一種基于應(yīng)用層系統(tǒng)級(jí)約束的星載gmsk誤碼率改善系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于應(yīng)用層系統(tǒng)級(jí)約束的星載GMSK誤碼率改善技術(shù)，屬于現(xiàn)代通 信衛(wèi)星設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] GMSK解調(diào)技術(shù)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信衛(wèi)星、電子偵察衛(wèi)星，船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS) 由艦船飛機(jī)敵我識(shí)別器發(fā)展而成，配合全球定位系統(tǒng)(GPS)將船位、船速、改變航向率及航 向等船舶動(dòng)態(tài)結(jié)合船名、呼號(hào)、吃水及危險(xiǎn)貨物等船舶靜態(tài)資料由VHF頻段向附近水域船舶 及岸臺(tái)廣播，對(duì)船舶安全有很大幫助。
[0003] 地面AIS系統(tǒng)，岸基站只能覆蓋40海里左右的距離，難以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)遠(yuǎn)?；顒?dòng) 的要求?；谛l(wèi)星的AIS系統(tǒng)可以覆蓋廣闊的海域，擴(kuò)展對(duì)遠(yuǎn)海船只的檢測(cè)能力，滿足大范 圍的海上艦船監(jiān)測(cè)需求。目前，國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星AIS系統(tǒng)還處于試驗(yàn)驗(yàn)證階段階段，所采用的天 線技術(shù)和接收機(jī)技術(shù)都比較簡(jiǎn)單，如接收機(jī)采用基于傳統(tǒng)維特比算法的GMSK解調(diào)技術(shù)，對(duì) 低信噪比和存在信息碰撞的空間無(wú)線電環(huán)境不適應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于應(yīng)用層系統(tǒng)級(jí) 約束的星載GMSK誤碼率改善系統(tǒng)，能夠改善AIS系統(tǒng)的誤碼率，進(jìn)而保證不同單元的AIS幀 內(nèi)時(shí)隙同步。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案：
[0006] -種基于應(yīng)用層系統(tǒng)級(jí)約束的星載GMSK誤碼率改善系統(tǒng)，包括星載AIS天線、AIS 接收機(jī);AIS接收機(jī)又包括濾波器模塊、低噪放模塊、信道化模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)緩沖模 塊、載波同步模塊、定時(shí)同步模塊、載波相位同步模塊、維特比解調(diào)模塊和應(yīng)用層驗(yàn)證模塊；
[0007] Al S接收天線將收到的Al S信號(hào)發(fā)送至Al S接收機(jī)；
[0008] AIS接收機(jī)中的濾波器模塊、低噪放模塊、信道化模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊，將接收到的 AIS信號(hào)進(jìn)行低噪放大、模擬濾波、AD轉(zhuǎn)換以及DDC信道化變頻到零中頻處理，信道化模塊將 零中頻信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)緩沖模塊進(jìn)行緩存；
[0009] 載波同步模塊對(duì)數(shù)據(jù)緩沖模塊中緩存的零中頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行載波同步和載波補(bǔ) 償處理后發(fā)送至定位同步模塊；
[0010] 定位同步模塊和相位同步模塊，對(duì)載波同步模塊處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)同步和載 波相位同步處理，然后發(fā)送至維特比解調(diào)模塊和應(yīng)用層驗(yàn)證模塊進(jìn)行解調(diào)處理；
[0011]維特比解調(diào)模塊，利用GMSK調(diào)制信號(hào)對(duì)接收到相位同步模塊發(fā)送的處理后的AIS 信號(hào)進(jìn)行解調(diào);應(yīng)用層驗(yàn)證模塊，完成維特比解調(diào)模塊解調(diào)信息碼元的驗(yàn)證；
[0012] 維特比解調(diào)模塊和應(yīng)用層驗(yàn)證模塊的具體實(shí)現(xiàn)方式如下：
[0013] (31)根據(jù)GMSK調(diào)制信號(hào)特點(diǎn)設(shè)定約束長(zhǎng)度，定義信號(hào)狀態(tài)與信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；
[0014] (32)計(jì)算第k+Ι個(gè)GMSK調(diào)制信號(hào)的信號(hào)狀態(tài)，k取正整數(shù)；
[0015] (33)計(jì)算第k個(gè)GMSK調(diào)制信號(hào)到第k+1個(gè)GMSK調(diào)制信號(hào)處的度量增量；
[0016] (34)比較所有的路徑增量，選取最大路徑作為幸存路徑，保存路徑信息和路徑增 量；
[0017] (35)重復(fù)步驟(31)-(34)，直到k+Ι大于約束長(zhǎng)度進(jìn)入步驟(36);
[0018] (36)通過(guò)步驟(34)選出的幸存路徑進(jìn)行路徑回溯，找到對(duì)應(yīng)初始信息碼元；
[0019] (37)對(duì)包括初始信息碼元在內(nèi)的已解調(diào)信息碼元組幀，并進(jìn)行結(jié)束標(biāo)志驗(yàn)證、CRC 校驗(yàn)信息驗(yàn)證，若驗(yàn)證結(jié)果正確則比特解調(diào)完畢，重復(fù)(32)-(36)進(jìn)行下一個(gè)GMSK調(diào)制信號(hào) 的處理;若驗(yàn)證結(jié)果錯(cuò)誤，則將步驟(34)中次最大路徑作為幸存路徑，重復(fù)進(jìn)行步驟(36)回 溯解調(diào)，若次最大路徑作為幸存路徑時(shí)，仍未驗(yàn)證正確，則尋找一下路徑直到驗(yàn)證正確。
[0020] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：
[0021] (1)本發(fā)明將改進(jìn)的維特比解調(diào)模塊引入AIS衛(wèi)星接收系統(tǒng)中，相對(duì)于差分解調(diào)等 傳統(tǒng)方法，本發(fā)明能夠動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)規(guī)劃出幸存路徑，提高數(shù)據(jù)解調(diào)效率，進(jìn)而提高了衛(wèi)星AIS 系統(tǒng)的工作效率，保證了可靠性，更重要的是本發(fā)明方法簡(jiǎn)單易行，通用較強(qiáng)。
[0022] (2)本發(fā)明采用的維特比解調(diào)模塊通過(guò)設(shè)定約束長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)，通過(guò)改進(jìn)的維特比解 調(diào)算法按照先驗(yàn)信息和CRC校驗(yàn)信息最小化接收序列實(shí)際符號(hào)和判決符號(hào)的累加距離，當(dāng) 最大幸存路徑存在問(wèn)題時(shí)，能夠采用規(guī)劃路徑中的備用路徑進(jìn)行解調(diào)，在相同信噪比情況 下降低了解調(diào)誤碼率，與傳統(tǒng)的GMSK解調(diào)算法相比，基于應(yīng)用層信息約束的Viterbi-GMSK 解調(diào)算法BER性能有明顯改善，在信噪比IOdB時(shí)，BER達(dá)到HT4左右，本發(fā)明屬于國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明要解決的I型消息碰撞示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明要解決的II型消息碰撞示意圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明系統(tǒng)組成示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明GMSK解調(diào)算法性能仿真圖；
[0027]圖5為本發(fā)明GMSK誤碼率性能仿真曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的工作原理和系統(tǒng)組成做進(jìn)一步解釋和說(shuō)明。
[0029] 目前的衛(wèi)星Al S系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是覆蓋范圍廣，解決了地面Al S網(wǎng)路覆蓋范圍問(wèn)題。但是 衛(wèi)星Al S系統(tǒng)采用的UTC (統(tǒng)一時(shí)間）SOTDMA技術(shù)只解決了地面本單元內(nèi)部不同Al S移動(dòng)站間 時(shí)隙分配問(wèn)題和通信時(shí)間同步問(wèn)題;對(duì)于衛(wèi)星AIS系統(tǒng)接收到的衛(wèi)星覆蓋區(qū)內(nèi)不同SOTDMA 單元的AIS信號(hào)，這些不同單元的AIS幀內(nèi)時(shí)隙沒有同步機(jī)制，在時(shí)間域存在重疊或部分重 疊沖突，影響衛(wèi)星AIS系統(tǒng)正常信息獲取。衛(wèi)星AIS系統(tǒng)主要存在如下AIS消息沖突問(wèn)題：
[0030] (1)消息碰撞類型I
[0031 ]如圖1所示，不同SOTDMA單元的Al S發(fā)射機(jī)在同一個(gè)時(shí)隙時(shí)間發(fā)射。
[0032]對(duì)于衛(wèi)星AIS系統(tǒng)，衛(wèi)星的覆蓋范圍遠(yuǎn)大于SOTDMA單元的覆蓋區(qū)域，星載AIS接收 機(jī)會(huì)收到來(lái)自不同的SOTDMA單元覆蓋范圍內(nèi)的船舶同時(shí)發(fā)送的信息。顯然，沖突概率決定 于衛(wèi)星有效覆蓋范圍內(nèi)船舶數(shù)量和船臺(tái)設(shè)備信息報(bào)告速率。
[0033] (2)消息碰撞類型II
[0034]如圖2所示，由于衛(wèi)星接收覆蓋范圍廣，不同SOTDMA單元Al S發(fā)射機(jī)在不同時(shí)隙發(fā) 射經(jīng)不同距離傳輸延遲時(shí)間后在衛(wèi)星AIS系統(tǒng)接收端同時(shí)到達(dá)，產(chǎn)生沖突。
[0035]對(duì)于地面Al S系統(tǒng)，SOTDMA單元內(nèi)相鄰兩個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)的不同船舶信息傳輸最大相 對(duì)時(shí)延為2ms。而對(duì)于衛(wèi)星AIS系統(tǒng)，衛(wèi)星和船舶間的傳輸距離遠(yuǎn)大于202海里，導(dǎo)致不同 SOTDMA單元內(nèi)船舶間的相對(duì)傳輸時(shí)延大于2ms，引起不同SOTDMA單元內(nèi)不同時(shí)隙間信息的 到達(dá)時(shí)間重疊。
[0036]因此，星載AIS系統(tǒng)為了能正常接收解調(diào)AIS信號(hào)，必須有效解決以上兩類AIS時(shí)隙 沖突問(wèn)題。本發(fā)明主要從接收機(jī)方面開展工作，提出一種新型的基于應(yīng)用層系統(tǒng)級(jí)約束的 星載GMSK誤碼率改善方法。
[0037]如圖3所示，一種基于應(yīng)用層系統(tǒng)級(jí)約束的星載GMSK誤碼率改善系統(tǒng)，包括星載 AIS天線、AIS接收機(jī);AIS接收機(jī)又包括濾波器模塊、低噪放模塊、信道化模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、 數(shù)據(jù)緩沖模塊、載波同步模塊、定時(shí)同步模塊、載波相位同步模塊、維特比解調(diào)模塊和應(yīng)用 層驗(yàn)證模塊；
[0038] Al S接收天線將收到的Al S信號(hào)發(fā)送至Al S接收機(jī)；
[0039] AIS接收機(jī)中的濾波器模塊、低噪放模塊、信道化模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊，將接收到的 AIS信號(hào)進(jìn)行低噪放大、模擬濾波、AD轉(zhuǎn)換以及DDC信道化變頻到零中頻處理，信道化模塊將 零中頻信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)緩沖模塊進(jìn)行緩存；
[0040]載波同步模塊對(duì)數(shù)據(jù)緩沖模塊中緩存的零中頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行載波同步和載波補(bǔ) 償處理后發(fā)送至定位同步模塊;載波同步的目的是使接收機(jī)解調(diào)器在接收機(jī)端獲得所需的