無線衰落信道下CPM信號接收關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、連續(xù)相位調(diào)制(Continuous Phase Modulation，CPM)是一種包絡(luò)恒定、相位連續(xù)的調(diào)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(shù)通信中獲得了廣泛的應(yīng)用，是近幾年通信偵察中頗受重視的一種調(diào)制方式。CPM具有非線性調(diào)制特性，針對線性調(diào)制信號的常規(guī)處理方法不能直接應(yīng)用于該類信號，因此CPM信號的接收處理一直是信號處理領(lǐng)域的難點(diǎn)。現(xiàn)代無線通信技術(shù)高速、低功率的發(fā)展趨勢以及無線信道的復(fù)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(guān)鍵技術(shù)的研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)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(shí)現(xiàn)低信噪比條件下CPM信號的高效接收為目標(biāo)任務(wù)。論文通過對CPM信號的均衡、同步和迭代譯碼等方面進(jìn)行分析，針對不同的任務(wù)需求及存在的問題建立相應(yīng)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(shí)變頻率選擇性衰落信道下CPM信號自適應(yīng)盲均衡、低信噪比下CPM信號定時(shí)同步、存在時(shí)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(diào)譯碼等進(jìn)行深入研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在信道響應(yīng)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(diào)制信號Turbo頻域均衡方法。針對高階部分響應(yīng)CPM信號均衡中存在的復(fù)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(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)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(zhuǎn)化到頻域進(jìn)行處理，避免了時(shí)域均衡算法在計(jì)算均衡器系數(shù)時(shí)存在的大矩陣求逆問題，同時(shí)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(jié)果表明，在存在嚴(yán)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(fù)雜度的同時(shí)，具有良好的性能增益。⑵在信道響應(yīng)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(jié)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(nèi)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(shí)使用Turbo均衡的軟信息迭代處理來進(jìn)一步提高低信噪比條件下系統(tǒng)性能。理論分析和仿真結(jié)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(shí)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(fù)雜度較高以及收斂速度慢等問題，從雙向自適應(yīng)信道均衡的角度出發(fā)，將線性調(diào)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(jié)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(yīng)盲均衡算法。該算法通過使用FABA-SISO算法，同時(shí)利用過去、現(xiàn)在和將來的觀察數(shù)據(jù)進(jìn)行Kalman濾波信道估計(jì)，有效改善了信道估計(jì)的精度，同時(shí)使用PSP算法來降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，使得算法具有較好的工程應(yīng)用性。理論分析和仿真結(jié)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(yīng)CPM信號盲定時(shí)同步中存在定時(shí)精度較低以及容易出現(xiàn)假鎖等問題，從脈沖幅度調(diào)制(PAM)分解的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種新的適用于高階部

8、分響應(yīng)CPM信號的定時(shí)同步器結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合基于馬爾科夫鏈模型的定時(shí)假鎖檢測方法，提出了一種適用于高階部分響應(yīng) CPM信號的盲定時(shí)同步算法。該算法通過對CPM信號的PAM脈沖進(jìn)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(shí)使用輔助定時(shí)誤差檢測器和假鎖檢測器來實(shí)時(shí)監(jiān)測假鎖現(xiàn)象。理論分析和仿真結(jié)果表明，在低信噪比并存在較大初始定時(shí)誤差條件下，該算法也能夠?qū)崿F(xiàn)精確快速的定時(shí)同步。⑸為了改善高階部分響應(yīng)CPM信號時(shí)變載波相位同步

9、的性能以及降低算法復(fù)雜度，該文從PAM分解的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種新的適用于高階部分響應(yīng)CPM信號的相位同步器結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)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(yīng)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(shí)使用基于因子圖模型的EM-SPA算法來進(jìn)一步降低復(fù)雜度。理論分析和仿真結(jié)果表明，在低信噪比并存在強(qiáng)相位噪聲的條件下，該算法也能夠

10、實(shí)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(fù)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(jìn)行改進(jìn)，提出了一種低復(fù)雜度的聯(lián)合迭代解調(diào)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(shí)結(jié)合硬判決輔助迭代停止準(zhǔn)則，進(jìn)一步減少了平均迭代次數(shù)。為了解決計(jì)算迭代譯碼中的碼字先驗(yàn)信息需要大量匹配濾波器的問題，通過計(jì)算有效