摘 要

串行级联连续相位调制技术主要包括两种技术，分别是串行级联编码技术和连续相位调制技术。由于使用了交织编码技术和迭代译码技术，使得整个串行级联编码过程具有高信道增益和低误码概率。恒定的包络使得连续相位调制信号具有宽带宽和高频率利用率。串行级联连续相位调制技术包含了两者的优点，具有极高的准确性。

本文根据连续相位调制技术的原理和分解模型，将连续相位调制信号分成无记忆调制器和连续相位编码器，从而将连续相位调制技术当成一种编码调制方式。而后对连续相位调制信号的相位和功率谱进行了分析。以连续相位调制信号为内码，卷积码为外码，级联组成串行级联连续相位调制系统。对软输入软输出译码SISO算法和最大后验概率MAP算法进行了讨论。本文使用软输入软输出译码算法进行迭代译码，并且对串行级联连续相位调制系统进行了仿真分析。主要包括选取了部分参数分析了串行级联连续相位调制系统的误码性能以及连续相位调制技术的进制数、连续相位调制技术的调制指数、交织长度和迭代次数对这个系统的影响。根据结果可得，在特定的调制指数下，进制数越高，系统的性能越好；调制指数和系统的性能之间不是简单的单调变化关系。交织长度和迭代次数的增加可以提高系统的总体性能。

关键词：串行级联编码；连续相位调制；迭代译码；软输入软输出译码算法

Abstract

Serially Concatenated Continuous Phase Modulation(SCCPM) mainly includes two techniques ,which are serially concatenated channel code (SCCC) and continuous phase modulation (CPM). Because of the serial concatenated coding’s interleaved coding and iterative decoding, it keeps high channel gain and low bit error rate. Continuous phase modulation signal has constant envelope , with high bandwidth and spectral efficiency. SCCPM inherited the excellent characteristics of both, having a high accuracy.

Based on the principle of CPM and its decomposition model , the CPM signal can be decomposed into a continuous phase encoder (CPE) and memoryless modulator (MM), thereby it can be considered as a coding modulation. Based on this,the power spectrum and phase state of CPM signal are analyzed.The CPM signal as the inner code, and convolution code as the outer code, these two can be serially concatenated as SCCPM system. Then, the MAP algorithm and SISO decoding algorithm are discussed. The paper adopted SISO algorithm to simulate SCCPM’s BER performance. Some parameters are selected to simulate SCCPM’s BER performance,including CPM hexadecimal number, CPM modulation index and the number of iterations and the interleaving length.It can be concluded that specific modulation index, high hexadecimal number, better system performance; modulation index and system performance is not monotonically decreasing relationship; increasing the number of iterations and interleaving length can improve system performance.

keywords: SCCC ；CPM ；Iterative Decoding ；SISO algorithm

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 连续相位调制技术回顾 1

1.2串行级联连续相位调制系统的提出 2

1.3本论文主要研究工作安排 3

第2章 连续相位调制 4

2.1 连续相位调制技术 4

2.1.1 CPM信号的定义 4

2.1.2 CPM信号的分解模型 6

2.1.3 CPM信号的相位状态 7

2.2 CPM信号的功率谱分析 8

2.3 CPM调制与串行级联编码的结合 11

第3章 SCCPM系统结构及译码算法 12

3.1 SCCPM系统模型 12

3.2 基于后验概率的软输入输出译码算法 13

3.2.1 码字格图 13

3.2.2 MAP译码算法 14

3.2.3 Log-MAP算法 16

3.2.4 SISO算法 17

3.3 CPM的似然加法SISO译码及解调 24

第4章 SCCPM性能分析 26

4.1 SCCPM性能的理论分析 26

4.2 SCCPM系统性能仿真分析 27

4.2.1 CPM调制指数对系统性能的影响 27

4.2.2 进制数对系统性能的影响 30

4.2.3 迭代次数对系统性能的影响 31

4.2.4 交织长度对系统性能的影响 33

第5章 总结与展望 34

5.1 全文总结 34

5.2 展望 34

参考文献 36

附录 38

致谢 43

第1章 绪论

现在的移动通信系统往往需要在恶劣的通信环境下仍能保持稳定高速的数据通信能力。在现阶段日益复杂的电磁环境下，能够有效地提高通信系统的整体性能，一直都是国内外通信研究的热点。高频率利用率、小外功耗、小领道干扰以及强抗干扰能力的编码调制系统的研究变得日益迫切，同时相关研究人员通过使用非线性功率放大器使得调制信号产生恒定的包络。发展至今，振幅恒定并且信噪比较高的调制技术一直是研究的热点。

连续相位调制（CPM）技术作为一种相对而言比较高效的调制技术，基本能够满足现阶段开发的要求。连续相位调制信号在时域上具有连续的传输相位，较好的频谱利用率以及恒定的发射信号包络。最主要的是不受发射机的非线性功放的影响，功率放大器能够在饱和状态下工作，故而该信号具有较高的功率利用率。

1.1 连续相位调制技术

发展至今，越来越多的研究人员投入连续相位调制技术工作中，涉及深空通信、无线通信以及遥测等众多领域。上世纪60年代，国外的一些研究人员就开始着手研究连续相位调制技术，至80年代，该技术的研究已经变得相当普遍。上世纪70年代中期，Osborne、Schonhoff以及Pelchat等人将恒包络以及MSK连续相位的概念引进不同调制指数的确定上，对连续相位调制技术的解调和性能进行了初步的探索^[1-3]。上世纪70年代末，Miyakawa，等人提出了连续相位调制的相关编码理论，初步形成了连续相位调制的基础理论^[4-6]。T.Aulin在1979年提出了连续相位调制技术的误码分析和功率谱，为后续的技术研究奠定了理论基础^[7,8]。上世纪80年代初，G.Ungerboeck发现了网格编码调制（TCM）这种高效的设计方法。这种方法能够有效地结合线性调制技术和信道编码，使得整个系统的性能得到极大的提升。而后，信道带限的相关编码调制技术被广泛研究，加上连续相位调制的相位生成过程原本就是编码过程，使得这种设计方式具有很好的性能。上世纪80年代中期，J.B.Adnerson等人撰写了《Digital Phase Modulation》，书中对连续相位调制技术进行了深入的探讨，既包含完整的公式推导，又跟其他调制技术进行了比较和分析，针对连续相位调制的接收问题和检测方式进行了介绍和分析，对连续相位调制信号接收机模型进行了总结^[9]。上世纪80年代末，Bixio E.Rimoldi结合倾斜相位理论将连续相位调制分成无记忆调制器(MM)和连续相位编码器(CPE) ^[10]。上世纪90年代，广义连续相位调制的理念被相关研究人员提出，在优化连续相位调制技术性能的基础上又提出了连续相位调制技术的一种线性表示方法，大大改善了解调的复杂度。将调幅脉冲信号相加即可形成连续相位调制信号，这部分内容主要在Morelli，Mengali和Laurent的论文中体现^[11,12]。大部分研究成果都是在T.Aulin等人的成果的基础上提出的。上世纪90年代中期，人们开始试着将连续相位调制技术和其他新技术进行结合，例如CPM-MIMO 、CPM-OFDM等，从很大程度上扩展了连续相位调制的研究领域，促进了连续相位调制技术的发展。现阶段，人们又提出了复杂连续相位调制信号的编码技术、检测技术、信道估计、均衡技术、参数估计以及OFDM-CPM技术等内容。

1.2串行级联连续相位调制系统的提出

一个实际的数字通信系统模型如图1.1所示: