基于Rimoldi分解的连续相位调制信号Turbo频域均衡算法

第36卷第5期电子与信息学报 Vol.36 No.5 2014年5月 Journal of Electronics & Information Technology May 2014

钟凯* 彭华葛临东

(解放军信息工程大学信息系统工程学院郑州450002)

摘要：针对高阶部分响应连续相位调制(CPM)信号均衡中存在的复杂度高和性能较差等问题，该文从Rimoldi 分解的角度出发，设计了一种新的适用于倾斜相位CPM信号的发射帧结构，并在此基础上结合单载波频域均衡(FDE)和Turbo均衡的思想，提出了一种适用于高阶CPM信号的Turbo频域均衡算法。该算法通过将信号均衡转化到频域进行处理，避免了时域均衡算法在计算均衡器系数时存在的大矩阵求逆问题，同时使用Turbo均衡的软信息迭代处理来改善系统的性能。理论分析和仿真结果表明，对于四阶部分响应CPM信号，在存在严重符号间干扰的多径衰落信道的条件下，该算法与现有的基于符号的频域均衡算法相比，在保持较低复杂度的同时，具有大约1.5 dB的性能增益。

关键词：无线通信；连续相位调制；多径衰落信道；Rimoldi分解；单载波频域均衡；Turbo均衡

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2014)05-1190-06 DOI: 10.3724/SP.J.1146.2013.00990

Turbo Frequency Domain Equalization Algorithm Based on Rimoldi Decomposition for Continuous Phase Modulation Signals

Zhong Kai Peng Hua Ge Lin-dong

(Institute of Information System Engineering, Information Engineering University of PLA, Zhengzhou 450002, China)

Abstract: To solve the issues of the high complexity and poor performance in the equalization of high order and partial response Continuous Phase Modulation (CPM) signals, a new framework of tilted phase CPM transmitted signals is designed from the perspective of Rimoldi decomposition. A novel frequency domain equalization algorithm for high order CPM signals is proposed based on the combination of single-carrier Frequency Domain Equalization (FDE) and Turbo equalization. This algorithm avoids the large matrix inversions in computation of the equalizer coefficients in time domain by transforming the signal equalization to frequency domain.

Simultaneously, it improves the system performance by soft information iterative process. The analysis and simulation results show that in multipath fading channels with serious inter-symbol interference the proposed algorithm provides a relatively lower computational complexity and a performance gain of about 1.5 dB in signal-noise ratio compared with the previously proposed FDE algorithm based on symbol for fourth-order and partial response CPM signals.

Key words:Wireless communication;Continuous Phase Modulation (CPM); Multi-path fading channel; Rimoldi decomposition; Single-carrier Frequency Domain Equalization (FDE); Turbo equalization

1引言

连续相位调制(Continuous Phase Modulation, CPM)是一种具有恒定包络的先进调制技术[1]。在高斯白噪声(AWGN)信道下，编码CPM具有恒包络、高功率和带宽利用率等一系列优异性能。但是在60 GHz毫米波通信系统中，CPM信号在多径衰落信道下传输，由于编码CPM系统的迭代检测依赖于CPM符号间的记忆特性，使得码间干扰对系统性能2013-07-08收到，2013-10-22改回

国家自然科学基金(61072046)和河南省基础与前沿项目(102300410008)资助课题

*通信作者：钟凯zhongkai8686@https://www.360docs.net/doc/5c4971351.html, 的影响非常严重，因此采取有效的均衡措施来减少符号间干扰显得尤为重要。

文献[2]提出将单载波频域均衡思想运用于CPM信号处理，提出了基于Gram-Schmidt正交分解法和Laurent分解法的两种频域均衡算法。文献[3]在此基础上引入判决反馈，前馈滤波在频域实现，反馈滤波则在时域实现，有效改善了均衡算法的性能。文献[4]进一步给出了MMSE均衡器的简化方法，针对均衡算法中出现的大矩阵求逆问题进行简化处理，可以有效降低均衡器的复杂度。文献[5]研究了一种差分预编码CPM信号，与非预编码相比，在相同环境下对预编码信号进行频域均衡解调，其误码率减半。文献[6]针对二阶部分响应连续相位调