短波通信中CPM信号的低复杂度迭代检测方法

本发明属于短波通信，特别涉及一种短波通信中cpm信号的低复杂度迭代检测方法。

背景技术：

1、连续相位调制(continuous phase modulation，cpm)是一种具有恒定包络的先进调制技术，具有高效的频带利用率和功率利用率。传统短波通信通常采用psk、qam等调制方式，由于短波通信的带宽限制，需要基带脉冲成形技术，这就造成了调制信号包络的较大起伏，降低了发射机的功率效率。把cpm技术应用到短波通信系统，由于cpm信号本身的恒包络，可以利用高效率的非线性放大器。利用cpm的记忆特性及分解模型的递归特性，结合外部的卷积码及交织器，建立了具有优异功率效率和带宽效率的串行级联cpm系统(sccpm)。把sccpm应用到短波通信系统中，可以克服传统短波通信调制解调器的缺点，提高系统性能。

2、针对在受时变相位影响的信道上传输的cpm调制，设计了几种适用于迭代检测/解码的软输入软输出(soft input soft output，siso)非相干检测算法。这些技术基于联合解调和相位估计。非相干迭代检测由于其对相位噪声的鲁棒性，在实践中成为一种有吸引力的策略。另一方面，可以通过最大后验概率(maximum a posteriori，map)符号决策来实现最小化符号错误概率的最佳检测。通过使用基于马尔可夫信源属性链规则的概率推导，使用bahl，cocke，jelinek和raviv(简称bcjr)算法有效地实现了map符号检测算法[7]。

3、由于短波信道是多径衰落信道，当信号通过信道，必然会受到码间串扰的影响。又因为cpm信号中有个参数是记忆长度，使其具有记忆性，这就导致短波通信中cpm信号的接收端均衡非常复杂。

技术实现思路

1、为了降低接收端均衡的复杂度，同时令接收端具有良好的均衡性能，本发明提出一种短波通信中cpm信号的低复杂度迭代检测方法，建立短波通信中cpm信号迭代检测的系统模型，该模型的发送端依次对传输比特进行ldpc编码、第一交织、映射、cpm调制后通过短波信道发送；在接收端对收到的信号利用均衡器进行信号均衡后输入cpm解调器，cpm解调器结合前一时刻第二交织的输出进行解调，cpm解调器的输出与第二交织的输出相加后进行解交织，解交织的数据输入ldpc译码器进行译码得到估计的比特信号，将估计的传输比特信号与解交织的输出相加后进行第二交织，第二交织的输出用于下一时刻数据的计算；其中在cpm解调器中采用改进bcjr算法中对前向累计度量、后向累计度量以及分支度量的计算，改进的bcjr算法具体包括以下步骤：

2、初始化改进的bcjr算法，令时间索引n＝0，时刻n下第i个发送符号的状态下，其相位差初始化n＝0时前向累计度量α0＝1，其余时刻αn＝1；

3、进行正向递归，即从n＝1到n＝n进行正向递归，计算n-1时刻下第j个发送符号转换为n时刻下第i个符号的分值度量，根据得到的分值度量计算n时刻下的前向累计度量，并更新时刻n下第i个发送符号的状态下的相位差；

4、进行反向递归，即从n＝n-1到n＝0进行反向递归，在反向递归过程中，初始化n时刻下所有发送符号的后向累计度量为再一次更新其他时刻下后向累计度量βn。

5、进一步的，计算n-1时刻下第j个发送符号转换为n时刻下第i个符号的分值度量的过程包括：

6、

7、其中，γn(xn,xn+1)表示n时刻的状态转换到n+1时刻的状态的分支度量；t表示符号间隔；r(t)表示接收端接收到的信号；θrx,n表示接收机累计相位；表示n时刻i状态对应的相位差；表示接收机调制指数；δh表示发射机调制指数htx和接收机调制指数hrx的差值；l表示cpm信号的记忆长度，其值是大于或等于1的正整数，当l＝1时，为全响应cpm信号，当l>1时，为部分响应cpm信号；ai表示i时刻对应的符号；q(t-it)表示第i个符号的相位响应函数；

8、p(xn|xn-1)表示已知状态xn-1，得到的当前状态xn对应的条件概率；上式右边乘的值即为γn(xn,xn+1)的值，n0表示噪声。

9、进一步的，符号的相位响应函数的导数是持续时间为lt的频率脉冲函数g(t)，符号的相位响应函数与持续时间为lt的频率脉冲函数g(t)满足：

10、

11、进一步的，持续时间为lt的频率脉冲函数为lrec的频率脉冲函数，表示为：

12、

13、进一步的，持续时间为lt的频率脉冲函数为lrc升余弦脉冲成型函数，表示为：

14、

15、进一步的，持续时间为lt的频率脉冲函数为高斯最小移频键控的脉冲成型函数，表示为：

16、

17、

18、其中，b是高斯脉冲的-3db带宽。

19、进一步的，在正向递归中计算n时刻下的前向累计度量的过程表示为：

20、

21、其中，αn(xn)表示n时刻状态xn对应的前向累计度量，γn(xn-1,xn)表示状态xn-1转换到状态xn的分支度量。

22、进一步的，在正向递归中更新时刻n下第i个发送符号的状态下的相位差的过程表示为：

23、

24、其中，表示状态的第二个系数，δh表示发射机调制指数htx和接收机调制指数hrx的差值。

25、进一步的，计算更新时刻n下第i个发送符号的状态下的相位差时，是根据第j个符号进行计算，j满足：

26、

27、其中，表示n-1时刻的k状态对应的前向累计度量，表示n-1时刻的k状态转换到n时刻的i状态所对应的分支度量。

28、进一步的，在反向递归中更新从n＝n-1到n＝0时刻的后向累计度量的过程表示为：

29、

30、其中，βn(xn+1)表示n+1时刻对应的状态xn+1的后向累计度量，γn(xn,xn+1)表示n时刻的状态xn转换到n+1时刻的状态xn+1的分支度量。

31、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

32、1)建立短波通信中cpm信号迭代检测的系统模型。将连续相位调制看作一个编码器和无记忆调制器，在发送端加入ldpc编码后，使之形成串行级联cpm系统，使得整个系统可以采用迭代检测技术。

33、2)针对cpm信号接收端均衡复杂的问题，通过在接收端使用不同于发送端的调制指数，减少接收端的网格状态数，降低复杂度。通过采用逐幸存处理(per survivorprocessing，psp)技术，补偿相位差异，降低误码率，同时給出解调器中改进算法的具体步骤。

34、3)本文的改进算法可以降低接收端均衡的复杂度，同时具有良好的均衡性能。通过多次迭代，可以收敛到接近于相干最大后验概率(map)算法。

技术特征：

1.短波通信中cpm信号的低复杂度迭代检测方法，其特征在于，建立短波通信中cpm信号迭代检测的系统模型，该模型的发送端依次对传输比特进行ldpc编码、第一交织、映射、cpm调制后通过短波信道发送；在接收端对收到的信号利用均衡器进行信号均衡后输入cpm解调器，cpm解调器结合前一时刻第二交织的输出进行解调，cpm解调器的输出与第二交织的输出相加后进行解交织，解交织的数据输入ldpc译码器进行译码得到估计的比特信号，将估计的传输比特信号与解交织的输出相加后进行第二交织，第二交织的输出用于下一时刻数据的计算；其中在cpm解调器中采用改进bcjr算法中对前向累计度量、后向累计度量以及分支度量的计算，改进的bcjr算法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的短波通信中cpm信号的低复杂度迭代检测方法，其特征在于，计算n-1时刻下第j个发送符号转换为n时刻下第i个符号的分值度量的过程包括：

3.根据权利要求2所述的短波通信中cpm信号的低复杂度迭代检测方法，其特征在于，符号的相位响应函数的导数是持续时间为lt的频率脉冲函数g(t)，符号的相位响应函数与持续时间为lt的频率脉冲函数g(t)满足：

4.根据权利要求3所述的短波通信中cpm信号的低复杂度迭代检测方法，其特征在于，持续时间为lt的频率脉冲函数为lrec的频率脉冲函数，表示为：

5.根据权利要求3所述的短波通信中cpm信号的低复杂度迭代检测方法，其特征在于，持续时间为lt的频率脉冲函数为lrc升余弦脉冲成型函数，表示为：

6.根据权利要求3所述的短波通信中cpm信号的低复杂度迭代检测方法，其特征在于，持续时间为lt的频率脉冲函数为高斯最小移频键控的脉冲成型函数，表示为：

7.根据权利要求1所述的短波通信中cpm信号的低复杂度迭代检测方法，其特征在于，在正向递归中计算n时刻下的前向累计度量的过程表示为：

8.根据权利要求1所述的短波通信中cpm信号的低复杂度迭代检测方法，其特征在于，在正向递归中更新时刻n下第i个发送符号的状态下的相位差的过程表示为：

9.根据权利要求7所述的短波通信中cpm信号的低复杂度迭代检测方法，其特征在于，计算更新时刻n下第i个发送符号的状态下的相位差时，是根据第j个符号进行计算，j满足：

10.根据权利要求1所述的短波通信中cpm信号的低复杂度迭代检测方法，其特征在于，在反向递归中更新从n＝n-1到n＝0时刻的后向累计度量的过程表示为：

技术总结
本发明属于短波通信技术领域，特别涉及一种短波通信中CPM信号的低复杂度迭代检测方法，包括建立短波通信中CPM信号迭代检测的系统模型，该模型的发送端依次对传输比特进行LDPC编码、第一交织、映射、CPM调制后通过短波信道发送；在接收端对收到的信号利用均衡器进行信号均衡后输入CPM解调器，CPM解调器结合前一时刻第二交织的输出进行解调，CPM解调器的输出与第二交织的输出相加后进行解交织，解交织的数据输入LDPC译码器进行译码得到估计的比特信号，将估计的传输比特信号与解交织的输出相加后进行第二交织，第二交织的输出用于下一时刻数据的计算；本发明可以降低接收端均衡的复杂度，同时具有良好的均衡性能。

技术研发人员：李国军,徐阳,叶昌荣,贾振波,谢文希,艾昊
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13