3 宽带数字信道化接收机

3.1.1 方案需求

3.1.2 变频方案结构

3.2.1 数字信道化技术

3.2.2 信道划分

3.2.3 数字信道化接收机基本结构

3.2.4 数字信道化接收机高效结构

3.2.5 处理增益分析

3.2.6 数字信道化接收与处理增益仿真结果及分析

3.3.1 原理

3.3.2 仿真结果及分析

3.4 本章小结

4 GMSK调制解调算法

4.1.1 调制原理

4.1.2 调制算法仿真结果及分析

4.2 解调算法

4.2.1 相干解调算法

4.2.2 1-bit差分解调算法

4.2.3 2-bit差分解调算法

4.2.4 带有判决反馈的1-bit差分解调算法

4.2.5 带有判决反馈的2-bit差分解调算法

4.2.6 解调算法仿真结果及分析

4.3 本章小结

5 宽带多信道接收机的FPGA实现

5.1 系统开发平台与环境

5.2 GMSK调制模块

5.2.1 高斯滤波器参数模块

5.2.2 DDS模块

5.3 接收机的硬件实现方案

5.3.1 JESD204B接口

5.3.2 数字信道化滤波模块

5.3.3 DDC组模块

5.3.4 差分解调模块

5.3.5 序列相关模块

5.4 算法资源消耗

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目及得奖情况

C. 学位论文数据集:

致谢