SCCPM系统的联合迭代载波同步与解调方法技术方案

本发明专利技术提供了一种SCCPM系统的联合迭代载波同步与解调方法，包括编码调制、上变频、信道噪声、下变频、载波同步初始化、联合迭代载波同步与解调。本发明专利技术涉及装置包括SCCPM编码调制模块、上变频模块、下变频模块、载波同步初始化模块和联合迭代载波同步与解调模块。本发明专利技术克服了传统EM技术将载波同步与解调分开操作的缺点，降低了对数后验概率对载波参数的敏感性，大大提高了载波跟踪范围；同时也克服了现有技术无法跟踪含有载波频偏系统的缺点，能够同时跟踪含有载波频偏与载波相偏的系统。

Joint iterative carrier synchronization and demodulation method for SCCPM systems

The invention provides a joint iterative carrier synchronization and demodulation method for SCCPM systems, including coding modulation, upconversion, channel noise, down conversion, carrier synchronization initialization, joint iterative carrier synchronization and demodulation. The device includes the SCCPM code modulation module, up conversion module, down conversion module, carrier synchronization initialization module and joint iterative carrier synchronization and demodulation module. The invention overcomes the shortcomings of the traditional EM technology that separates carrier synchronization and demodulation, reduces the sensitivity of the logarithmic posterior probability to the carrier parameters, greatly improves the carrier tracking range, and overcomes the shortcomings that the existing technology can not track the carrier frequency offset system, and can simultaneously track the carrier frequency offset and carrier phase simultaneously. A partial system.

【技术实现步骤摘要】
SCCPM系统的联合迭代载波同步与解调方法
本专利技术属于无线通信
，涉及载波同步技术与编码调制技术中一种针对SCCPM系统的联合迭代载波同步与解调方法。
技术介绍
连续相位调制(ContinuousPhaseModulation,CPM)技术是一种恒包络调制技术，同时具有高效功率利用率与高效频带利用率的特性。CPM的这种优异特性使其在2G通信、深空通信、军事通信等领域受到了广泛关注与研究。为了更进一步地提高CPM高效功率利用率的特性，可以将一个卷积码模块通过一个比特交织器与CPM调制器模块进行串行级联，组成串行级联连续相位调制(SeriallyConcatenatedContinuousPhaseModulation,SCCPM)系统。由于SCCPM与串行Turbo码具有相似的串行级联结构，因此，可以使用与Turbo码一样的Log-MAP算法进行数据的解调，并通过迭代的方式不断更新进入CPM解调器模块与进入卷积码译码器模块的对数概率信息，得到较为优异的误比特(BitErrorRate,BER)性能。然而，由于对数概率信息的计算对载波参数较为敏感，SCCPM优异BER性能的获得必须以精确的载波同步为前提。因此，研究针对SCCPM的联合载波同步与解调技术是需要解决的首要问题。解放军理工大学潘小飞等学者在论文“残留频偏条件下码辅助的迭代载波同步算法”(系统仿真学报，vol.20，no.2，pp.404-412，2008年1月)中提出了一种期望最大化(Expectation-Maximization,EM)联合迭代载波同步与解调算法。该算法利用低密度奇偶校验码(LowDensityParityCheck,LDPC)的后验概率信息求解所发送调制波形的期望值，然后利用该期望值进行接收序列的去调制操作，进而通过使对数似然函数最大化求解载波参数值，同时实现载波同步与数据解调。该方法存在的不足是，载波频偏的跟踪范围较小，所能跟踪到的归一化载波频偏范围约为3×10-4。NeleNoels等学者在“Alow-complexityiterativephasenoisetrackerforbit-interleavedcodedCPMsignalsinAWGN”(IEEETransactionsonSignalProcessing，vol.59，no.9，pp.4271-4285，Sept.2011)一文中针对比特交织编码CPM系统提出将一个一阶PLL嵌入到CPM的Log-MAP解调算法之中，计算在含有载波相位噪声时的CPM对数概率，并与编码系统之间通过对数概率信息的不断迭代更新，完成比特交织编码CPM系统的联合载波同步与解调。该方法存在的不足是，仅仅将一阶PLL结构看成对载波相位噪声的平滑滤波，只能跟踪含有载波相偏的系统，无法跟踪含有载波频偏的系统。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种针对SCCPM系统的联合迭代载波同步与解调方法，能够跟踪含有较大范围载波频偏的系统，同时不断更新CPM与卷积码之间的对数概率信息，获得较为优异的BER性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：(1)源信息比特经过编码调制，得到SCCPM基带信号波形，传送给上变频模块；(2)将上变频接收到的频带信号波形通过频谱搬移转换成频带信号波形；(3)将上变频得到的频带信号波形经过附加载波频偏和相偏的高斯白噪声信道，传送给下变频模块；(4)将下变频模块接收到的被多普勒频偏与高斯白噪声污染的频带信号波形通过频谱搬移转换成基带复信号波形，传送给载波同步初始化模块；(5)初始化参数计算，包括以下步骤：(5.1)根据CPM的状态网格转移结构，运用Log-MAP算法计算每个时刻在含有载波参数值时CPM的前向状态对数概率修正值αk(s)与前向载波相位估计值其中，k＝0,1,...,N，N为CPM符号个数；(5.2)根据CPM的状态网格转移结构，运用Log-MAP算法计算每个时刻在含有载波参数值时CPM的后向状态对数概率修正值βk(s)与后向载波相位估计值(5.3)根据CPM的状态网格转移结构，运用Log-MAP算法计算每个时刻在含有载波参数值时CPM的符号对数后验概率λk(u；O)与调制波形对数后验概率λk(S；O)；(5.4)根据CPM的符号对数后验概率计算出比特对数后验概率λm(uj,O)，其中，j＝1,2,...,log2M；m＝1,2,...,L，M为CPM的符号进制数，L为CPM的调制比特数，满足L＝N×log2M；(5.5)计算每个时刻的载波相位估计值(5.6)将联合迭代载波同步与解调模块的CPM比特对数输入概率初始化为CPM调制波形对数输入概率初始化为输入载波相位初始化为迭代次数索引初始化为i＝1；根据所需要的误比特性能与实现复杂度，设置最大迭代次数Q；(6)联合迭代载波同步与解调，包括以下步骤：(6.1)CPM解调与载波估计：(6.1.1)根据CPM的状态网格转移结构，运用Log-MAP算法计算每个时刻在含有载波参数值时CPM的前向状态对数概率并根据二阶PLL结构，利用输入载波相位值计算每个时刻的前向载波相位估计值(6.1.2)根据CPM的状态网格转移结构，运用Log-MAP算法计算每个时刻在含有载波参数值时CPM的后向状态对数概率并根据二阶PLL结构，利用输入载波相位值计算每个时刻后向载波相位估计值(6.1.3)根据CPM的状态网格转移结构，运用Log-MAP算法计算每个时刻在含有载波参数值时CPM的符号对数后验概率与调制波形对数后验概率(6.1.4)根据CPM的符号对数后验概率计算出比特对数后验概率(6.1.5)计算每个时刻的输出载波相位值(6.2)卷积码译码：(6.2.1)将CPM比特对数后验概率减去比特对数输入概率，经比特解交织模块后作为卷积码码字比特的输入对数概率送入卷积码译码模块其中，X代表SCCPM中的比特交织器，X-1代表与交织器相对应的比特解交织器；(6.2.2)根据卷积编码的状态网格转移图，运用Log-MAP算法计算出卷积码信息比特对数后验概率与卷积码码字比特对数后验概率其中，K为卷积码信息比特个数；(6.3)迭代更新将下次迭代时CPM比特对数输入概率更新为当前迭代时卷积码码字比特对数后验概率减去卷积码码字比特对数输入概率经比特交织模块后的输出结果，即将下次迭代时CPM波形对数输入概率更新为当前迭代时CPM波形对数后验概率减去CPM波形对数输入概率，即将下次迭代时输入载波相位值更新为当前迭代时输出载波相位值，即令i值加1，重复步骤(3.1)，开始下一轮迭代；(6.4)当迭代次数i达到设定值Q时，根据卷积码信息比特对数后验概率判决出源信息比特。本专利技术的有益效果是：第一，通过将PLL结构嵌入到CPM的Log-MAP解调算法之中，在考虑存在载波参数的情况下计算CPM的对数概率信息，克服了传统EM算法中载波同步与解调之间相互独立的缺陷，大大降低了对数概率信息对载波参数的敏感度，提高了载波频偏的跟踪范围。第二，由于本专利技术使用的是二阶PLL结构，不仅能够跟踪载波相偏，而且可以跟踪载波频偏，使本专利技术的应用范围可扩展到移动通信、遥测通信、非地球同步卫星通信等收发机之间存在较大动态相对运动的场景之中。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SCCPM系统的联合迭代载波同步与解调方法，其特征在于包括下述步骤：(1)源信息比特经过编码调制，得到SCCPM基带信号波形，传送给上变频模块；(2)将上变频接收到的频带信号波形通过频谱搬移转换成频带信号波形；(3)将上变频得到的频带信号波形经过附加载波频偏和相偏的高斯白噪声信道，传送给下变频模块；(4)将下变频模块接收到的被多普勒频偏与高斯白噪声污染的频带信号波形通过频谱搬移转换成基带复信号波形，传送给载波同步初始化模块；(5)初始化参数计算，包括以下步骤：(5.1)根据CPM的状态网格转移结构，运用Log‑MAP算法计算每个时刻在含有载波参数值时CPM的前向状态对数概率修正值αk(s)与前向载波相位估计值

【技术特征摘要】
1.一种SCCPM系统的联合迭代载波同步与解调方法，其特征在于包括下述步骤：(1)源信息比特经过编码调制，得到SCCPM基带信号波形，传送给上变频模块；(2)将上变频接收到的频带信号波形通过频谱搬移转换成频带信号波形；(3)将上变频得到的频带信号波形经过附加载波频偏和相偏的高斯白噪声信道，传送给下变频模块；(4)将下变频模块接收到的被多普勒频偏与高斯白噪声污染的频带信号波形通过频谱搬移转换成基带复信号波形，传送给载波同步初始化模块；(5)初始化参数计算，包括以下步骤：(5.1)根据CPM的状态网格转移结构，运用Log-MAP算法计算每个时刻在含有载波参数值时CPM的前向状态对数概率修正值αk(s)与前向载波相位估计值其中，k＝0,1,...,N，N为CPM符号个数；(5.2)根据CPM的状态网格转移结构，运用Log-MAP算法计算每个时刻在含有载波参数值时CPM的后向状态对数概率修正值βk(s)与后向载波相位估计值(5.3)根据CPM的状态网格转移结构，运用Log-MAP算法计算每个时刻在含有载波参数值时CPM的符号对数后验概率λk(u；O)与调制波形对数后验概率λk(S；O)；(5.4)根据CPM的符号对数后验概率计算出比特对数后验概率λm(uj,O)，其中，j＝1,2,...,log2M；m＝1,2,...,L，M为CPM的符号进制数，L为CPM的调制比特数，满足L＝N×log2M；(5.5)计算每个时刻的载波相位估计值(5.6)将联合迭代载波同步与解调模块的CPM比特对数输入概率初始化为CPM调制波形对数输入概率初始化为输入载波相位初始化为迭代次数索引初始化为i＝1；根据所需要的误比特性能与实现复杂度，设置最大迭代次数Q；(6)联合迭代载波同步与解调，包括以下步骤：(6.1)CPM解调与载波估计：(6.1.1)根据CPM的状态网格转移结构，运用Log-MAP算法计算每个时刻在含有载波参数值时CPM的前向状态对数概率并根据二阶PLL结构，利用输入载波相位值计算每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：文明，司江勃，翟文超，吴道龙，王瑜，茅迪，李晓冬，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61