抗频偏的突发GMSK混合信号单通道盲分离算法资源-CSDN文库

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2013 年 5 月 Journal on Communications May 2013

第 34 卷第 5 期

通信学报

Vol.34

No. 5

抗频偏的突发 GMSK 混合信号单通道盲分离算法

廖灿辉，涂世龙，万坚

(盲信号处理国家重点实验室，四川成都 610041)

摘要：针对突发 GMSK 混合信号的单通道盲分离问题，提出了一种基于逐幸存路径处理（PSP）的抗频偏盲分

离算法。该算法通过在盲分离过程中对信道变化和频偏引起的相位变化分别进行跟踪，能大大提升算法对残余频

偏的容忍能力。仿真表明，传统 PSP 算法能容忍的归一化频偏误差（相对符号速率）不大于 2.0×10

−4

，而抗频偏

算法在归一化频偏误差达 1.5×10

−2

时仍然能收敛，且不需要对初始相位进行估计，同时分离性能相比理想条件下

的 PSP 算法只下降了约 1dB。

关键词：高斯滤波最小频移健控；突发混合；单通道盲分离；逐幸存路径处理

中图分类号：TN911.7 文献标识码：A 文章编号：1000-436X(2013)05-0088-08

Anti-frequency-offset algorithm on single-channel blind

separation of burst GMSK mixed signals

LIAO Can-hui, TU Shi-long, WAN Jian

(National Key Laboratory on Blind Signals Processing, Chengdu 610041, China)

Abstract: A per-survivor processing (PSP) based anti-frequency-offset algorithm was proposed for single-channel blind

separation of burst GMSK mixed signals. The algorithm traces the phase changes caused by frequency offset and channel

changes caused by other matters separately, which remarkably tones up the capacity against frequency offset. Simulation

results show that the proposed algorithm can work well even when the unitary frequency offset (compared to symbol rate )

grows up to 1.5×10

−2

, while the traditional PSP algorithm needs the unitary frequency offset less than 2.0×10

−4

. Further-

more, the proposed algorithm has no need for phase initialization, and a loss of only 1dB on performance can be achieved

in comparison with the traditional PSP algorithm.

Key words: GMSK; burst mixed; single-channel blind separation; per-survivor processing

1 引言

近年来,混合信号盲分离已成为信号处理领域

中的热点问题

[1]

。盲分离要解决的是在不知道混合

矩阵情况下，仅根据接收到的混合信号估计出源信

号。在盲分离问题中，如果源信号个数大于接收混

合信号个数，称之为欠定盲分离。特别地，如果只

能接收到一个混合信号，这时的信号盲分离称之为

单通道盲分离

[2]

。

GMSK 调制是一种相位连续的恒包络调制，具

有较好的频谱效率和功率特性，因而在船舶自动识

别系统(AIS, automatic identification system）

[3]

、蜂

窝移动通信 GSM 等中获得了广泛的应用。随着信

息技术的发展，用户数逐渐增多，从而同频用户信

号碰撞的概率大大增加，产生的混合信号会极大地

影响系统性能。如船舶

AIS 设备采用全向天线发射

GMSK 突发信号，采用星载平台可以利用卫星较宽

的上行辐射范围来实现大范围海域内船只 AIS 信息

的监控接收，有利于保证大范围海域航行安全性、

打击海盗走私以及环境保护，但带来的问题是，当

卫星覆盖区内船舶密度很高时，星载平台接收到的

很多 AIS 信号会相互重叠，导致 AIS 信号检测概率

显著下降

[4]

。

已有文献主要考虑利用多天线接收、采用多通

道盲分离的思路来对 GMSK 混合信号进行分离。如

利用 3 副正交的偶极子天线，采用干扰对消的方法

收稿日期：2012-08-07；修回日期：2013-01-29

doi:10.3969/j.issn.1000-436x.2013.05.010

第 5 期廖灿辉等：抗频偏的突发 GMSK 混合信号单通道盲分离算法 ·89·

进行分离

[5]

，或者考虑采用多通道盲分离思路，并

用五元线阵进行仿真试验

[6]

。考虑到多天线的设计

复杂度和成本，本文考虑用单天线对 GMSK 信号进

行接收，用单通道盲分离思路进行分离。已有文献

在此方面研究较少，文献[7]研究了 GMSK 混合信

号时延的估计算法，可为单通道盲分离提供初始参

数估计；文献[8,9]提出了基于逐幸存路径处理

（PSP）的单通道盲分离算法，但主要用于 PSK 混

合信号分离。本文先根据 GMSK 信号特点，将 PSP

思想引入到 GMSK 混合信号的单通道盲分离中；考

虑到实际中的 GMSK 信号一般是突发信号，而突发

混合信号具有时长短、参数估计误差大的特点，基

于此本文进一步提出了一种抗频偏的改进算法，不

需要进行初始相位估计，并且能容忍较大的初始频

偏估计误差。

2 GMSK 混合信号模型

考虑 2 个同频（或近似同频）的 GMSK 混合信

号的单通道接收，接收基带等效信号的一般形式可

表示为

1 1 2 2

j(2 ) j(2 )

1 1 2 2

( ) ( )e ( ) ( )e ( ) ( )

t t

y t h t s t h t s t ν t

∆ + ∆ +

= + +

ω θ ω θ

(1)

其中，

( )

h t

和

( )

h t

为两信号的瞬时幅度，∆ω

和

∆ω

为两信号的残余频偏，θ

和 θ

为两信号的初始

相位，v(t)为加性高斯白噪声。

( )

s t

和

( )

s t

分别为

两终端发送的基带数字调制信号，根据 GMSK 信号

的 Laurent 展开式可知

[10]

，GMSK 信号相当于用主

脉冲

GMSK

( )

p t

进行成型滤波，则接收端经匹配滤波

后的信号可表示为

, pp

( ) ( ( )) 1, 2

i i n i

s t x R t nT t i

+∞

=−∞

= − + =

∑

(2)

其中，T 是符号周期，两信号具有相同的符号周期；

( )

为第 i 个信号与本地接收机之间的时钟漂移，

假定 0

( )

≤ ＜T；

i n

为第 i 路信号的第

个符号，

若两信号均是从

处开始，则

i n

与发送符号序

列

i n

关系为

, ,

i n i n

x a= ，

i n

取值集合为

{ 1, 1}

+ −

。

( )

R t

的表达式为

/ 2

pp GMSK GMSK

/ 2

( ) ( ) ( )d

R t p p t

−

= +

∫

τ τ τ

(3)

其中，

为 GMSK 信号的记忆长度。

将接收信号按符号速率采样，令 y

=y(kT)，

i,k

(kT)，v

=v(kT)，τ

i,k

=τ

(kT)，设

( )

R t

的持续时

间长为 L

T，从(1−L

)T 到 L

T，L

。

定义

向量为

j( )

, , pp 1 ,

pp 1 , pp 2 ,

e [ (( 1) ),

(( 2) ), , ( )]

i i

i k i k i k

i k i k

h R L T

R L T R L T

∆ +

= − +

− + − +

ω θ

τ τ

…

(4)

1 1 2

, , 1 , 2 ,

, , ,

i k i k L i k L i k L

a a a

− + − + +

 

 

a …

(5)

1 1 2

1 2 2

j , j , j

k L k L k L

− + − + − +

 

 

ρ (6)

其中，接收混合信号可以表示成更简洁的形式

T T

1, 1, 2, 2,

k k k k k k

y v

= + +

g a g a (7)

其中，

, ,

i k i k

a a

。定义为两向量对应项的乘积

1 1 2

1 2

, , 1 , 2 ,

j , j , , j

k L k L k L

i k i k L i k L i k L

a a a

− + − + +

 

 

a …

(8)

单通道盲分离的目的是从一路接收序列中恢

复出两路信号的符号序列，即根据接收序列

, 0,1,

y k =

…

，得到符号序列

, 1,2, 0,1,

i k

a i k= =

…

的

估计。

3 基于 PSP 的单通道盲分离

经 Laurent 展开后，式(7)表示的混合信号模型

与文献[8,9]中的 PSK 混合信号模型十分相似，因此

可借鉴文献[8,9]的 PSP 盲分离算法进行分离。PSP

算法广泛应用于在信道参数未知或动态变化下对

符号序列进行联合估计的场合

[11]

，其中的信道参数

未知或动态变化可能是某些信道参数（如载波、相

位、定时、信道响应等）的估计不准确引起。

PSP 算法是在维特比算法基础上发展而来，需

要构建状态转移格图。

定义 k 时刻状态为

1 2 1 2

1, 2: 2, 2:

[ , ]

k k L k L k L k L

a a

− + + − + +

，

在

k 时刻输入符号对

2 2

1, 2,

( , )

k L k L

a a

+ +

时状态从

−

转

移到

，同时输出

，状态转移可记为

[8]

1, 2,

2 2

( , )

k L k L

a a

k k

+ +

−

——————→

s s

(9)

定义 k 时刻的分支路径度量为

1 1

( ) ( )

k k k k

− −

→ = →

s s s s

(10)

1 1, 1, 1

2, 2, 1

( ) ( )

( )

k k k k k k k

k k k k

e y

− −

−

→ = − → −

→

s s g a s s

g a s s

(11)

其中，

, 1

( )

i k k k

−

→

a s s

是状态转移

k k

−

→

s s

对应的第

路信号的符号向量。对每一状态

，执行下面的

最小化操作来得到累积路径度量。

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