阅读说明：本技术 一种适用于卫星通信的抗干扰ds-gmsk接收方法和装置 (Anti-interference DS-GMSK receiving method and device suitable for satellite communication ) 是由 安建平 卢琨 宋哲 王帅 方金辉 岳平越 闫伟豪 张昊星 于 2020-04-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开的一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收方法和装置,属于卫星通信技术领域。本发明的DS-GMSK具有直接序列扩频系统的优势,工作在低信噪比环境下,且抗干扰能力强；同时结合GMSK调制频谱利用率高和带外辐射功率低的特点,在增强抗噪声和抗干扰能力的同时提高频谱利用率、降低带外辐射。通过使用FFT及IFFT运算,显著提高捕获及解调算法的运算效率,也使得一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收方法更加适合于FPGA平台的实现。本发明的装置包括下变频模块、频偏补偿模块、码相位跟踪调整模块、捕获模块以及解扩解调模块。本发明将DSSS与GMSK相结合,能够在增强抗噪声和抗干扰能力的同时提高频谱利用率、降低带外辐射,在卫星通信领域具有广阔的应用前景。(The invention discloses an anti-interference DS-GMSK receiving method and device suitable for satellite communication, and belongs to the technical field of satellite communication. The DS-GMSK has the advantages of a direct sequence spread spectrum system, works in a low signal-to-noise ratio environment, and has strong anti-jamming capability; meanwhile, the characteristics of high GMSK modulation spectrum utilization rate and low out-of-band radiation power are combined, the anti-noise and anti-interference capability is enhanced, the spectrum utilization rate is improved, and the out-of-band radiation is reduced. By using FFT and IFFT operation, the operation efficiency of the capture and demodulation algorithm is obviously improved, and the anti-interference DS-GMSK receiving method suitable for satellite communication is more suitable for realizing an FPGA platform. The device comprises a down-conversion module, a frequency deviation compensation module, a code phase tracking and adjusting module, a capturing module and a de-spreading and demodulating module. The DSSS and GMSK are combined, so that the anti-noise and anti-interference capability is enhanced, the frequency spectrum utilization rate is improved, out-of-band radiation is reduced, and the DSSS and GMSK combined broadband satellite communication system has a wide application prospect in the field of satellite communication.)

一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收方法和装置

技术领域

本发明涉及一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK(直接序列扩频高斯最小频移键控)接收方法和装置，属于卫星通信技术领域。

背景技术

在这个信息化、全球化的时代，卫星通信是一种重要且不可或缺的通信方式。相比于一般的民用通信方式，卫星通信经常需要工作在低信噪比、强干扰的通信环境中，同时对保密性和抗截获性也提出很高的要求。

在卫星通信中常使用BPSK等调制方式，但BPSK由于符号间载波相位突变引起频谱展宽，功率谱会产生很强的旁瓣分量，频谱利用率不高；且BPSK存在包络陷落的缺点，通过高功放时非线性畸变较大。MSK(最小频移键控)则是一种相位连续的恒包络调制，作为一种恒包络调制，它可以最大程度地提高功放的利用率。而且MSK作为一种载波相位连续的调制方式，可以有效的抑制旁瓣分量，把能量集中在主瓣。GMSK(高斯最小频移键控)调制是MSK调制的一种改进，即在MSK调制前加入高斯低通滤波器进行预滤波，从而更进一步平滑MSK的相位变化。GMSK比MSK拥有更快的带外衰减和更加紧凑的频谱，所以拥有比MSK更高的功率效率和频谱效率，同时可以使得功放的性能得到最大化利用。

直接序列扩频(DSSS)具有抗多径衰落、抗干扰能力强，发射功率低，截获率低，保密性好等特点。将DSSS与GMSK相结合可以在获得扩频通信优势的同时提高频谱利用率、降低带外辐射，在卫星通信领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明公开的一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收方法和装置要解决的技术问题是：将DSSS与GMSK相结合，能够在增强抗噪声和抗干扰能力的同时提高频谱利用率、降低带外辐射，在卫星通信领域具有广阔的应用前景。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收方法，包括如下步骤：

步骤一：将接收的中频DS-GMSK信号正交下混频并低通滤波后得到IQ两路DS-GMSK基带信号。将经过频偏和码相位补偿的DS-GMSK基带信号输入捕获模块，在捕获模块未成功捕获之前，对信号做的频偏补偿和码偏调整均为0。

步骤二：DS-GMSK基带信号进入捕获模块，对信号一个符号长度的数据做FFT运算并将数据存入RAM中，使用本地模板1与RAM中的FFT结果相乘，再做IFFT运算，把M1个符号的IFFT运算的结果取模并做M1次累加，计算累加后结果的峰均比并与捕获门限做比较，超过门限则捕获成功，反之则继续捕获。捕获成功后将IFFT累加结果的峰值位置输出，即为码相位信息。同时将后续的M2次IFFT结果峰值位置处的复数信息输出，即得到M2个符号解调的信息，对所述M2个符号的信息做M2点FFT运算，FFT结果峰值的位置代表频偏的信息，将频偏信息输出。

步骤三：捕获模块捕获成功后，将捕获模块输出的频偏信息反馈到前端频偏补偿模块，捕获模块输出的码相位信息反馈到前端码相位跟踪调整模块，捕获及解扩解调切换模块控制解扩解调模块开始工作。

步骤四：经过频偏补偿模块补偿频偏以及码相位跟踪调整模块补偿码偏的DS-GMSK基带信号输入解扩解调模块。对一个符号长度的DS-GMSK基带信息做FFT运算，将FFT运算结果存入RAM中。将所述FFT运算结果分成两路处理，一路从RAM中读取FFT结果与本地模板0相乘，将乘积结果做IFFT运算，再将IFFT运算结果的峰值取模输出，该路将输出符号信息为0的符号的解扩解调结果；另一路从RAM中读取FFT结果与本地模板1相乘，后续处理过程同第一路，该路最后将输出符号信息为1的符号的解扩解调结果。将所述两路输出解扩解调结果相减，得到完整的解扩解调软信息。至此，完成DS-GMSK信号的捕获及解扩解调，对解调结果判决即得到最终的数据信息。

步骤五：DS-GMSK具有直接序列扩频系统的优势，工作在低信噪比环境下，且抗干扰能力强，同时结合GMSK频谱利用率高和带外辐射功率低的特点，在增强抗噪声和抗干扰能力的同时提高频谱利用率、降低带外辐射。通过步骤一到步骤四实现DS-GMSK的解扩解调。通过在步骤二和步骤三中使用FFT及IFFT运算，显著提高捕获及解调算法的运算效率，也使得一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收方法更加适合于FPGA平台的实现。

本发明还公开的一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收装置，用于实现所述本发明公开的一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收方法，所述装置包括下变频模块、频偏补偿模块、码相位跟踪调整模块、捕获模块以及解扩解调模块。

所述下变频模块，用于将接收到的中频DS-GMSK信号进行正交下混频，输出IQ两路DS-GMSK基带信号。

所述频偏补偿模块，根据捕获模块输出的频偏值通过DDS生成补偿载波，对下混频后的DS-GMSK基带信号进行频偏补偿。

所述码码相位跟踪调整模块，根据捕获模块输出的码相位信息调整输入捕获模块或解扩解调模块的数据起始位置，以保证后端进行FFT运算的数据与本地模板数据对齐。

所述捕获及解扩解调切换模块，用于在捕获完成后，将经过频偏补偿和码相位调整的DS-GMSK基带信号切换输入到解扩解调模块。

所述捕获模块，用于捕获DS-GMSK基带信号并向前端反馈频偏和码相位信息。

所述解扩解调模块，用于将经过频偏和码相位补偿的信号解扩解调，并输出解调软信息。

将用于扩频的PN码转换为对极性序列；将正PN码进行GMSK复基带调制，再做FFT运算，对FFT结果取共轭得到模板0；将负PN码进行GMSK复基带调制，再做FFT运算，对FFT结果取共轭得到模板1。

将接收的中频DS-GMSK信号正交下混频得到IQ两路DS-GMSK基带信号并输入频偏补偿模块；频偏补偿模块将捕获模块输出的频偏信息转换为频率控制字，使用DDS的方法实时调整用于纠正频偏的载波频率，产生两路正交载波，分别与DS-GMSK复基带信号IQ两路相乘，以完成频偏补偿。将频偏补偿模块输出信号输入码相位跟踪调整模块，根据捕获输出的码偏信息，调整进行FFT运算的起始点位置，从而对齐码相位。在捕获模块未成功捕获之前，对信号做的频偏补偿和码偏调整均为0；将0频偏和0码偏调整后的DS-GMSK基带信号输入捕获模块；捕获模块将输入DS-GMSK基带信号做FFT运算，与本地模板1相乘，再做IFFT运算并取模累加，通过计算峰均比判定是否成功捕获，成功捕获后输出峰值位置即为码偏信息，将2个符号的IFFT峰值处结果取出，做M2点FFT得到频偏信息；捕获判定成功后，将频偏信息和码偏信息反馈到前端频偏补偿模块和码相位跟踪调整模块补偿频偏和码偏，同时控制将补偿频偏和码偏之后的DS-GMSK基带信号输入解扩解调模块；解扩解调模块中，对一个符号长度的DS-GMSK基带信息做FFT运算，将FFT运算结果存入RAM中。将所述FFT运算结果分成两路处理，一路从RAM中读取FFT结果与本地模板0相乘，将乘积结果做IFFT运算，再将IFFT运算结果的峰值取模输出，该路将输出符号信息为0的符号的解扩解调结果；另一路从RAM中读取FFT结果与本地模板1相乘，后续处理过程同第一路，该路最后将输出符号信息为1的符号的解扩解调结果。将所述两路输出解扩解调结果相减，得到完整的解扩解调软信息。

有益效果

1、本发明公开的一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收方法和装置，DS-GMSK具有直接序列扩频系统的优势，工作在低信噪比环境下，且抗干扰能力强；同时结合GMSK调制频谱利用率高和带外辐射功率低的特点，在增强抗噪声和抗干扰能力的同时提高频谱利用率、降低带外辐射。

2、本发明公开的一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收方法和装置，通过使用FFT及IFFT运算，显著提高捕获及解调算法的运算效率，也使得一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收方法更加适合于FPGA平台的实现。

附图说明

图1为本发明公开的一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收装置的流程框图。

图2为本地模板产生示意图。

图3为捕获模块流程图。

图4为解扩解调模块流程图。

图5为仿真误码率曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明和详细描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例公开的一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收装置，包括下变频模块、频偏补偿模块、码相位跟踪调整模块、捕获及解扩解调切换模块、捕获模块以及解扩解调模块。

所述下变频模块，用于将接收到的中频DS-GMSK信号进行正交下混频，输出IQ两路DS-GMSK基带信号。

所述频偏补偿模块，根据捕获模块输出的频偏值通过DDS生成补偿载波，对下混频后的DS-GMSK基带信号进行频偏补偿。

所述码码相位跟踪调整模块，根据捕获模块输出的码相位信息调整输入捕获模块或解扩解调模块的数据起始位置，以保证后端进行FFT运算的数据与本地模板数据对齐。

所述捕获及解扩解调切换模块，用于在捕获完成后，将经过频偏补偿和码相位调整的DS-GMSK基带信号切换输入到解扩解调模块。

所述捕获模块，用于捕获DS-GMSK基带信号并向前端反馈频偏和码相位信息。

所述解扩解调模块，用于将经过频偏和码相位补偿的信号解扩解调，并输出解调软信息。

将用于扩频的PN码转换为对极性序列；将正PN码进行GMSK复基带调制，再做FFT运算，对FFT结果取共轭得到模板0；将负PN码进行GMSK复基带调制，再做FFT运算，对FFT结果取共轭得到模板1。

将接收的中频DS-GMSK信号正交下混频得到IQ两路DS-GMSK基带信号并输入频偏补偿模块；频偏补偿模块将捕获模块输出的频偏信息转换为频率控制字，使用DDS的方法实时调整用于纠正频偏的载波频率，产生两路正交载波，分别与DS-GMSK复基带信号IQ两路相乘，以完成频偏补偿。将频偏补偿模块输出信号输入码相位跟踪调整模块，根据捕获输出的码偏信息，调整进行FFT运算的起始点位置，从而对齐码相位。在捕获模块未成功捕获之前，对信号做的频偏补偿和码偏调整均为0；将0频偏和0码偏调整后的DS-GMSK基带信号输入捕获模块；捕获模块将输入DS-GMSK基带信号做FFT运算，与本地模板1相乘，再做IFFT运算并取模累加，通过计算峰均比判定是否成功捕获，成功捕获后输出峰值位置即为码偏信息，将2个符号的IFFT峰值处结果取出，做M2点FFT得到频偏信息；捕获判定成功后，将频偏信息和码偏信息反馈到前端频偏补偿模块和码相位跟踪调整模块补偿频偏和码偏，同时控制将补偿频偏和码偏之后的DS-GMSK基带信号输入解扩解调模块；解扩解调模块中，对一个符号长度的DS-GMSK基带信息做FFT运算，将FFT运算结果存入RAM中。将所述FFT运算结果分成两路处理，一路从RAM中读取FFT结果与本地模板0相乘，将乘积结果做IFFT运算，再将IFFT运算结果的峰值取模输出，该路将输出符号信息为0的符号的解扩解调结果；另一路从RAM中读取FFT结果与本地模板1相乘，后续处理过程同第一路，该路最后将输出符号信息为1的符号的解扩解调结果。将所述两路输出解扩解调结果相减，得到完整的解扩解调软信息。

在本实例中，取GMSK调制的时间带宽常数BT＝0.3，捕获累加点数M1＝128，频偏估计点数M2＝64，扩频比N＝64，符号速率为Rs＝250KHz。

本实施例公开的一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收方法，接收端数据处理流程如下：

步骤一：将接收的中频DS-GMSK信号正交下混频得到IQ两路DS-GMSK基带信号。将经过频偏和码相位补偿的DS-GMSK基带信号输入捕获模块，在捕获模块未成功捕获之前，对信号做的频偏补偿和码偏调整均为0。

步骤二：DS-GMSK基带信号进入捕获模块，如图3所示对信号一个符号长度的数据做FFT运算并将数据存入RAM中，使用本地模板1与RAM中的FFT结果相乘，再做IFFT运算，把128个符号的IFFT运算的结果取模并做128次累加，计算累加后结果的峰均比并与捕获门限做比较，超过门限则捕获成功，反之则继续捕获。捕获成功后将IFFT累加结果的峰值位置输出，即为码相位信息。同时将后续的64次IFFT结果峰值位置处的复数信息输出，得到64个符号解调的信息，对所述64个符号的信息做64点FFT运算，FFT结果峰值的位置代表频偏的信息，将频偏信息输出。

步骤三：捕获模块捕获成功后，将捕获模块输出的频偏信息反馈到前端频偏补偿模块，捕获模块输出的码相位信息反馈到前端码相位跟踪调整模块，捕获及解扩解调切换模块控制解扩解调模块开始工作。

步骤四：经过频偏补偿模块补偿频偏以及码相位跟踪调整模块补偿码偏的DS-GMSK基带信号输入解扩解调模块，如图4所示。对一个符号长度的DS-GMSK基带信息做FFT运算，将FFT运算结果存入RAM中。将所述FFT运算结果分成两路处理，一路从RAM中读取FFT结果与本地模板0相乘，将乘积结果做IFFT运算，再将IFFT运算结果的峰值取模输出，该路将输出符号信息为0的符号的解扩解调结果；另一路从RAM中读取FFT结果与本地模板1相乘，后续处理过程同第一路，该路最后将输出符号信息为1的符号的解扩解调结果。将所述两路输出解扩解调结果相减，得到完整的解扩解调软信息。至此，完成DS-GMSK信号的捕获及解扩解调，对解调结果判决即得到最终的数据信息。

步骤五：DS-GMSK具有直接序列扩频系统的优势，工作在低信噪比环境下，且抗干扰能力强，同时结合GMSK频谱利用率高和带外辐射功率低的特点，在增强抗噪声和抗干扰能力的同时提高频谱利用率、降低带外辐射。通过步骤一到步骤四实现DS-GMSK的解扩解调。通过在步骤二和步骤三中使用FFT及IFFT运算，显著提高捕获及解调算法的运算效率，也使得一种适用于卫星通信的抗干扰DS-GMSK接收方法更加适合于FPGA平台的实现。如图2所示，将长度为64的PN码先映射到正负1，对映射后的PN码进行时间带宽常数BT＝0.3的GMSK基带调制，再将调制后的波形做FFT运算，对FFT结果取共轭得到模板0；对映射后的PN码的相反数进行GMSK基带调制，再将调制后的波形做FFT运算，对FFT结果取共轭得到模板1。将模板0和模板1存在本地，用于捕获和解扩解调。

图5是在上述接收机系统下进行仿真得到的直扩GMSK误码率曲线，这里的，仿真中没有加入频偏的影响。可以看到与一般GMSK非相干接收的理论误码率曲线非常接近。当频偏在正负Rs/2以内，误码率几乎无变化，频偏补偿模块可正确估计并补偿频偏，精度为3.90625KHz；当频偏大于正负Rs/2，即正负125KHz时，该系统则无法正确估计并补偿频偏，误码率将急剧下降，所以该接收机仅适用于小频偏的接收情况。

以上所述为本发明的一个实施例而已，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对多有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。