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短波突發(fā)MPSK信號高效解調(diào)算法研究
來源：電子技術應用2013年第2期
張 婷， 王 彬
解放軍信息工程大學 信息工程學院，河南 鄭州450002
摘要： 提出一種新的MPSK突發(fā)信號解調(diào)算法。首先利用突發(fā)信號的前導序列，采用聯(lián)合幀同步與高精度載波校正技術，實現(xiàn)信號的快速捕獲以及載波頻偏校正；然后通過分數(shù)間隔均衡器實現(xiàn)定時和均衡；最后利用內(nèi)置二階鎖相環(huán)的判決反饋均衡器去除殘留碼間干擾和載波相偏。仿真結果表明，在多徑衰落信道條件下，與現(xiàn)有算法相比，本文算法誤碼性能提高，且具有計算復雜度低、收斂速度快等優(yōu)點。
中圖分類號： TN911
文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2013)02-0107-04
Research on effective demodulation algorithm of burst MPSK in HF channel
Zhang Ting, Wang Bin
Institute of Information Engineering, The PLA Information Engineering University, Zhengzhou 450002, China
Abstract： The demodulation of MPSK signals in HF burst communication is presented in this paper. The scheme exploits an accurate carrier estimation algorithm based on the FFT interpolation for carrier recovery with the preamble sequence . It uses the fractionally- spaced equalizer (FSE) for time-recovery and equalization. To mitigate the Inter-symbol interference (ISI), the paper takes the decision feedback equalizer (DFE) with DPLL. The performance of the system in multipath-fading channels was simulated. The results show that the scheme is with low complexity and high convergence rate and the performance is all right.
Key words : HF burst-mode signal; FSE; DFE; FFT correlation

    短波通信作為現(xiàn)代無線通信的重要組成部分，在軍事和民用方面具有不可取代的作用。現(xiàn)代短波通信系統(tǒng)常使用突發(fā)方式，傳輸?shù)男盘柧哂薪Y構性強、持續(xù)時間短、受電離層信道影響大等特點，對接收端高效解調(diào)提出了特殊要求。

    MPSK(MultiplePhase Shift Keying)是短波突發(fā)通信常用的調(diào)制方式，對其解調(diào)算法的研究也一直是研究的熱點。參考文獻[1-2]研究了先驗信息缺失條件下的短波突發(fā)信號的盲解調(diào)算法。然而，在合作通信過程中，通信雙方對先驗信息是已知的，如果能夠充分利用突發(fā)信號所包含的前導信息和訓練數(shù)據(jù)，勢必能夠提高信息恢復能力和質(zhì)量。參考文獻[3]提出了一種數(shù)據(jù)輔助的突發(fā)信號解調(diào)算法，該算法沒有考慮短波信道的特性，僅在加性高斯白噪聲信道下有效。參考文獻[4]比較詳細地研究了第三代短波通信中BW2波形[5]的解調(diào)算法，充分考慮了信號的先驗信息以及信道衰落影響，但是該算法具有載波參數(shù)和定時恢復精度低、均衡算法復雜度高等問題。
    本文在已有研究的基礎上，提出了一種新的MPSK突發(fā)信號的解調(diào)方案，以分數(shù)間隔均衡器和內(nèi)置二階鎖相環(huán)的符號間隔判決反饋均衡器的三級均衡器結構為框架，結合聯(lián)合的幀同步與高精度載波校正算法實現(xiàn)多徑衰落信道條件下的MPSK信號高效解調(diào)。新的解調(diào)方案對短波突發(fā)MPSK信號的解調(diào)具有普遍適用性,系統(tǒng)性能較好。
1 信號模型
    短波突發(fā)通信MPSK信號發(fā)送端模型如圖1所示。

    在發(fā)送端，信源信息經(jīng)過信道編碼以后，添加前導序列，根據(jù)一定的數(shù)據(jù)格式進行成幀，然后進行星座映射和成型濾波，最后將信號調(diào)制到相應載波頻率上，經(jīng)天線發(fā)射出去，通過短波信道到達接收端。
   
    首先，利用接收信號中的前導序列進行高精度載波校正和幀同步，然后根據(jù)分數(shù)間隔均衡器對定時不敏感的特性，實現(xiàn)聯(lián)合均衡和定時同步，最后用帶鎖相環(huán)的符號間隔判決反饋均衡器進一步糾正相位偏差并去除剩余碼間干擾。


用n-1時刻的最佳加權和wH(n-1)x(n)對n時刻數(shù)據(jù)的期望響應d(n)進行預測，得到預測誤差e(n)，實現(xiàn) RLS算法的遞推。
2.3 內(nèi)置二階鎖相環(huán)的判決反饋均衡
    為了提高解調(diào)性能，降低誤碼率，需進一步減小上述處理結果中存在的剩余載波相偏和剩余碼間干擾。本文采用內(nèi)置二階鎖相環(huán)的判決反饋均衡器實現(xiàn)上述功能。如圖5所示。

 

 

    結果表明，本文采用算法精度比參考文獻[4]算法精度高一個數(shù)量級，同時本文算法進行2×L(L=240)點FFT運算，而參考文獻[4]進行4 096點FFT運算，運算量小得多。
3.2 分數(shù)間隔均衡實現(xiàn)定時同步性能分析
    為了說明分數(shù)間隔均衡實現(xiàn)均衡與定時的性能，在未完成定時的條件下，分別將信號通過分數(shù)間隔均衡器與符號間隔均衡器進行收斂。在信噪比Eb/N0為18 dB時，經(jīng)過線性時不變衰落信道ch2=[0.407,0.815,0.407]，兩種均衡器結構下BW2信號的星座圖，如圖7所示。

   由圖7發(fā)現(xiàn),分數(shù)間隔均衡器不受采樣相位影響，能夠較好地實現(xiàn)定時同步，且均方誤差小，星座圖清晰、緊湊。
3.3 系統(tǒng)誤比特性能分析
    仿真測試本文提出的解調(diào)結構在不同短波突發(fā)信道下的性能。采用本文解調(diào)結構，分別經(jīng)過線性時不變衰落信道ch2=[0.407,0.815,0.407]，CCIR好信道和中度信道，進行100次蒙特卡羅統(tǒng)計平均，得到的誤比特率結果如圖8所示。


    由結果可知，本文設計解調(diào)方案對時不變或慢時變的多徑衰落性能較好，在Eb/N0為20 dB時誤碼率達到10-4以下。對于時變較快和頻率選擇性衰落較大的CCIR中度信道，系統(tǒng)性能惡化。而短波突發(fā)信道可近似為時不變或慢時變的多徑衰落信道。
    本文采用三線FFT快速高精度載波估計算法，以基于RLS算法的分數(shù)間隔均衡和內(nèi)置二階鎖相環(huán)的符號間隔判決反饋均衡的三級均衡器結構完成信號定時和收斂，實現(xiàn)解調(diào)。本文算法運算量小，復雜度低，能很好地改善信號質(zhì)量減小碼間干擾，適用于短波突發(fā)信號的解調(diào)。但是對于時變較快和頻率選擇性衰落較大的惡劣短波信道，則需要進一步研究。
參考文獻
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