连续相位调制系统中的同步算法研究

论文摘要

CPM(连续相位调制)是一种带宽和功率有效的信号处理方法,适用于无线和移动通信。因为具有相位连续和恒包络的特征,CPM信号在频谱上表现为一个很窄的主瓣,和数个快速滚降的旁瓣,这使得信号可以有效的使用非线性功率放大器。二进制CPM已经广泛的应用于许多军事和商业系统,如MSK、GMSK调制已成功的应用于第二代移动通信当中。多进制CPM可以比二进制CPM达到更高的数据传输速率。但是由于接收机的复杂性,以及同步困难的问题,多进制CPM的应用受到了限制。近年来,SCCPM(串行级联连续相位调制)得到了越来越多的关注,这种“类Turbo”的编码方式通过采用迭代译码技术可以达到接近香浓限的良好性能。但是,由于SCCPM通常运行在低信噪比的环境下,这使得可靠且功率有效的同步更加困难。同步技术在整个CPM通信系统中占有非常重要的地位,由于收、发双方不在一地,要使它们能步调一致地协调工作,必须要有同步系统来保证。同步算法性能的优劣在很大程度上决定了CPM系统的通信质量,甚至通信的成败。但是,由于CPM信号的相位具有记忆特性,传统的同步方法不再适用于CPM信号。为了使多进制CPM,SCCPM的实际应用性更强,本课题主要研究适用于各种CPM系统的同步技术,以及简化其复杂性的算法。论文基于nSnOEE(非对称非正交指数分解)方法,提出了一种用于CPM信号检测和同步的改进滤波器组,并结合最大似然序列检测和最大似然参数估计,大大降低了检测与同步算法的复杂度。同时,为了进一步简化多进制CPM系统的同步算法复杂度,论文提出了一种基于非最大似然方式、采用短前导码元的CPM系统快速同步算法。与现有技术相比,该算法采用很短的前导码元,经过简单的矩阵计算,能够快速得到同步参数的准确估计,并且适用于SCCPM系统。Matlab仿真结果显示,论文提出的同步算法在降低系统复杂度的基础上,可以使CPM检测器和同步器都达到良好的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 CPM系统模型
• 1.1 CPM信号模型
• 1.2 CPM信号的状态描述
• k'>1.2.1 相位状态Φ_k
• k'>1.2.2 关联状态C_k
• 1.3 CPM信号的调制实现
• 1.4 CPM信号的解调译码
• 1.4.1 最大似然接收原理
• k的计算'>1.4.2 增量Z_k的计算
• 1.4.3 Viterbi译码原理
• 1.5 仿真结果
• 1.5.1 CPM信号的相位
• 1.5.2 CPM信号的波形
• 1.5.3 CPM信号的功率谱密度
• 1.5.4 误码率性能
• 1.6 系统评价
• 2 SCCPM系统模型
• 2.1 CPM信号的分解
• 2.1.1 连续相位编码器CPE
• 2.1.2 无记忆调制器MM
• 2.2 SCCPM系统
• 2.3 SCCPM系统的迭代译码
• 2.3.1 MAP算法
• 2.3.2 BCJR算法
• 2.3.3 基于BCJR的SISO算法
• 2.4 仿真结果
• 2.4.1 不同迭代次数的影响
• 2.4.2 不同交织长度的影响
• 2.5 系统评价
• 3 基于改进滤波器组的CPM信号检测与同步算法
• 3.1 采用ML的直接判决联合定时相位恢复算法
• 3.2 基于改进滤波器组的CPM信号检测与同步算法
• 3.2.1 非对称非正交指数分解
• 3.2.2 改进滤波器组
• 3.3 仿真结果
• 3.3.1 理想信道下的误码率性能
• 3.3.2 非理想信道下的误码率性能
• 3.4 系统评价
• 4 基于指数分解的CPM系统快速同步算法
• 4.1 受限的联合定时相位恢复算法
• 4.1.1 基于指数分解的受限同步算法
• 4.1.2 算法局限性分析
• 4.2 稳健的联合定时相位恢复算法
• 4.2.1 适用于检测和同步的改进指数分解
• 4.2.2 采用分段矩阵的同步参数估计
• 4.2.3 采用修改参量的同步参数估计
• 4.3 仿真结果
• 4.3.1 改进指数分解的性能
• 4.3.2 MSE性能
• 4.3.3 误码率性能
• 4.4 系统评价
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢