突发通信低信噪比下的信号检测理论与算法研究

探索突发通信在低信噪比条件下数据传输的核心基础技术，研究低信噪比条件下的信号检测理论与算法，寻求可以在低信噪比条件下可靠应用的跳频突发同步方法、逼近Shannon容量限的突发恒包络传输技术以及性能优越的信号检测方法，以实现突发通信系统在低信噪比下性能增益的改善。提出在低信噪比条件下能够快速初始同步捕获和定时恢复，虚同步、假同步概率低，同步定时精度高的跳频突发同步方法；给出SCCPM系统设计准则，提出逼近最大似然译码算法性能的检测算法；寻找适合突发模式、具有相对低复杂度、估计精度高、估计范围大的同步算法及准相干解调算法。本研究将对提高突发通信系统在低信噪比条件下的系统性能和通信能力提供关键技术的支撑。

1.采用自适应抵消器、平滑滤波以及小波去噪的滑动相关方法可以显著改善传统滑动相关同步方法的性能。这三种方法均是通过在滑动相关前进行削弱噪声的预处理来达到改善相关峰性能的目的。自适应抵消器的方法是通过构造一个输入端为含噪信号，参考输入端为已知同步序列码的调制信号，利用自适应抵消器的自适应调整，得到近似噪声信号，从而对混合信号中的噪声进行削减。自适应窗长的平均滑动滤波方法通过滤波器的低通特性，滤除信号中的噪声，并采取自适应改变滤波器滑动窗口长度来应对信噪比的变化。小波去噪的方法利用白噪声和有用信号小波变换的性质不同提高信噪比。结果表明，这三种方法在信噪比为-10dB时，相关峰主峰与旁峰的比值仍能达到3~4倍，取得令人满意的性能。综合实现复杂度，前两种方案更为简单。2.对于基于突发模式的SCCPM系统，（1）性能优异的SCCPM方案，需要综合考虑系统带宽，信息传输速率，数传灵敏度及实现复杂度等要求。为了找到功率效率和频谱效率均最佳的系统，在编码CPM系统归一化双边带宽相等的前提下，分析频率脉冲波形、进制数、调制指数、外码码率及其自由距离以及交织器大小对系统误比特性能的影响，从而作出权衡，给出系统设计准则。（2）提出了一种结合判决反馈的简化状态序列检测算法，通过应用判决反馈技术，弥补状态截短SISO算法在前后向迭代过程中状态信息的损失，得出逼近最大似然译码性能的检测算法。（3）对SCCPM存在正反馈的问题，采用平均外信息交换和加权外信息交换的迭代检测方法，将历次迭代外信息的平均值或加权值作为下次迭代的先验信息，可以有效抑制正反馈，提高系统性能，并且与迭代停止准则相结合能够减少译码时延。（4）符号交织SCCPM系统与比特交织系统相比具有更早的收敛性。在考虑的串行级联系统中不仅使用了符号交织，还额外加入了一个符号内交织模块。通过恰当的交织器设计以及正确的译码算法来优化外码以及符号内交织器。3. 突发模式的信号准相干检测利用导频序列进行初始载波估计，在解调或迭代译码过程中进行载波参数跟踪，对载波校正后进行信号解调。为了兼顾粗估计具有较大估计范围和较高估计精度，适宜选择导频平均分成两段插入到数据中的帧结构。在低信噪比下，所提出的导频和软信息联合辅助的载波同步方案可以较少的导频开销和较低的运算复杂度纠正达到50%符号速率的载波偏差，克服相位模糊，获得接近最佳相干解调的误码性能。