卫星通信中串行级联CPM系统信号优化和处理方法研究

Continuous Phase Modulation(CPM) is an efficient modulation technique, which introduces memory between phase transitiones.In other words, it owns the encoding features. Nowadays, the system with concatenated structure constructed by outer encoder, interleaver and inner CPM has superior performance, which adopts the iterative theory at the receiver side. Hence, the way of signal optimization and processing with serially concatenated structure of CPM in an iterative way is mainly focused on with this fund. Firstly, the performance bound and the threshold of such concatenated system will be analyzed, especially on the system with partial response CPM or multi-h CPM. Secondly, the dynamic features in the system convergence process will be investigated based on the density evolution theory and EXtrinsic Information Transfer(EXIT) theory. Some iteration-stopping rules will be presented to prevent the vibrationes in the system convergence process, and to improve the performance of such concatenated system. At last, the low-complexity soft-in soft-out algorithm of CPM will be presented based on Larruent's PAM decomposition idea. The combining design of such algorithm with other complexity reducing techniques will also be considered to reduce the system complexity as much as possible with little performance loss, which makes such system much more practical in use.

CPM是一种高效的调制方式，由于其具有相位记忆特性而拥有纠错能力，若将编码和CPM相结合构成级联结构并采用迭代理论进行软信息传递，能够大大提高系统整体性能。本课题主要研究级联CPM系统优化设计和处理。首先对迭代CPM串行级联系统的性能界进行分析以及对其系统收敛门限进行优化设计研究，着重针对采用部分响应CPM方式和多调制指数CPM方式的迭代串行级联系统进行研究；其次基于密度进化理论与EXIT图理论工具，研究迭代CPM串行级联系统的动态收敛特性，最大限度的利用迭代理论来提高系统整体的性能；最后，基于Larruent的PAM分解思想研究适用于CPM的低复杂度SISO算法，并且将该算法与其它复杂度降低技术联合考虑进行优化，旨在性能损失能够容忍的前提下，尽可能的降低迭代CPM串行级联系统的复杂度，推进该系统的实用化进程。

本项目主要针对串行级联CPM系统进行优化设计和性能分析，完成级联CPM系统的性能界分析、收敛特性研究、结构优化设计、低复杂度同步及接收等，提出相关关键问题解决方案，为级联CPM系统的实用化奠定坚实基础。.项目主要完成的研究内容包括：. （1）串行级联CPM系统性能界和收敛门限问题。针对单指数、两指数、多指数以及TCM-CPM作为内码的串行级联系统，详细分析了系统差分序列错误事件及过程，证明了错误事件发生的充要条件，分析了各系统的交织增益，推导了各种系统中的联合性能界以及截短联合性能界；并仿真了在各种系统参数下的收敛门限以及影响系统收敛门限的因素，仿真比较了各种系统参数条件下的系统性能，对作为串行级联CPM系统优化设计的重要参考依据。. （2）TCM-CPM系统结构优化设计问题。运用Rimoldi分解原理，将分解之后的连续相位编码网格状态与信道编码网格状态融合，构成联合网格结构，进而设计出具有欧氏距离最大的联合编码器，并给出了码字结构、指数样式、错误事件分析、传输函数、欧式距离计算等优化设计过程，可作为TCM-CPM系统设计的重要参考。. （3）串行级联CPM系统低复杂度接收问题。对串行级联CPM系统的迭代检测方法和准相干多符号迭代检测进行了深入研究，提出了简化状态的迭代检测方法和基于PAM分解的低复杂度算法，在保证系统接收性能的条件下有效降低了算法的实现复杂度，可为串行级联CPM系统接收实现提供重要的技术参考。. （4）串行级联CPM系统低复杂度同步问题。对基于判决反馈联合位定时和相位估计的同步方法和基于EM算法的CPM码辅助迭代载波同步方法进行了深入研究，提出了相关同步方案，在保证算法性能的前提下大大减低了算法的实现复杂度，为串行级联CPM系统接收的实用化奠定了基础。