短波突发MPSK信号高效解调算法研究-AET-电子技术应用

短波突发MPSK信号高效解调算法研究

来源：电子技术应用2013年第2期

张婷，王彬

解放军信息工程大学信息工程学院，河南郑州450002

摘要： 提出一种新的MPSK突发信号解调算法。首先利用突发信号的前导序列，采用联合帧同步与高精度载波校正技术，实现信号的快速捕获以及载波频偏校正；然后通过分数间隔均衡器实现定时和均衡；最后利用内置二阶锁相环的判决反馈均衡器去除残留码间干扰和载波相偏。仿真结果表明，在多径衰落信道条件下，与现有算法相比，本文算法误码性能提高，且具有计算复杂度低、收敛速度快等优点。

关键词： 无线网络短波突发信号分数间隔均衡判决反馈均衡相关FFT

中图分类号： TN911
文献标识码： A
文章编号： 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

短波通信作为现代无线通信的重要组成部分，在军事和民用方面具有不可取代的作用。现代短波通信系统常使用突发方式，传输的信号具有结构性强、持续时间短、受电离层信道影响大等特点，对接收端高效解调提出了特殊要求。

    MPSK(MultiplePhase Shift Keying)是短波突发通信常用的调制方式，对其解调算法的研究也一直是研究的热点。参考文献[1-2]研究了先验信息缺失条件下的短波突发信号的盲解调算法。然而，在合作通信过程中，通信双方对先验信息是已知的，如果能够充分利用突发信号所包含的前导信息和训练数据，势必能够提高信息恢复能力和质量。参考文献[3]提出了一种数据辅助的突发信号解调算法，该算法没有考虑短波信道的特性，仅在加性高斯白噪声信道下有效。参考文献[4]比较详细地研究了第三代短波通信中BW2波形[5]的解调算法，充分考虑了信号的先验信息以及信道衰落影响，但是该算法具有载波参数和定时恢复精度低、均衡算法复杂度高等问题。
    本文在已有研究的基础上，提出了一种新的MPSK突发信号的解调方案，以分数间隔均衡器和内置二阶锁相环的符号间隔判决反馈均衡器的三级均衡器结构为框架，结合联合的帧同步与高精度载波校正算法实现多径衰落信道条件下的MPSK信号高效解调。新的解调方案对短波突发MPSK信号的解调具有普遍适用性,系统性能较好。
1 信号模型
   短波突发通信MPSK信号发送端模型如图1所示。

    在发送端，信源信息经过信道编码以后，添加前导序列，根据一定的数据格式进行成帧，然后进行星座映射和成型滤波，最后将信号调制到相应载波频率上，经天线发射出去，通过短波信道到达接收端。

    首先，利用接收信号中的前导序列进行高精度载波校正和帧同步，然后根据分数间隔均衡器对定时不敏感的特性，实现联合均衡和定时同步，最后用带锁相环的符号间隔判决反馈均衡器进一步纠正相位偏差并去除剩余码间干扰。

用n-1时刻的最佳加权和wH(n-1)x(n)对n时刻数据的期望响应d(n)进行预测，得到预测误差e(n)，实现 RLS算法的递推。
2.3 内置二阶锁相环的判决反馈均衡
    为了提高解调性能，降低误码率，需进一步减小上述处理结果中存在的剩余载波相偏和剩余码间干扰。本文采用内置二阶锁相环的判决反馈均衡器实现上述功能。如图5所示。

结果表明，本文采用算法精度比参考文献[4]算法精度高一个数量级，同时本文算法进行2×L(L=240)点FFT运算，而参考文献[4]进行4 096点FFT运算，运算量小得多。
3.2 分数间隔均衡实现定时同步性能分析
为了说明分数间隔均衡实现均衡与定时的性能，在未完成定时的条件下，分别将信号通过分数间隔均衡器与符号间隔均衡器进行收敛。在信噪比Eb/N0为18 dB时，经过线性时不变衰落信道ch2=[0.407,0.815,0.407]，两种均衡器结构下BW2信号的星座图，如图7所示。

由图7发现,分数间隔均衡器不受采样相位影响，能够较好地实现定时同步，且均方误差小，星座图清晰、紧凑。
3.3 系统误比特性能分析
仿真测试本文提出的解调结构在不同短波突发信道下的性能。采用本文解调结构，分别经过线性时不变衰落信道ch2=[0.407,0.815,0.407]，CCIR好信道和中度信道，进行100次蒙特卡罗统计平均，得到的误比特率结果如图8所示。

由结果可知，本文设计解调方案对时不变或慢时变的多径衰落性能较好，在Eb/N0为20 dB时误码率达到10-4以下。对于时变较快和频率选择性衰落较大的CCIR中度信道，系统性能恶化。而短波突发信道可近似为时不变或慢时变的多径衰落信道。
本文采用三线FFT快速高精度载波估计算法，以基于RLS算法的分数间隔均衡和内置二阶锁相环的符号间隔判决反馈均衡的三级均衡器结构完成信号定时和收敛，实现解调。本文算法运算量小，复杂度低，能很好地改善信号质量减小码间干扰，适用于短波突发信号的解调。但是对于时变较快和频率选择性衰落较大的恶劣短波信道，则需要进一步研究。
参考文献
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