無線衰落信道下CPM信號接收關鍵技術研究.pdf

1、連續(xù)相位調制(Continuous Phase Modulation，CPM)是一種包絡恒定、相位連續(xù)的調制方式，具有很高的帶寬和功率利用率，在現(xiàn)代移動通信、衛(wèi)星通信和軍事戰(zhàn)術通信中獲得了廣泛的應用，是近幾年通信偵察中頗受重視的一種調制方式。CPM具有非線性調制特性，針對線性調制信號的常規(guī)處理方法不能直接應用于該類信號，因此CPM信號的接收處理一直是信號處理領域的難點?，F(xiàn)代無線通信技術高速、低功率的發(fā)展趨勢以及無線信道的復雜性給CPM信

2、號的接收提出了新的挑戰(zhàn)，特別是多徑衰落信道的影響，使接收信號發(fā)生畸變，給電磁頻譜監(jiān)測、信號偵察和電子對抗等非合作場合中的信號處理增加了難度。因此對無線衰落信道下CPM信號接收中關鍵技術的研究具有重要的理論意義和實用價值。本文以無線衰落信道下的CPM信號為研究對象，以現(xiàn)代無線通信為課題背景，以實現(xiàn)低信噪比條件下CPM信號的高效接收為目標任務。論文通過對CPM信號的均衡、同步和迭代譯碼等方面進行分析，針對不同的任務需求及存在的問題建立相應的

3、接收方案，對CPM信號的Turbo頻域均衡、恒參ISI信道下CPM信號盲均衡、時變頻率選擇性衰落信道下CPM信號自適應盲均衡、低信噪比下CPM信號定時同步、存在時變相位噪聲的CPM信號載波同步以及編碼CPM信號聯(lián)合迭代解調譯碼等進行深入研究。
　　本研究主要內容包括：⑴在信道響應已知條件下CPM信號均衡方面，深入研究了基于Rimoldi分解的連續(xù)相位調制信號Turbo頻域均衡方法。針對高階部分響應CPM信號均衡中存在的復雜度高和性

4、能較差等問題，從Rimoldi分解的角度出發(fā)，分析了傾斜相位CPM信號發(fā)射幀結構的特點，并在此基礎上結合單載波頻域均衡(FDE)和Turbo均衡的思想，提出了一種適用于高階CPM信號的Turbo頻域均衡算法。該算法通過將信號均衡轉化到頻域進行處理，避免了時域均衡算法在計算均衡器系數(shù)時存在的大矩陣求逆問題，同時使用Turbo均衡的軟信息迭代處理來改善系統(tǒng)的性能。理論分析和仿真結果表明，在存在嚴重符號間干擾的多徑衰落信道條件下，該算法在保持

5、較低復雜度的同時，具有良好的性能增益。⑵在信道響應未知的恒參信道條件下CPM信號盲均衡方面，深入研究了基于隱馬爾科夫模型的CPM信號盲Turbo均衡算法。針對高階CPM盲均衡中存在的均衡性能較差以及不容易收斂等問題，從隱馬爾科夫模型(HMM)的角度出發(fā)，建立一種新的EM-SOVA信道盲均衡方法，并結合Turbo均衡思想，提出了一種適用于高階CPM信號的盲Turbo均衡算法。該算法通過將SOVA內嵌到EM算法的迭代過程中，有效改善了信道均

6、衡效果，同時使用Turbo均衡的軟信息迭代處理來進一步提高低信噪比條件下系統(tǒng)性能。理論分析和仿真結果表明所提算法具有良好的盲均衡性能以及收斂性。⑶為了解決時變頻率選擇性衰落信道條件下高階CPM盲均衡中存在的均衡性能較差、復雜度較高以及收斂速度慢等問題，從雙向自適應信道均衡的角度出發(fā)，將線性調制信號均衡中使用的FABA-SISO算法推廣，建立一種新的基于FABA-SISO的信道盲均衡方法，并結合PSP思想和Kalman濾波，提出了一種適用

7、于高階CPM信號的自適應盲均衡算法。該算法通過使用FABA-SISO算法，同時利用過去、現(xiàn)在和將來的觀察數(shù)據(jù)進行Kalman濾波信道估計，有效改善了信道估計的精度，同時使用PSP算法來降低系統(tǒng)的復雜度，使得算法具有較好的工程應用性。理論分析和仿真結果表明所提算法具有良好的盲均衡性能以及收斂性。⑷針對高階部分響應CPM信號盲定時同步中存在定時精度較低以及容易出現(xiàn)假鎖等問題，從脈沖幅度調制(PAM)分解的角度出發(fā)，設計了一種新的適用于高階部

8、分響應CPM信號的定時同步器結構，并在此基礎上結合基于馬爾科夫鏈模型的定時假鎖檢測方法，提出了一種適用于高階部分響應 CPM信號的盲定時同步算法。該算法通過對CPM信號的PAM脈沖進行優(yōu)化處理，有效減少了匹配濾波器以及網(wǎng)格狀態(tài)的數(shù)目，同時使用輔助定時誤差檢測器和假鎖檢測器來實時監(jiān)測假鎖現(xiàn)象。理論分析和仿真結果表明，在低信噪比并存在較大初始定時誤差條件下，該算法也能夠實現(xiàn)精確快速的定時同步。⑸為了改善高階部分響應CPM信號時變載波相位同步

9、的性能以及降低算法復雜度，該文從PAM分解的角度出發(fā)，設計了一種新的適用于高階部分響應CPM信號的相位同步器結構，并在此基礎上結合因子圖模型和EM-SPA算法，提出了一種適用于高階部分響應CPM信號的相位同步算法。該算法通過使用CPM信號PAM分解得到的主勞倫特脈沖，有效減少了匹配濾波器以及網(wǎng)格狀態(tài)的數(shù)目，同時使用基于因子圖模型的EM-SPA算法來進一步降低復雜度。理論分析和仿真結果表明，在低信噪比并存在強相位噪聲的條件下，該算法也能夠

10、實現(xiàn)精確快速的相位同步。⑹針對串行級聯(lián)CPM信號迭代檢測中存在的系統(tǒng)復雜度高、收斂性較差等問題，從匹配濾波器組和迭代譯碼兩方面對系統(tǒng)進行改進，提出了一種低復雜度的聯(lián)合迭代解調譯碼算法。該算法利用修正高斯小波函數(shù)的快速收斂特性以及延遲反饋控制法，有效抑制了迭代譯碼中正反饋對系統(tǒng)性能的影響，改善了系統(tǒng)的收斂性，同時結合硬判決輔助迭代停止準則，進一步減少了平均迭代次數(shù)。為了解決計算迭代譯碼中的碼字先驗信息需要大量匹配濾波器的問題，通過計算有效