一种适用于QAM信号的数字载波估计算法

由于发射和接收机振荡器的不稳定或/和信道的多普勒效应,使载波同步与补偿成为QAM信号接收的关键环节。针对非协作通信中各类载波同步算法只能校正较小的频率偏移的局限,根据QAM信号的基本特点,利用传输符号的统计独立特性,提出了一种新的数字载波频率估计方法。该算法采用开环方式,不需要导频数据,可以估计较大的频率偏移;没有反馈环路,复杂度低,实现起来比较简单。同时,该算法作适当改进,可以直接用于载波的估计。计算机仿真结果表明:该算法可以较好地对各种QAM信号中存在的较大频率偏移进行估计并做补偿;适当改进后可以直接用于估计载波频率,估计效果良好有效。     

基于EM的低复杂度迭代载波同步算法

编码辅助载波同步算法充分利用译码软信息,可获得较理想的同步性能,但是目前这类算法存在复杂度高、处理时间长的问题。首先在推导迭代载波同步中后验均值与译码软信息关系的基础之上,通过选择性地进行译码判决反馈来减少不必要的计算点数,再根据前两次的迭代结果自适应地减小频率搜索区间长度,从而大幅降低同步参数估计的运算量。仿真结果表明,该算法能够有效工作在低信噪比环境下,可获得接近理想同步条件下的译码性能。     

MSK信号的Turbo同步

Turbo码的提出使系统的性能对同步参数变得极为敏感。文章利用Turbo同步的方法来对Turbo系统进行迭代参数估计,并用插值的方法来减少译码复杂度,最后针对MSK信号给出同步算法。仿真结果表明,在少量增加译码复杂度的情况下,Turbo同步能够使系统获得与严格同步近似的性能。     

一种适用于BICM-ID系统的迭代载波同步算法

在比特交织编码调制迭代译码(BICM-ID)系统中,针对低信噪比条件下传统的同步算法对频偏和相差估计精度较低的问题,提出了一种码辅助的迭代载波同步算法。该算法基于最大期望(EM)算法,并在此基础上加以改进,利用译码器输出的软信息,迭代的在载波同步和译码之间相互交换信息,实现同步和译码的联合处理。仿真结果表明,在译码器收敛的允许范围之内,提出的算法能够大幅提高同步参数的估计精度,在迭代次数达到8次时,BICM-ID系统的误比特率性能基本接近理想同步条件下的译码性能。     

一种低信噪比TDMA信号的载波同步算法

本文深入研究了基于FFT运算进行相位扩展的宽范围自相关函数法和宽范围L&R算法,分析了这两种载波频偏估计算法的性能.在此基础上,本文结合TDMA信号的前导字和CZT(chirp z-transform)算法的高频率分辨率特性,设计了适于低信噪比信号的宽范围载波同步改进算法.该算法利用TDMA信号的前导字进行数据辅助(DA)型载波同步,有效地缩小了低信噪比信号的频偏范围;再利用CZT算法进一步缩小频偏范围,最后利用非数据辅助型(NDA)自相关函数法得到精确的载波频偏.改进算法的计算复杂度略高于宽范围自相关函数法,而远低于宽范围L&R算法.通过仿真比较,改进算法对低信噪比(SNR)环境(3-6dB)中的信号具有良好且稳定的估计性能.     

基于前向结构的高动态突发信号载波同步算法

为实现高动态突发通信系统载波快速同步,提出了一种新的基于前向结构的突发信号载波同步算法,采用多级处理方案分级实现多普勒变化率、多普勒频偏及载波相位的估计及恢复.理论分析及数值仿真表明,在高动态低信噪比条件下,新算法的载波同步信噪比损失小于1 dB,且对多普勒变化率及信号电平参数不敏感,实现复杂度低,能够满足高实时性应用需求.     

TDMA信号的宽范围载波同步译码联合迭代处理

针对时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)信号提出了宽范围的载波同步译码联合迭代处理的方案。该方案主要分为三个部分,首先利用TDMA信号的同步码进行数据辅助同步,对信号中的大频偏和相偏进行粗估计和纠正;然后利用线性调频Z变换(Chirp-Z Transform,CZT)算法针对整突发帧进行非数据辅助同步,精确估计和纠正信号的剩余频偏;最后通过利用译码器输出的软信息进行编码辅助同步,多次迭代得到剩余相偏的精确估计,最终实现载波的精确同步并输出译码结果。实验结果表明,所提方案具有同步捕获范围宽、参数估计精度高、译码输出误比特率低等优点,在低信噪比环境下也能表现出优良性能。     

瑞利信道下基于广义阈值函数的LDPC译码算法

现存的LDPC译码算法,其节点处理依据主要遵循大数逻辑准则和完全处理准则,对应的阈值参数一般是固定不变的,在性能和复杂度之间的均衡不够灵活.本文首先提出一种广义阈值函数,能应用于大多数基于可靠度的二元LDPC译码算法.通过调整阈值参数,可方便地控制参与迭代处理的节点队列.其次,本文提出一种基于伴随式和星座映射信息的非均匀量化译码算法,可进一步降低复杂度和存储负荷.实验结果显示,在瑞利信道下,本文算法能够在较低的量化比特下获得优良的译码性能;结合广义阈值函数,只有约30%的变量节点参与迭代运算,译码复杂度可显著降低.     

一种改进的高动态QPSK信号解调算法

正交相移键控(QPSK)调制解调方式广泛应用于深空通信、数字卫星通信等高速系统中,高动态QPSK信号具有较大的多普勒载波频偏,针对现有的解调算法对QPSK信号频偏估计范围小、精度较低等问题,提出了一种改进的高动态QPSK信号解调算法。该算法利用基于Zoom-FFT的Quinn频率估计算法对载波频偏进行估计,将频偏估计分为粗估计和精估计两个过程,对估计所得频偏进行补偿后利用Costas环完成载波同步。在MATLAB中对算法进行了仿真,仿真结果表明,该算法能够实现对高动态大频偏QPSK信号的有效捕获,与传统的解调方式相比,该算法对载波频偏的估计范围更大,且具有更高的频偏估计精度和更好的误码性能。     

基于变量节点更新的交替方向乘子法 LDPC惩罚译码算法

基于交替方向乘子法(ADMM)的改进惩罚函数LDPC译码算法能够提升译码性能,但其所需优化参数过多且性能提升有限。针对该问题,将该算法与其它带有惩罚函数的译码算法比较后发现,两者的不同之处仅在于译码算法中变量节点的更新规则不同。因此,该文通过构造一种新的变量节点的更新方法去减少优化参数数目并提升译码性能。实验仿真表明,相较于原有算法,该文所提算法有效减少了所需优化的参数数目,此外,所提算法的平均迭代次数更少且能实现约0.1 dB的性能提升。     

一种适用于极低信噪比环境的迭代同步方案

卫星通信、深空通信等应用要求接收机在很低信噪比下工作。近年来研究热点基于码辅助同步算法能够利用编码间依赖关系提高参数估计性能,以实现正确解调。本文以码辅助同步算法为基础,综合分析同步各环节参数估计需求,设计较短帧头的帧格式,提出了一种完整的迭代接收机结构。同时精心选择预估计算法,将定时偏差、载波频偏压缩到很窄范围。最后对码辅助算法迭代复杂度高的问题进行了优化。仿真表明,在极低信噪比下,该结构同步性能良好,复杂度低,传输效率高。     

短波高速QAM信号解调算法的研究

文中针对短波高速QAM信号,提出并实现了一种全数字的解调方案。采用了最大平均功率定时同步算法和最大似然载波相位估计算法。利用同步导频使信号的眼图张开,进而对数据段进行信道均衡与相位补偿。采用判决反馈模式的非线性均衡器,更好地补偿了信道畸变。这种前向式解调结构减小了算法的复杂性,易于DSP实现。Matlab仿真结果表明该方案有效可行。     

一种低复杂度编码辅助载波同步算法

该文针对低信噪比下编码辅助同步算法存在复杂度高的问题,在分析了后验信息概率分布特性的基础上,通过设定表征可靠性大小的门限值得到了只有3种状态的简化后验均值和新的后验似然比。将新的后验均值和似然比分别运用到基于软扫频的粗同步和基于期望最大的细同步算法中,得到一种新的同步算法。新算法使用了一种新的评价函数和简化的期望最大算法。通过码率为1/6的Turbo码验证了新算法可以大幅降低加法及乘法的运算次数,在信噪比大于-7.9 dB时能达到理想同步,最大性能损失仅为0.05 dB。     

基于LDPC译码软信息的迭代载波恢复

针对较低信噪比(2dB)下载波恢复难题,该文提出了基于LDPC软信息的迭代载波恢复算法。该算法以最大化LDPC软信息绝对值的和为准则,对载波频差用搜索窗辅助的单纯形算法进行搜索,得到较准确的载波估计并补偿。且它还采用LDPC软信息辅助的科斯塔斯环,来纠正残留载波偏差。仿真表明,它能有效纠正载波偏差及克服相位模糊、跳周等问题,并以一定计算复杂度的代价,获得距理想QPSK编码系统0.1以内的误码性能。     

Multi-h CPM信号的减少状态多符号差分非相干检测

针对多指数连续相位调制(Multi-h CPM)载波恢复困难且实现复杂度高的难题,提出了一种适用于Multi-h CPM信号的减少状态多符号差分非相干检测算法。该算法利用多符号差分信息进行分支度量计算的同时引入参考相位信号,实现了具有残留载波频偏校正的非相干序列检测,并且结合逐幸存处理技术,利用幸存路径上的假设判决信息减少了网格状态数。通过计算和搜索接收信号所有可能调制指数序列所对应的分支度量信息实现了调制指数的估计与同步。计算机仿真结果表明,与相干最大似然序列检测相比,该算法能够以较小的性能损失获得其实现复杂度的降低,而且当存在残留载波频偏时,该算法的检测性能也较为稳健。     

基于分级统计最大平均功率的WBAN符号同步算法

基于最大平均功率的符号同步算法,适合无线体域网对同步算法的快速定时、对载频偏移不敏感特性的要求。基于IEEE 802.15.6标准,通过分级统计平均功率的方法降低算法运算复杂度,实现了体域网链路的低复杂度高效率符号同步。理论推导及仿真结果表明,该算法可在32个符号内完成符号同步,算法复杂度较常规的最大平均功率算法最多可降低近90%。其快速同步及不受载波相位偏移影响的特性也为载频同步及帧同步提供了更多的优化空间。     

Joint estimation of symbol timing and carrier frequency offset of OFDM signals over fast time-varying multipath channels

In this paper, we present a novel joint algorithm to estimate the symbol timing and carrier frequency offsets of wireless orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) signals. To jointly estimate synchronization parameters using the maximum likelihood (ML) criterion, researchers have derived conventional models only from additive white Gaussian noise (AWGN) or single-path fading channels. We develop a general ML estimation algorithm that can accurately calculate symbol timing and carrier frequency offsets over a fast time-varying multipath channel. To reduce overall estimation complexity, the proposed scheme consists of two estimation stages: coarse and fine synchronizations. A low complexity coarse synchronization based on the least-squares (LS) method can rapidly estimate the rough symbol timing and carrier frequency offsets over a fast time-varying multipath channel. The subsequent ML fine synchronization can then obtain accurate final results based on the previous coarse synchronization. Simulations demonstrate that the coarse-to-fine method provides a good tradeoff between estimation accuracy and computational complexity.     

Performance Bounds for Convolutional Codes with Digital Viterbi Decoders in Gaussian Noise

With digital implementations of the Viterbi decoding algorithm for convolutional codes, soft quantization is preferred over hard quantization because it generally yields superior performance. Since the decoder needs to know the signal energy and channel noise variance with soft quantization, inaccurate information can result in a mismatch between the channel and decoder. Bounds which are tight for high signal-to-noise ratios are obtained on the bit error probability using the generating function approach. Automatic gain control level inaccuracies, imperfect carrier phase, symbol timing synchronization error, and path metric digitization are discussed in the context of a mismatch between the channel and decoder.