SOQPSK-TG信號(hào)的簡(jiǎn)化狀態(tài)解調(diào)器

孫錦華,韓會(huì)梅,朱吉利

(西安電子科技大學(xué)綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)理論及關(guān)鍵技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710071)

SOQPSK-TG信號(hào)的簡(jiǎn)化狀態(tài)解調(diào)器

孫錦華,韓會(huì)梅,朱吉利

(西安電子科技大學(xué)綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)理論及關(guān)鍵技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710071)

針對(duì)部分響應(yīng)成形偏移正交相移鍵控(SOQPSK-TG)信號(hào)的解調(diào)器復(fù)雜度較高的問題,在研究遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的判決反饋簡(jiǎn)化解調(diào)器的基礎(chǔ)上,對(duì)于非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)提出了一種利用幸存路徑的簡(jiǎn)化兩狀態(tài)解調(diào)器.該解調(diào)器在非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)四狀態(tài)網(wǎng)格的基礎(chǔ)上,通過合理的狀態(tài)合并,得到簡(jiǎn)化兩狀態(tài)網(wǎng)格;在接收機(jī)中采用該兩狀態(tài)網(wǎng)格作為狀態(tài)轉(zhuǎn)移網(wǎng)格對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào),在解調(diào)過程中由幸存路徑法得到各支路的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào).仿真結(jié)果表明,在低信噪比區(qū)域,非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)比遞歸SOQPSK-TG信號(hào)具有更優(yōu)越的性能;與四狀態(tài)解調(diào)算法相比,非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的簡(jiǎn)化兩狀態(tài)解調(diào)器有0.5～1.0dB的信噪比損失,但接收機(jī)具有較小的運(yùn)算復(fù)雜度,有利于工程應(yīng)用.

成形偏移正交相移鍵控;非遞歸;判決反饋;簡(jiǎn)化復(fù)雜度

成形偏移正交相移鍵控(Shaped-Offset Quadrature Phase-Shift Keying,SOQPSK)信號(hào)是一種頻譜高效的連續(xù)相位調(diào)制方式,具有包絡(luò)恒定、功率有效性高等特點(diǎn)[1-2].在一些功率和帶寬雙重受限的軍事通信、衛(wèi)星通信、遙測(cè)通信等領(lǐng)域中,全響應(yīng)、部分響應(yīng)SOQPSK信號(hào)已成為特高頻(UHF)衛(wèi)星通信軍標(biāo)MILSTD 188-181[3]、航空遙測(cè)系統(tǒng)靶場(chǎng)儀器組(IRIG)106-04標(biāo)準(zhǔn)[4]的建議波形.近年來研究者對(duì)SOQPSK信號(hào)的解調(diào)、同步、性能限等問題進(jìn)行了深入的研究[5-11].

SOQPSK信號(hào)是一種連續(xù)相位調(diào)制(Continuous Phase Modulation,CPM)信號(hào),根據(jù)相位關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度的不同,可分為全響應(yīng)SOQPSK信號(hào)和部分響應(yīng)SOQPSK信號(hào).全響應(yīng)SOQPSK信號(hào)如全響應(yīng)矩形脈沖成形SOQPSK(MIL-STD SOQPSK)信號(hào);部分響應(yīng)SOQPSK信號(hào)如部分響應(yīng)升余弦脈沖成形SOQPSK (SOQPSK-TG)信號(hào).與MIL-STD SOQPSK信號(hào)相比,SOQPSK-TG信號(hào)具有更好的功率譜特性.根據(jù)SOQPSK信號(hào)的特性,可將SOQPSK信號(hào)的調(diào)制分解為預(yù)編碼與連續(xù)相位信號(hào)調(diào)制兩部分,并且根據(jù)預(yù)編碼的形式,可將SOQPSK信號(hào)分為遞歸預(yù)編碼和非遞歸預(yù)編碼.SOQPSK信號(hào)的這種預(yù)編碼特性使得其內(nèi)在的記憶特性可以在串行級(jí)聯(lián)編碼調(diào)制系統(tǒng)中作為內(nèi)碼使用.對(duì)于編碼級(jí)聯(lián)SOQPSK信號(hào)系統(tǒng),采用卷積碼與SOQPSK信號(hào)的串行級(jí)聯(lián)系統(tǒng),要求內(nèi)碼SOQPSK信號(hào)必須是遞歸預(yù)編碼才能獲得較大的編碼增益[12];而采用Turbo乘積碼(TPC)與CPM的級(jí)聯(lián)系統(tǒng),是為了弱化解調(diào)器的錯(cuò)誤相關(guān)性,要求作為內(nèi)碼的調(diào)制器應(yīng)為非遞歸形式[13].

文中的研究?jī)?nèi)容是采用遞歸預(yù)編碼和非遞歸預(yù)編碼的SOQPSK-TG信號(hào)的低復(fù)雜度檢測(cè)器.對(duì)于SOQPSK-TG信號(hào),其相位關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度L=8,在接收端若采用最優(yōu)的最大似然接收機(jī),則需要512個(gè)狀態(tài)的網(wǎng)格,運(yùn)算復(fù)雜度極高,在實(shí)際工程應(yīng)用中會(huì)受到一定限制.文獻(xiàn)[12,16]指出,基于CPM的脈沖幅度調(diào)制(PAM)表示[14]及脈沖截?cái)?PT)技術(shù)[15],部分響應(yīng)SOQPSK-TG信號(hào)可以像MIL-STD SOQPSK信號(hào)一樣建模成四狀態(tài)的全響應(yīng)CPM信號(hào).在此基礎(chǔ)上,文獻(xiàn)[12]給出了未編碼的非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的四狀態(tài)解調(diào)器;文獻(xiàn)[16]給出遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的四狀態(tài)解調(diào)器,并將遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的差分編碼器和預(yù)編碼器結(jié)合起來,使得網(wǎng)格的狀態(tài)數(shù)達(dá)到最少的兩狀態(tài),得到遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的兩狀態(tài)簡(jiǎn)化算法,但該兩狀態(tài)簡(jiǎn)化方案僅僅適用于遞歸SOQPSK信號(hào),并不適用于非遞歸SOQPSK信號(hào).

對(duì)于遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的兩狀態(tài)簡(jiǎn)化網(wǎng)格,不同于文獻(xiàn)[16]將狀態(tài)符號(hào)定義為網(wǎng)格狀態(tài)的角度,筆者從對(duì)四狀態(tài)網(wǎng)格進(jìn)行狀態(tài)合并的思想得出兩狀態(tài)簡(jiǎn)化網(wǎng)格.在此基礎(chǔ)上,針對(duì)非遞歸SOQPSK-TG信號(hào),提出了兩狀態(tài)簡(jiǎn)化解調(diào)器.該解調(diào)器首先在非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)四狀態(tài)網(wǎng)格基礎(chǔ)上,通過合理的狀態(tài)合并,得到非遞歸兩狀態(tài)網(wǎng)格圖,然后在接收機(jī)中采用該兩狀態(tài)網(wǎng)格圖作為狀態(tài)轉(zhuǎn)移網(wǎng)格進(jìn)行解調(diào).在解調(diào)過程中,由于狀態(tài)的合并,使得網(wǎng)格狀態(tài)變量與相位狀態(tài)不再一一對(duì)應(yīng).文獻(xiàn)[16]基于判決反饋的思想,利用幸存路徑上的臨時(shí)判決符號(hào)遞歸計(jì)算相應(yīng)的相位狀態(tài),而筆者通過分析非遞歸四狀態(tài)網(wǎng)格與非遞歸兩狀態(tài)網(wǎng)格的聯(lián)系,提出了一種幸存路徑法,根據(jù)非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)兩狀態(tài)網(wǎng)格圖的狀態(tài)轉(zhuǎn)移,得到支路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),避免了遞歸的計(jì)算.

1 SOQPSK-TG信號(hào)模型

1.1 SOQPSK-TG信號(hào)的CPM信號(hào)模型

SOQPSK信號(hào)是CPM的一種特殊調(diào)制方式,其復(fù)基帶信號(hào)可以表示為

其中,Eb為比特能量;Tb為比特持續(xù)時(shí)間;φ(t;α)為相位函數(shù),α=(α1,α2,…,αi,…).相位函數(shù)可表示為

實(shí)際傳輸?shù)男畔⑿蛄笑羒∈(-1,0,1);θ(t)稱為相關(guān)狀態(tài);相位狀態(tài)其取值屬于{0,π/2,π,3π/2};調(diào)制指數(shù)h=1/2.相位脈沖函數(shù)q(t)為頻率脈沖g(t)的積分,即

這里討論的SOQPSK信號(hào)體制是采用升余弦頻率脈沖成形的部分響應(yīng)SOQPSK-TG信號(hào),約束長(zhǎng)度L=8,其頻率脈沖成形函數(shù)gTG(t)的表達(dá)式可參見文獻(xiàn)[12].雖然SOQPSK-TG信號(hào)的頻率脈沖函數(shù)gTG(t)周期為8Tb,但波形的脈沖寬度較窄,且兩側(cè)大部分波形接近為0.因此,可將關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度減為L(zhǎng)′=1,用周期為Tb的頻率脈沖來代替.由qTG(t)得到的截?cái)嘞辔幻}沖函數(shù)qPT(t)可表示為

由式(4)可知,qPT(t)是將原相位脈沖函數(shù)qTG(t)截?cái)?并將時(shí)變部分限制在[0,Tb]間隔.

SOQPSK-TG信號(hào)與傳統(tǒng)CPM的區(qū)別在于,其實(shí)際傳輸?shù)娜?圖1 SOQPSK-TG信號(hào)的調(diào)制方案號(hào)集{αi}為{-1,0,1}.如圖1所示,SOQPSK-TG信號(hào)調(diào)制采用預(yù)編碼與CPM調(diào)制級(jí)聯(lián)的方案,預(yù)編碼輸出符號(hào)集為三元符號(hào)集{-1,0,1}.采用非遞歸和遞歸的預(yù)編碼,可以分別得到非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)和遞歸SOQPSK-TG信號(hào).

1.2 SOQPSK-TG信號(hào)預(yù)編碼

1.2.1 非遞歸預(yù)編碼

預(yù)編碼器根據(jù)

將二進(jìn)制比特流dn∈(0,1)轉(zhuǎn)化為三進(jìn)制字母αn.

由式(5)可知,預(yù)編碼輸出字符的極性會(huì)隨著奇偶時(shí)刻的交替而變化,可以將dn-1、dn-2和n_evev/n_odd(偶數(shù)時(shí)刻/奇數(shù)時(shí)刻)看做狀態(tài)的變量.將奇偶時(shí)刻分開,分別建立網(wǎng)格轉(zhuǎn)移圖,如圖2所示.圖2中在每條支路的上方標(biāo)注的是對(duì)應(yīng)式(5)的預(yù)編碼轉(zhuǎn)變情況,對(duì)應(yīng)為dnαn.偶數(shù)時(shí)刻(I路比特)的狀態(tài)變量Sn定義為(dn-2,dn-1),奇數(shù)時(shí)刻(Q路比特)的狀態(tài)變量Sn定義為(dn-1,dn-2),狀態(tài)變量Sn∈{00,01,10,11}.

1.2.2 遞歸預(yù)編碼

遞歸預(yù)編碼實(shí)現(xiàn)步驟分為兩步:首先將原二進(jìn)制比特進(jìn)行差分編碼,即

再將差分編碼后的二進(jìn)制比特通過

轉(zhuǎn)化為三進(jìn)制符號(hào).

這里由式(6)和式(7)決定的預(yù)編碼形式,對(duì)應(yīng)的dnαn仍可由圖2來表示,在每條支路的下方標(biāo)注的是遞歸預(yù)編碼轉(zhuǎn)變的情況.從式(7)和式(5)可以看出,遞歸預(yù)編碼只是將非遞歸預(yù)編碼中的變量dn,dn-1,dn-2替換成變量un,un-1,un-2.因此,偶數(shù)時(shí)刻的狀態(tài)變量Sn定義為(un-2,un-1),奇數(shù)時(shí)刻的狀態(tài)變量Sn定義為(un-1,un-2),狀態(tài)變量仍由Sn∈{00,01,10,11}來表示.

無論是遞歸或非遞歸預(yù)編碼,網(wǎng)格狀態(tài)變量Sn與相位狀態(tài)θn-L之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系[12].

圖2 四狀態(tài)時(shí)變網(wǎng)格圖

2 簡(jiǎn)化接收機(jī)

2.1 接收信號(hào)模型

接收信號(hào)可表示為

其中,n(t)是均值為零、單邊功率譜密度為N0的加性復(fù)高斯白噪聲;φ(t)是由信道所引起的相位偏移,此處假設(shè)φ(t)=0(即相干檢測(cè)).由于發(fā)送信號(hào)s(t;α)的相位記憶特性,接收端最優(yōu)檢測(cè)器應(yīng)采用最大似然序列檢測(cè).下面對(duì)SOQPSK-TG信號(hào)的解調(diào)采用簡(jiǎn)化方案,以減少計(jì)算復(fù)雜度.

2.2 基于脈沖截?cái)嗟乃臓顟B(tài)簡(jiǎn)化解調(diào)算法

文獻(xiàn)[12,16]采用脈沖截?cái)嗟姆椒▉砗?jiǎn)化SOQPSK-TG信號(hào)的解調(diào)復(fù)雜度,接收端采用的相位脈沖函數(shù)為qPT(t).由于qPT(t)可看作為1個(gè)全響應(yīng)脈沖,因此可將SOQPSK-TG信號(hào)看成全響應(yīng)信號(hào).由于預(yù)編碼的狀態(tài)變量Sn與相位狀態(tài)θn-L存在的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,使得接收端的網(wǎng)格中不需要全響應(yīng)CPM的網(wǎng)格,因此可對(duì)SOQPSK-TG信號(hào)按圖2所示的四狀態(tài)網(wǎng)格圖進(jìn)行解調(diào).

對(duì)圖2中各支路上的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)RTG(t)可用簡(jiǎn)化的相位脈沖來產(chǎn)生,即

各支路上的分支度量為

其中,ETG表示支路上標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的能量,Re(·)表示取實(shí)部,conj(·)表示求共軛.對(duì)于按式(9)生成的支路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),每個(gè)符號(hào)波形的能量ETG是相同的,式(10)中的波形能量也可消去.因此,SOQPSK-TG信號(hào)對(duì)應(yīng)的分支度量可進(jìn)一步化簡(jiǎn)為

將分支度量用于Viterbi算法或MAP算法就可恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)序列.遞歸和非遞歸SOQPSK-TG信號(hào),均可在接收端采用脈沖截?cái)嗟姆椒?按上述步驟恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)序列,只是接收端對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖不同.下面將在四狀態(tài)網(wǎng)格的基礎(chǔ)上進(jìn)一步簡(jiǎn)化接收端網(wǎng)格.

2.3 遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的兩狀態(tài)簡(jiǎn)化解調(diào)算法

將式(6)和式(7)用代數(shù)方法合并,得到二進(jìn)制比特與三進(jìn)制符號(hào)之間的直接對(duì)應(yīng)關(guān)系:

其中,狀態(tài)符號(hào)Sn由下式更新:

由式(12)可知,可以將Sn看做狀態(tài)變量,建立一個(gè)兩狀態(tài)網(wǎng)格轉(zhuǎn)移圖,如圖3所示.

圖3 遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的兩狀態(tài)網(wǎng)格圖

由式(13)可以得出,該遞歸兩狀態(tài)網(wǎng)格圖是由四狀態(tài)網(wǎng)格圖(對(duì)應(yīng)圖2分支線下方的狀態(tài)轉(zhuǎn)移)簡(jiǎn)化而來的,對(duì)I路的簡(jiǎn)化原則為:相同合并為0狀態(tài),相異合并為1狀態(tài);對(duì)Q路的簡(jiǎn)化原則為:相同合并為1狀態(tài),相異合并為0狀態(tài).這里“相同”表示狀態(tài)的兩個(gè)比特相同,即00和11狀態(tài);“相異”表示狀態(tài)的兩個(gè)比特不同,即01和10狀態(tài).

相對(duì)于四狀態(tài)的時(shí)變網(wǎng)格圖,兩狀態(tài)時(shí)不變網(wǎng)格圖具有更為簡(jiǎn)化的形式,但是兩狀態(tài)網(wǎng)格并沒有減少累積相位狀態(tài)θn-L的數(shù)量(采用截?cái)嗝}沖時(shí),θn-L可用θn-1表示),使得兩狀態(tài)網(wǎng)格中的狀態(tài)變量Sn與相位狀態(tài)θn-L不再存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系.因此,若采用該兩狀態(tài)網(wǎng)格圖,則在接收端由狀態(tài)Sn并不能確定當(dāng)前時(shí)刻的累積相位信息,無法恢復(fù)當(dāng)前時(shí)刻支路上的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào).為此,文獻(xiàn)[16]引入判決反饋來解決這個(gè)問題.

如圖3所示,當(dāng)前網(wǎng)格圖中起始狀態(tài)為Sn,結(jié)束狀態(tài)為En,設(shè)αn(En)為從Sn到En的幸存路徑上的三進(jìn)制字符,可通過下式計(jì)算下一狀態(tài)對(duì)應(yīng)的起始相位值:

其中,θn-1(Sn)為起始狀態(tài)對(duì)應(yīng)的相位值,即當(dāng)前時(shí)刻的起始相位狀態(tài)θn-1;θn(En)表示當(dāng)前時(shí)刻末狀態(tài)對(duì)應(yīng)的相位值,且當(dāng)前時(shí)刻的末狀態(tài)即為下一時(shí)刻的起始狀態(tài),即θn(En)=θn+1(Sn+1).因此,給定適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格狀態(tài)的相位初始值,通過式(14)進(jìn)行逐次遞歸即可計(jì)算任一時(shí)刻起始狀態(tài)的相位值,這一相位值即為當(dāng)前時(shí)刻的累積相位θn-1.結(jié)合當(dāng)前時(shí)刻的累積相位θn-1和式(9),可得到當(dāng)前網(wǎng)格圖中的各支路上的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),通過式(11)得到各支路上的分支度量,將分支度量用于Viterbi算法或MAP算法就可恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)序列.

2.4 非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的兩狀態(tài)簡(jiǎn)化解調(diào)算法

對(duì)非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)四狀態(tài)網(wǎng)格圖分析可知,對(duì)于I路時(shí)刻,當(dāng)前輸入比特代替狀態(tài)變量中I路比特的位置,之后轉(zhuǎn)為下一狀態(tài).因此,只要I路時(shí)刻的兩個(gè)狀態(tài)變量中Q路位置有相同的比特dn-1,給定當(dāng)前輸入比特dn,之后會(huì)轉(zhuǎn)入相同的下一狀態(tài),也就是說由[dn-1,dn]就可確定結(jié)束狀態(tài).因此,dn-1可看做起始狀態(tài)變量,可將I路時(shí)刻有相同比特dn-1的兩個(gè)狀態(tài)變量合并為一個(gè)狀態(tài),即將I路時(shí)刻四狀態(tài)中的00和10狀態(tài)合并為0狀態(tài),01和11狀態(tài)合并為1狀態(tài);同理,對(duì)于Q路時(shí)刻,將Q路時(shí)刻有相同比特dn-1的兩個(gè)狀態(tài)變量合并為一個(gè)狀態(tài),即將四狀態(tài)Q路時(shí)刻中的00和01狀態(tài)合并為0狀態(tài),10和11狀態(tài)合并為1狀態(tài).由上可知,對(duì)于奇數(shù)時(shí)刻(Q路比特)和偶數(shù)時(shí)刻(I路比特)的狀態(tài)變量Sn都定義為dn-1,狀態(tài)變量由Sn∈{0,1}來表示.

這樣就可以得到非遞歸的SOQPSK-TG信號(hào)簡(jiǎn)化的兩狀態(tài)時(shí)變網(wǎng)格圖,如圖4所示.設(shè)初始狀態(tài)為Sn,分支上的標(biāo)注為dnαn, dn為二進(jìn)制比特,αn為預(yù)編碼輸出的三進(jìn)制字符.

圖4 非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)兩狀態(tài)網(wǎng)格圖

相對(duì)于遞歸兩狀態(tài)網(wǎng)格圖,非遞歸兩狀態(tài)網(wǎng)格圖具有時(shí)變特性,即I路時(shí)刻和Q路時(shí)刻的網(wǎng)格轉(zhuǎn)移是不一樣的.同遞歸SOQPSK-TG信號(hào)兩狀態(tài)網(wǎng)格圖一樣,非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)兩狀態(tài)網(wǎng)格圖中的狀態(tài)變量Sn與相位狀態(tài)θn-L之間不再存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,可引入文獻(xiàn)[16]中所述的判決反饋來克服這一缺點(diǎn),但判決反饋算法有一定的缺陷:在網(wǎng)格狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程中,由于某一時(shí)刻網(wǎng)格內(nèi)的相位狀態(tài)需要重新計(jì)算,因此支路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)也需要重新計(jì)算,這樣又增加了運(yùn)算復(fù)雜度.文中通過分析非遞歸四狀態(tài)網(wǎng)格與非遞歸兩狀態(tài)網(wǎng)格的聯(lián)系,提出了一種針對(duì)非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)兩狀態(tài)網(wǎng)格圖得到支路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的方法,即幸存路徑法.

對(duì)兩狀態(tài)網(wǎng)格中的I路時(shí)刻,結(jié)束狀態(tài)為0狀態(tài)時(shí):若0-0狀態(tài)支路為幸存路徑,則0狀態(tài)對(duì)應(yīng)為四狀態(tài)中的00狀態(tài);若1-0狀態(tài)支路為幸存路徑,則0狀態(tài)對(duì)應(yīng)為四狀態(tài)中的01狀態(tài).結(jié)束狀態(tài)為1狀態(tài)時(shí):若0-1狀態(tài)支路為幸存路徑,則1狀態(tài)對(duì)應(yīng)為四狀態(tài)中10狀態(tài);若1-1狀態(tài)支路為幸存路徑,則1狀態(tài)對(duì)應(yīng)為四狀態(tài)中的11狀態(tài).

同理,對(duì)任一Q路時(shí)刻網(wǎng)格,結(jié)束狀態(tài)為0狀態(tài)時(shí):若0-0狀態(tài)支路為幸存路徑,則0狀態(tài)對(duì)應(yīng)00狀態(tài);若1-0狀態(tài)支路為幸存路徑,則0狀態(tài)對(duì)應(yīng)10狀態(tài).結(jié)束狀態(tài)為1狀態(tài)時(shí):若0-1狀態(tài)支路為幸存路徑,則1狀態(tài)對(duì)應(yīng)為01狀態(tài);若0-1狀態(tài)為幸存路徑,則1狀態(tài)對(duì)應(yīng)為11狀態(tài).

由以上非遞歸四狀態(tài)網(wǎng)格與非遞歸兩狀態(tài)網(wǎng)格的聯(lián)系,可以得到此兩狀態(tài)網(wǎng)格中所有支路的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),也就是在狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程中,由幸存路徑法得到下一時(shí)刻各支路的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào).

3 仿真結(jié)果與分析

以下通過仿真說明非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的兩狀態(tài)簡(jiǎn)化接收機(jī)的性能,仿真時(shí)采用MAX-LOGMAP算法進(jìn)行解調(diào).

圖5給出了非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的兩狀態(tài)解調(diào)算法和文獻(xiàn)[16]的遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的兩狀態(tài)解調(diào)算法的誤比特性能比較.可以看出,在低信噪比區(qū)域,與遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的兩狀態(tài)簡(jiǎn)化解調(diào)性能相比,非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的兩狀態(tài)簡(jiǎn)化解調(diào)算法性能比較優(yōu)越,但在較高信噪比區(qū)域(Ebn0≥8dB)時(shí),兩者的誤比特性能基本相當(dāng).這是因?yàn)檫f歸預(yù)編碼與非遞歸預(yù)編碼相比多了差分編碼的環(huán)節(jié),導(dǎo)致調(diào)制碼元前后相關(guān)性較強(qiáng),因而非遞歸預(yù)編碼的性能更好.在較高信噪比環(huán)境下,由信道噪聲引起的錯(cuò)誤比特事件比較少,而影響解調(diào)性能的主要因素是路徑的選擇是否正確,由于兩者采用的狀態(tài)合并方式相似,由路徑的選擇是否正確引起的錯(cuò)誤比特事件,對(duì)這兩種算法性能的影響是相同的,即在較高信噪比區(qū)域,兩者的誤比特性能基本相當(dāng).在與編碼級(jí)聯(lián)的系統(tǒng)中,由于信道碼的引入,使得系統(tǒng)工作在低信噪比區(qū)域.因此,非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的解調(diào)在低信噪比環(huán)境可以提供較高可靠性的軟信息,這一點(diǎn)對(duì)于編碼級(jí)聯(lián)系統(tǒng)是很有意義的.

圖5 SOQPSK-TG信號(hào)的兩狀態(tài)解調(diào)性能

圖6 四狀態(tài)解調(diào)算法與兩狀態(tài)解調(diào)算法的誤比特性能比較

圖6給出文獻(xiàn)[12]非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的四狀態(tài)解調(diào)算法和文中兩狀態(tài)算法的誤比特性能比較.可以看出,與現(xiàn)有四狀態(tài)算法相比,兩狀態(tài)算法在誤比特率為10-2～10-5時(shí),信噪比有0.5～1.0 d B的損失.這是由于兩狀態(tài)算法需要獲得下一網(wǎng)格的支路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),若前一網(wǎng)格判決幸存路徑有誤,則可能會(huì)影響到下一網(wǎng)格內(nèi)的信息判決,導(dǎo)致錯(cuò)誤事件增加.但兩狀態(tài)算法具有較低的運(yùn)算復(fù)雜度.由于兩狀態(tài)網(wǎng)格的狀態(tài)數(shù)是四狀態(tài)網(wǎng)格狀態(tài)數(shù)的一半,總體運(yùn)算量減小了一半,另外用MAX-LOG-MAP或Viterbi算法解調(diào)計(jì)算分支度量時(shí),基于判決反饋的方法需要利用幸存路徑上的臨時(shí)判決符號(hào)不斷遞歸地計(jì)算相應(yīng)的相位狀態(tài),而文中采用的幸存路徑法,根據(jù)路徑轉(zhuǎn)移信息在網(wǎng)格支路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)集中選取下一時(shí)刻的支路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),這樣又降低了解調(diào)器的運(yùn)算復(fù)雜度.運(yùn)算復(fù)雜度的降低使得解調(diào)器的延時(shí)減小,提高了解調(diào)器的效率,不僅可以應(yīng)用于要求實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低的系統(tǒng),而且更有利于工程實(shí)現(xiàn).

4 結(jié)束語

針對(duì)采用非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的通信系統(tǒng)中解調(diào)器復(fù)雜度較高的問題,提出了一種兩狀態(tài)簡(jiǎn)化解調(diào)算法.該算法在四狀態(tài)網(wǎng)格基礎(chǔ)上通過狀態(tài)的合理合并簡(jiǎn)化至兩狀態(tài),使得網(wǎng)格的狀態(tài)數(shù)達(dá)到最小,降低了接收端的運(yùn)算復(fù)雜度;并且在利用簡(jiǎn)化網(wǎng)格解調(diào)過程中,可根據(jù)上一時(shí)刻的幸存路徑信息,得到相位狀態(tài),在網(wǎng)格支路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)集中選取下一時(shí)刻網(wǎng)格內(nèi)相應(yīng)的支路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),而不用遞歸計(jì)算各支路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào).仿真結(jié)果表明:與遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的兩狀態(tài)簡(jiǎn)化解調(diào)性能相比,在低信噪比區(qū)域內(nèi),非遞歸SOQPSK-TG信號(hào)的兩狀態(tài)簡(jiǎn)化解調(diào)算法性能更為優(yōu)越;與接收端采用基于截?cái)嗝}沖的四狀態(tài)解調(diào)算法相比,雖然信噪比有一定的損失,但兩狀態(tài)算法使得接收機(jī)具有較低的運(yùn)算復(fù)雜度,有利于工程應(yīng)用.

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(編輯:齊淑娟)

Reduced state demodulator for the SOQPSK-TG signal

SUN Jinhua,HAN Huimei,ZHU Jili
(State Key Lab.of Integrated Service Networks,Xidian Univ.,Xi’an 710071,China)

To solve the problem of high complexity in the demodulator for a partial-response version of shaped-offset quadrature phase-shift keying(SOQPSK-TG),a simplified two-state demodulator for nonrecursive SOQPSK-TG using the survivor path is proposed based on the decision feedback simplified demodulator of recursive SOQPSK-TG.First,a two-state trellis is deduced by proper state merging based on the four-state trellis of non-recursive SOQPSK-TG.Then,the simplified two-state trellis is used as the state transition trellis in the receiver to demodulate the

signal,and during the demodulation the hypothesized signal of each branch is obtained via the survivor path.Simulation results show that nonrecursive SOQPSK-TG has a better performance than recursive SOQPSK-TG in the low SNR region,and the simplified two-state demodulator of non-recursive SOQPSK-TG has 0.5～1.0dB SNR degradation compared with the four-state demodulation algorithm;however the low computation complexity is beneficial to engineering application.

shaped offset quadrature phase-shift keying;non-recursive;decision feedback;complexity reduction

TN911.3

A

1001-2400(2014)05-0001-06

2013-05-07< class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間:

時(shí)間:2014-01-12

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(60902039,61271175);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(JB140114,K5051201043)

孫錦華(1979-),女,副教授,博士,E-mail:jhsun@xidian.edu.cn.

http://www.cnki.net/kcms/doi/10.3969/j.issn.1001-2400.2014.05.001.html

10.3969/j.issn.1001-2400.2014.05.001