多调制指数CPM信号的新分解方式及其准相干解调

针对卫星通信等资源受限的无线通信系统,研究了多调制指数连续相位调制(Multi-h continuous phase modulation,Multi-h CPM)信号的调制与解调相关问题。首先提出了一种新的分解方式来简化Multi-h CPM信号的调制过程,并给出了相应的周期性状态网格图。然后根据新的分解方式设计了一种适用于Multi-h CPM信号的导频辅助准相干解调算法,并从功率谱和误码性能两方面对所设计的Multi-h CPM信号和单调制指数CPM(Single-h CPM)信号进行了评估与比较。仿真结果表明:无论采用何种频率脉冲,Multi-h CPM信号都要比Single-h CPM信号具有更加光滑的功率谱曲线;仅两个导频符号辅助下,未编码Multi-h CPM系统较未编码Single-h CPM系统有将近2 dB的性能增益,且在低信噪比下,编码Multi-h CPM系统性能要比编码Single-h CPM系统好0.1~0.25 dB。

网格编码CPM系统中基于联合网格的多调制指数样式设计研究

当前网格编码多调制指数连续相位调制方案呈现出较好的功率和带宽性能,其代价是接收机复杂度较高。在该方案中,如果将多个调制指数设计成特定的样式进行循环,而不是普通的周期使用,如此导致编码的有效长度增加从而能够得到更好的性能。本文在网格码与连续相位编码构建联合网格状态的基础上,对连续相位调制的多个调制指数样式进行了设计。通过进一步分析可以发现:联合编码器的有效长度和最小错误事件的欧氏距离得到大幅度提高。仿真结果表明:码率为1/2和2/3的四进制与八进制两指数CPM方案,要比单指数CPM方案分别能够获得1.4dB和1.7dB的性能增益。

Multi-h C波段导航信号调制方式及性能评估

近年来,L波段(1164~1610 MHz)频谱拥挤日渐严重,我国北斗卫星导航系统可用资源明显不足,基于频谱资源的不可再生性,探索研究新频段迫在眉睫。鉴于目前C波段导航信号设计尚不成熟,各国对C波段卫星导航信号体制也都还处于探索研究阶段,我国有必要预先开展C波段卫星导航信号研究。处于C波段中5010~5030 MHz的卫星导航信号具有较少的频谱干扰、较低的电离层误差等显著优势,但仅有的20 MHz带宽对诸如射电天文业务(Radio Astronomy Service,RAS)和微波着陆系统(Microwave Landing System,MLS)等相邻业务频段的射频兼容性要求极为严苛。首先提出将多调制指数(Multi-h)的正交频分复用-连续相位调制(Orthogonal Frequency Division Multiplexing-Continuous Phase Modulation,OFDM-CPM)联合调制方式应用于C波段卫星导航;其次,在分析关键参数对Multi-h OFDM-CPM信号功率谱特性影响后,选取关联长度L为64、调制指数h为0.5的单调制指数(Single-h)OFDM-CPM(10)信号和h为[1/16,3/16]的Multi-h OFDM-CPM(10)信号作为C波段候选导航信号;最后,对包括兼容性、码跟踪精度、抗多径干扰在内的基础导航性能指标进行评估。研究表明,OFDM-CPM调制方式能很好兼顾C波段信号的带外约束性和导航性能要求,OFDM-CPM(10)h=[1/16,3/16]信号在所述各个基础导航性能指标上均表现最佳,在兼容性方面能弥补OFDM-CPM(10)h=0.5信号的略微不足。然而考虑到多调制指数会增加接收机复杂度,因此在C波段导航中,只有当接收机采用低复杂度检测算法时,Multi-h OFDM-CPM信号才会是比Single-h OFDM-CPM信号更佳的选择。

基于近似熵的Multi-h CPM信号调制方式识别

多调制指数连续相位调制(Multi-h CPM)信号是一类包络恒定、频带利用率高的非线性数字调制信号,在军用、民用通信领域均得到广泛应用,研究其自动调制方式识别(AMR)问题具有十分重要的意义。着重对基于近似熵技术的Multi-h CPM信号调制方式识别流程进行改进。对接收信号的预处理能够减弱系统对噪声的敏感性,提高系统在较低信噪比时的识别性能;采用"分段c值"的二维特征熵计算使系统综合不同c值在不同信噪比区间体现的性能优势,在整个信噪比区间体现出较使用单一c值更好的识别性能。考虑系统噪声和多调制指数同时变化对系统的影响,利用改进的识别流程对选定的多调制指数CPM信号集进行仿真验证,系统识别率在整个信噪比区间得到明显改善。

通用零中频构架的CPM射频调制系统的设计

连续相位调制(CPM)由于其高频谱效率而被广泛应用于数字通信系统.根据调制参数的不同,连续相位调制对应一大类调制方式.针对射频调制系统实现复杂,可移植性差的问题,设计了一种基于AD9364射频捷变收发器的通用CPM射频调制系统.首先根据CPM信号表达式完成基带信号调制设计,包括累加相位单元和相关相位单元;再通过AD9364直接上变频,完成包括插值滤波、频谱搬移等一系列转换过程.最后经测试验证,所设计的CPM射频调制系统频谱利用率高,复杂度低,且具有较好的通用性.

一种低复杂度的Multi-h CPM相干解调算法及FPGA实现

多调制指数连续相位调制(Multi-h Continuous Phase Modulation,Multi-h CPM)是一种恒包络调制,具有多个周期出现的调制指数,因此其频谱效率和功率效率比单调制指数CPM更高,但其接收机的复杂度也随之增加。本文在倾斜相位(Tilted Phase,TP)的基础上采用频率脉冲截断(Frequency Pulse Truncation,FPT)和状态空间分割(State Space Partition,SSP)相结合的方法来降低多调制指数连续相位调制的复杂度,使相位状态由512降低到16,理论损耗约为0.8 dB。同时,对降低复杂度的解调算法在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Arrays,FPGA)上进行了验证。仿真和在线测试的误码率曲线接近理论分析曲线,和常用的128状态解调算法相比,资源消耗降低了约59%。

Multi-h CPM遥测信号的定时频率联合估计技术

针对Multi-h CPM(Multi-h Continue Phase Modulation,多指数连续相位调制)遥测接收机的符号定时和载波频率同步问题,在分析MLSD(Maximum-likelihood Sequence Detection,最大似然序列检测)度量值是符号定时偏差和频率偏差的凸函数的基础上,提出一种基于迟/早门和升/降频门的符号定时和频率同步联合估计算法,通过似然值比较,对符号定时偏差和频率偏差进行迭代估计;并对该算法进行仿真,得到不同参数下的同步性能,给出同步参数选择建议。仿真结果表明:将该算法应用到Multi-h CPM遥测系统中,可实现低信噪比信号的快捕和高精度同步。

基于PAM分解的Multi-h CPM低复杂度解调方法

考虑到直接应用最大似然序列检测实现多调制指数连续相位(Multi-h CPM)解调需要大量的匹配滤波器和网格状态,难以用于工程实践,故对Multi-hCPM信号的通用PAM分解算法加以研究。分析各分解脉冲的幅度特征,提出合并同等幅度脉冲以减少匹配滤波器个数、忽略小脉冲以减少网格状态的低复杂度解调算法,并针对M=2和M=4两类典型的Multi-h CPM信号通过计算机仿真验证该解调方法的BER性能。结果显示:相比于最优解调,新算法信噪比损失分别小于0.5dB和2.5dB,且匹配滤波器个数和网格状态数可大大减小。

基于倾斜相位和脉冲截断的Multi-h CPM早迟环定时同步简化算法

多调制指数连续相位调制Multi-h CPM信号具有频谱效率高且兼顾功率效率的特点,在航天遥测领域具有广阔的应用前景。提出一种基于倾斜相位和脉冲截断降复杂度算法的Multi-h CPM早迟环定时同步方案,并与目前主流的基于PAM分解的定时方法进行分析比较和仿真验证。结果表明,所提算法的复杂度相对较低,且其定时估计的归一化方差性能优于同等复杂度下的PAM分解算法。

软扩频Multi-h CPM信号设计方法及其性能

为解决传统多调制指数连续相位调制(Multi-h CPM)实现复杂度高和调制指数同步困难的问题,提出一种软扩频Multi-h CPM信号设计方法。利用单调制指数软扩频获得Multi-h CPM类似的相位轨迹和性能增益,伪码捕获的同时实现调制指数同步;推导了软扩频Multi-h CPM欧氏距离表达式,搜索获得了h=5/7时的最小欧氏距离,与直接序列扩频单调制指数CPM(DSSS Single-h CPM)信号相比,至少可获得0.5 dB的欧氏距离增益。基于极大似然序列检测(MLSD)的同步解扩解调算法,仿真了h=5/7的软扩频Multi-h CPM误码性能,与DSSS Single-h CPM信号相比,在BER=10–5时,可获得1.5 dB性能增益,且性能优于美军WGS系统和ARTM Tier II系统采用的Multi-h CPM信号。