一种对编码GMSK信号的联合迭代检测方法.pdf

本发明对BT＝0.3或0.25的编码GMSK系统提供一种联合检测的方法。该方法在接收机端对BT＝0.3或0.25的GMSK信号进行相干解调和抽样，然后用一个等效GMSK信号模型对抽样信号进行软译码，该等效模型是卷积码级联QPSK的形式，该软译码后的输出信息经过反交织，再进行信道编码的软译码，与信道编码的软译码形成迭代检测过程。本发明提出的方法能简化编码GMSK信号的联合处理过程，并有效提高编码GMSK系统的性能。

1.  一种针对编码GMSK信号的联合解调和译码方法，其特征在于：对BT＝0.3或0.25的GMSK信号解调时，接收端将GMSK信号在码元抽样点上等效成一个卷积码级联QPSK星座形式，然后与原有的信道编码进行迭代方式的解调和译码。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于：对BT＝0.3和0.25的GMSK信号，接收端经过相干解调后，在码元最佳抽样点采用等效的卷积码+QPSK星座的方式进行检测。

3.  如权利要求2所述的方法，其特征在于：对最佳抽样点的信号进行检测，先进行QPSK解调时，结合反馈的先验信息解调出代表星座点的两个比特的软信息，然后根据等效的卷积码结构进行软译码。

4.  如权利要求1所述的方法，其特征在于：等效卷积码的软译码输出的比特软信息再经过反交织后，进行信道译码，迭代若干次后进行判决。

一种对编码GMSK信号的联合迭代检测方法
                          技术领域
本发明涉及通信系统，尤其涉及采用BT＝0.3或0.25的GMSK调制的移动通信系统或卫星通信系统。
                          背景技术
GMSK调制是恒包络的调制方式，由于其频谱效率高和恒包络的特性，特别适合于在无线通信系统中应用，目前GMSK调制已经被GSM系统和DECT系统采用。在无线通信系统中基本上均采用信道编码来对抗移动信道带来的信号恶化，因此接收端需要检测的信号是一个编码的GMSK信号。
连续相位调制CPM信号可以等效成一个格码和相位调制形式，而GMSK信号是CPM信号的一类，因此编码GMSK可以等效成一个信道编码级联等效格码及相位调制的形式。这种系统可以采用串行级联(SCCC)的迭代译码方法对此系统进行译码能获得很大的编码增益，GMSK相当于SCCC系统的内码，信道编码相当于外码。
为了提高串行级联系统的性能，一般做法是在信道编码和GMSK调制之间插入一个交织器，交织器的插入使迭代检测时反馈的软信息由于经过反交织变得相互独立，从而提高迭代检测的性能。这里信道编码可以是卷积码，也可以其它的如分组码等。
针对编码级联GMSK系统用串行迭代译码方法进行译码的方法也不少^[1][2][3][4]。其中一般是将GMSK信号等效成PAM信号的叠加，然后根据各PAM信号之间的格状关系解调^[1][2][3]，或直接通过GMSK信号的状态转移来解调^[4]。将GMSK信号等效成PAM信号的叠加时，接收端需要若干匹配滤波器对接收信号进行匹配，然后根据格状关系进行解调。而直接根据GMSK信号的状态转移进行解调时，需要的状态数较多，例如当BT＝0.3或0.25时，这些等效GMSK的方法的状态数至少为8或16。
本发明采用的方法是将GMSK信号进行相干解调，然后抽样，并等效成一个系统卷积码级联QPSK的形式，对BT＝0.3或0.25的GMSK信号，其等效的格图的状态数仅为4，并且接收端无需匹配滤波器。同时在串行级联的系统中，内码是系统码的系统具有更大的编码增益^[5]，因此本发明提出的GMSK解调方法一方面简化了解调方法，另外一方面由于等效的内码是系统码，使整体的性能也得到提高。本发明还提出联合解调QPSK迭代的方法，进一步提高了编码GMSK系统的整体性能。
                            发明内容
本发明提供了一种解调BT＝0.3或0.25的GMSK信号并得到软信息的方法，并且提供一种与信道译码反馈信息进行迭代的方法来提高整体检测的性能。
为了实现发明目的，本发明提出的方法包括：
1、对BT＝0.3或0.25的GMSK信号经过相干解调后，在抽样点上等效成一个卷积码和QPSK信号。
2、GMSK等效卷积码的译码输出软信息反馈对QPSK信号进行软解调。
3、信道译码的输出软信息反馈给等效卷积码的输入端作为先验信息进行迭代译码。
                          附图说明
图1.编码GMSK系统发射端示意图
图2.本发明对GMSK信号的相干解调
图3.本发明对BT＝0.3或0.25的GMSK信号的等效方法
图4.本发明对编码GMSK系统采用的迭代检测方法
                          具体实施方式
下面结合附图和实施例来进一步说明本发明，以下假设信道编码是卷积码，如果采用其它类型的信道编码，只要在本发明的信道译码器处构造相应的译码方法输出软译码信息，就可以直接套用本发明的方法。
图1中是编码GMSK系统的一个示意图。如图所示，用户信息经过信道编码后，经过交织器，然后进行中心频率为f_c的GMSK调制。
图2是本发明针对GMSK信号的解调的示意图。如图所示，接收端接收到的信号先经过相干解调，然后在时间间隔为T的时间抽样，得到抽样点信号r_n＝x_n+jy_n。图2中，T是信息码元的时间间隔，1/T是信息码元速率。低通滤波器的作用是滤除相干解调带来的二倍载频分量，其带宽参数可以参考选择在1/T～1.5/T之间。图2中相干载频的频率为 f 1 = f c - 1 4 T , ]]>其中f_c是GMSK信号调制的中心频率，此载频的获得可以通过频率校准信号和训练序列来提取。经过图2的解调、抽样后，得到的抽样序列再进行下一步的处理。
图3是本发明对BT＝0.3或0.25的GMSK信号进行进一步处理的等效模型。图3表明本发明对BT＝0.3或0.25的GMSK信号在抽样点的等效，其等效模型是一个系统卷积码与QPSK星座级联。图3中，{U_k}是发送的信息序列，其取值为0或1。可以看到经图2地接收信号x_n+jy_n可以根据图3的等效模型，通过维特比译码的方法恢复出原始信息或通过MAP算法恢复原始信息。
图4是本发明对编码GMSK信号采用的迭代检测方法。这里以信道编码为卷积码，译码均采用MAP译码输出软信息为例说明本发明采用的联合迭代检测方法。首先，将图2接收到的信号根据图3的QPSK星座进行比特软信息的计算，计算公式如下：
L n + 1 ( θ k - 1 ) = log P ( r k - 1 | 11 ) e L n ( θ k - 1 ) + L n ( U k - 1 ) + P ( r k - 1 | 10 ) e L n ( θ k - 1 ) P ( r k - 1 | 01 ) e L n ( U k - 1 ) + P ( r k - 1 | 00 ) - - - ( 1 ) ]]>
L n + 1 ( U k - 1 ) = log P ( r k - 1 | 11 ) e L n ( θ k - 1 ) + L n ( U k - 1 ) + P ( r k - 1 | 01 ) e L n ( U k - 1 ) P ( r k - 1 | 10 ) e L n ( θ k - 1 ) + P ( r k - 1 | 00 ) - - - ( 2 ) ]]>
这里
Lⁿ(U_k-1)表示时刻k-1时，U的第n次迭代时的软信息；
Lⁿ(θ_k-1)表示时刻k-1时，θ的第n次迭代时的软信息；
P(r_k-1|00)表示接收信号至星座点00的似然概率；
P(r_k-1|01)表示接收信号至星座点01的似然概率；
P(r_k-1|10)表示接收信号至星座点10的似然概率；
P(r_k-1|11)表示接收信号至星座点11的似然概率；
整个迭代检测的过程如下：
1、先存储图2接收到的序列{r_k}，k＝1，2，...，N，令n＝0，设置迭代最大次数M。
2、判断n是否超出迭代次数M，如果n≥M，则跳到第6步；反之对每个抽样点进行比特软信息的计算，当n＝0时，取L⁰(U_k-1)＝0，L⁰(θ_k-1)＝0，根据计算公式(1)(2)，计算Lⁿ⁺¹(U_k)，Lⁿ⁺¹(θ_k)，令n＝n+1。
3、将第2步得到的比特软信息，带入到如图4示的译码器1进行译码，译码器1可以采用MAP译码器，译码器1按照图3的等效卷积码进行译码，同时译码器输出两个软信息序列{Lⁿ(U_k)}和{Lⁿ(θ_k)}。
4、将第3步得到的比特软信息序列{Lⁿ(U_k)}经过反交织后带入到译码器2进行译码，译码器2是信道编码的译码器，可以采用MAP译码器。译码器2输出软信息{Lⁿ(U_k)′}和{Lⁿ(I_m)}，其中{Lⁿ(U_k)′}经过交织后减去{Lⁿ(U_k)}，然后反馈给译码器1作为MAP译码的先验信息。
5、将第3步得到的比特软信息序列{Lⁿ(U_k)}{Lⁿ(θ_k)}分别减去{L^n-1(U_k)}{L^n-1(θ_k)}，返回第2步进行迭代计算。
6、将译码器2的输出软信息序列{Lⁿ(I_m)}进行判决，获得最终判决输出。
(注：由于MAP算法不在本专利申请范围之内，因此MAP算法描述可以参见文献[5]；另外任何一种能输出软信息的译码算法均可以用在本专利申请中。)
附录：参考文献
[1].K.Helen Hwang，Mark A.Wickert，“A Soft Output GMSK Demodulator Using A4-Filter MLSE for Small BT Product”，ICC 2002.IEEE International Conferenceon，Volume：5，2002：2957-2961.
[2].Christophe Brutel，Joseph Boutros，Fabrice Belveze，“Serial Encoding andIterative Detection of Continous Phase Modulation”，GLOBECOM ′99，Vol.5，1999：2375-2379.
[3].Par Moqvist，Tor M.Aulin，“Serially Concatenated Continuous Phase ModulationWith Iterative Decoding”，IEEE Transaction on Communications，Vol.49，No.11，November 2001：1901-1915.
[4]Wayne G.Phoel，“Iterative Demodulation and Decoding of Coded GMSK”，Military Communications Conference，2001.MILCOM 2001，Vol.2，2001：1170-1174.
[5].Sergio Benedetto，Dariush Divsalar，etc.，“Serial Concatenation of InterleavedCodes：Performance Analysis，Design，and Iterative Decoding”，IEEETransaction on Information Theory，Vol.44，No.3，May 1998：909-926.