基于联合一、二比特差分维特比的信号解调方法及设备与流程

1.本发明涉及ais信号解调方法技术领域，具体涉及一种基于联合一、二比特差分维特比的信号解调方法及设备。


背景技术：

2.ais（automatic identification system，自动识别系统）是以全球卫星定位系统信息为基础，能够为岸站和船站提供相关信息来跟踪监视海事船舶的系统。该系统工作在vhf海事频段（161.975mhz和162.025mhz），能够发送船舶的静态信息、动态信息以及航次信息等，其中静态信息包括船舶的mmsi号、呼号、船名、船舶长宽信息以及船舶类型等；动态信息包括船舶当前的航行位置、航速、航向等；航次信息则包括了本次航行的吃水深度、货物类型、目的港口等。
3.ais系统使用gmsk调制方式，因为该系统设计较早，系统设计之初未有考虑信道编码，所以整个系统的接收性能完全依赖gmsk解调器，导致ais系统的低信噪比以及高频偏下接收灵敏度无法提升。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种基于联合一、二比特差分维特比的信号解调方法。
5.为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种基于联合一、二比特差分维特比的信号解调方法及设备，包括：接收ais信号，并将所述ais信号处理为两路；将两路ais信号分别进行一比特差分维特比解调和二比特差分维特比解调，并将解调后的信号分别进行ais数据解包处理；对通过一比特差分维特比解调和解包处理后的数据以及通过二比特差分维特比解调和解包处理后的数据分别进行crc校验，以判断二比特差分维特比解调和解包处理后的数据是否正确，若正确，则将通过二比特差分维特比解调和解包处理后的数据作为解调信号输出，否则，继续判断一比特差分维特比解调和解包处理后的数据是否正确，若正确，则将通过一比特差分维特比解调和解包处理后的数据作为解调信号输出，否则不输出。
6.进一步的，所述一比特差分维特比解调和二比特差分维特比解调的方式如下：计算开始，初始化为0；对每个接收的ais信号计算其相位信息；根据所述相位信息计算一个码元时间间隔的实际相位差为：其中，为ais信号第n个码元周期的相位，为ais信号第个码元周期的相位，n为大于1的自然数；
根据预先制作的一比特差分维特比码元状态表获取8个状态的理论相位差；根据实际相位差和8个状态的理论相位差计算一比特路径度量值为：选择一比特路径度量值最小的作为幸存路径，并回溯解调，以获得一比特差分维特比解调比特流；根据预先制作的二比特差分维特比码元状态表获取16个状态的理论相位差；根据实际相位差和16个状态的理论相位差计算二比特路径度量值为：选择二比特路径度量值最小的作为幸存路径，并回溯解调，以获得二比特差分维特比解调比特流。
7.进一步的，所述回溯解调的深度为10个比特。
8.在第二方面，本发明提供了一种基于联合一、二比特差分维特比的信号解调设备，包括：接收模块，用以接收ais信号，并将所述ais信号处理为两路；第一解调模块，用以对其中一路ais信号进行一比特差分维特比解调；第二解调模块，用以对另一路ais信号进行二比特差分维特比解调；第一解包模块，用以对所述第一解调模块解调后的信号进行ais数据解包处理；第二解包模块，用以对所述第二解调模块解调后的信号进行ais数据解包处理；第一crc校验模块，用以对所述第一解包模块解包处理后的数据进行crc校验，以判断第一解包模块解包处理后的数据是否正确；第二crc校验模块，用以对所述第二解包模块解包处理后的数据进行crc校验，以判断第二解包模块解包处理后的数据是否正确；解调合并输出模块，用以在第二解包模块解包处理后的数据正确时，则将第二解包模块解包处理后的数据作为解调信号输出，并在第二解包模块解包处理后的数据不正确时，若第一解包模块解包处理后的数据正确，则将第一解包模块解包处理后的数据作为解调信号输出，否则不输出。
9.进一步的，所述一比特差分维特比解调和二比特差分维特比解调的方式如下：计算开始，初始化为0；对每个接收的ais信号计算其相位信息；根据所述相位信息计算一个码元时间间隔的实际相位差为：
其中，为ais信号第n个码元周期的相位，为ais信号第个码元周期的相位；根据预先制作的一比特差分维特比码元状态表获取8个状态的理论相位差；根据实际相位差和8个状态的理论相位差计算一比特路径度量值为：选择一比特路径度量值最小的作为幸存路径，并回溯解调，以获得一比特差分维特比解调比特流；根据预先制作的二比特差分维特比码元状态表获取16个状态的理论相位差；根据实际相位差和16个状态的理论相位差计算二比特路径度量值为：选择二比特路径度量值最小的作为幸存路径，并回溯解调，以获得二比特差分维特比解调比特流。
10.进一步的，所述回溯解调的深度为10个比特。
11.有益效果：本发明通过联合使用一比特差分维特比和二比特差分维特比解调方法，解决了ais系统的低信噪比以及高频偏下接收灵敏度无法提升的问题，可使得系统在5db的基带信噪比下，即能达到系统误包率（per）＜20%，在10db时，即能达到系统误包率＜0.1%，可带来2db以上的性能提升。
附图说明
12.图1是基于联合一、二比特差分维特比的信号解调方法的流程示意图；图2是解调合并输出信号的流程示意图；图3是基于联合一、二比特差分维特比的信号解调设备的原理框图；图4是误包率随接收信号信噪比变化仿真图。
具体实施方式
13.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
14.如图1所示，本发明实施例提供了基于联合一、二比特差分维特比的信号解调方法，包括：接收ais信号，并将接收的ais信号处理为两路。该接收方式和数字类型的ais信号处理为两路均为现有技术，在此不再赘述。
15.将接收的ais信号分别进行一比特差分维特比解调和二比特差分维特比解调，并
将解调后的信号分别进行ais数据解包处理。具体的，一比特差分维特比解调和二比特差分维特比解调的方式如下：计算开始，初始化为0。
16.对每个接收的ais信号计算其相位信息。
17.根据相位信息计算一个码元时间间隔的实际相位差为：其中，为ais信号第n个码元周期的相位，为ais信号第个码元周期的相位，n为大于1的自然数。
18.根据预先制作的一比特差分维特比码元状态表获取8个状态的理论相位差。具体的，一比特差分维特比码元状态表可参见表1：表1上述一比特差分维特比码元状态表，是根据以下公式推导计算出的：上述公式是根据gmsk调制特性推导得出的，其中， 为圆周率，为第n-3个码元，为第n-2个码元，为第n-1个码元，码元的取值为1或-1，为gmsk的调制波形参数。
19.根据实际相位差和8个状态的理论相位差计算一比特路径度量值为：选择一比特路径度量值最小的作为幸存路径，并回溯解调，以获得一比特差分维特比解调比特流。此处回溯解调的深度优选为10个比特。
20.根据预先制作的二比特差分维特比码元状态表获取16个状态的理论相位差。二比特差分维特比码元状态表可参见表2：表2上述二比特差分维特比码元状态表，是根据以下公式推导计算出的：上述公式同样是根据gmsk调制特性推导得出的，其中， 为圆周率，为第n-4个码元，为第n-3个码元，为第n-2个码元，为第n-1个码元，码元的取值为1或-1，为gmsk的调制波形参数。
21.根据实际相位差和16个状态的理论相位差计算二比特路径度量值为：选择二比特路径度量值最小的作为幸存路径，并回溯解调，以获得二比特差分维特比解调比特流。此处回溯解调的深度也优选为10个比特。
22.参见图1和图2，对通过一比特差分维特比解调和解包处理后的数据以及通过二比特差分维特比解调和解包处理后的数据分别进行crc校验，以判断二比特差分维特比解调和解包处理后的数据是否正确，若正确，则将通过二比特差分维特比解调和解包处理后的数据作为解调信号输出，否则，继续判断一比特差分维特比解调和解包处理后的数据是否正确，若正确，则将通过一比特差分维特比解调和解包处理后的数据作为解调信号输出，否则不输出。
23.参见图4，本发明可使得系统在5db的基带信噪比下，即能达到系统误包率（per）＜20%，在10db时，即能达到系统误包率＜0.1%（系统频偏500hz），可带来2db以上的性能提升。
24.参见图1至3，基于以上实施例，本领域技术人员可以轻易理解，本发明还提供了一种基于联合一、二比特差分维特比的信号解调设备，包括接收模块1、第一解调模块2、第二解调模块3、第一解包模块4、第二解包模块5、第一crc校验模块6、第二crc校验模块7和解调合并输出模块8。
25.其中，接收模块1用以接收ais信号，并将接收的ais信号处理为两路。
26.第一解调模块2用以对其中一路ais信号进行一比特差分维特比解调，第一解包模块4将通过第一解调模块2解调后的信号进行ais数据解包处理。第二解调模块3用以对另一路ais信号进行二比特差分维特比解调，第二解包模块5将通过第二解调模块3解调后的信号进行ais数据解包处理。
27.具体的，第一解调模块2和第二解调模块3进行一比特差分维特比解调和二比特差分维特比解调的方式如下：计算开始，初始化为0。
28.对每个接收的ais信号计算其相位信息。
29.根据相位信息计算一个码元时间间隔的实际相位差为：其中，为ais信号第n个码元周期的相位，为ais信号第个码元周期的相位，n为大于1的自然数。
30.根据预先制作的一比特差分维特比码元状态表获取8个状态的理论相位差。具体的，一比特差分维特比码元状态表可参见表1：
表1上述一比特差分维特比码元状态表，是根据以下公式推导计算出的：上述公式是根据gmsk调制特性推导得出的，其中， 为圆周率，为第n-3个码元，为第n-2个码元，为第n-1个码元，码元的取值为1或-1，为gmsk的调制波形参数。
31.根据实际相位差和8个状态的理论相位差计算一比特路径度量值为：选择一比特路径度量值最小的作为幸存路径，并回溯解调，以获得一比特差分维特比解调比特流。此处回溯解调的深度优选为10个比特。
32.根据预先制作的二比特差分维特比码元状态表获取16个状态的理论相位差。二比特差分维特比码元状态表可参见表2：
表2上述二比特差分维特比码元状态表，是根据以下公式推导计算出的：上述公式同样是根据gmsk调制特性推导得出的，其中， 为圆周率，为第n-4个码元，为第n-3个码元，为第n-2个码元，为第n-1个码元，码元的取值为1或-1，为gmsk的调制波形参数。
33.根据实际相位差和16个状态的理论相位差计算二比特路径度量值为：选择二比特路径度量值最小的作为幸存路径，并回溯解调，以获得二比特差分维特比解调比特流。此处回溯解调的深度也优选为10个比特。
34.第一crc校验模块6用以对第一解包模块4解包处理后的数据进行crc校验，以判断第一解包模块4解包处理后的数据是否正确。
35.第二crc校验模块7用以对第二解包模块5解包处理后的数据进行crc校验，以判断
第二解包模块5解包处理后的数据是否正确。
36.解调合并输出模块8用以在第二解包模块5解包处理后的数据正确时，则将第二解包模块5解包处理后的数据作为解调信号输出，并在第二解包模块5解包处理后的数据不正确时，若第一解包模块4解包处理后的数据正确，则将第一解包模块4解包处理后的数据作为解调信号输出，否则不输出。
37.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，其它未具体描述的部分，属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。