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空间通信中高效编码SOQPSK技术的研究与实现

作　者: 朱吉利
导　师: 孙锦华
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: SOQPSK 解调级联系统同步相关
分类号: TN911.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 4次
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内容摘要

空间通信系统作为人类上行控制航天器、下行获取空间天体资料的主要途径,是空间探测器中的最主要组成部分。为实现高效可靠的空间通信,不仅需要在极低信噪比环境下实现高精度的载波同步,同时还需要联合使用高性能纠错编码技术和高效调制技术,提高系统的功率利用率和带宽利用率。为满足未来空间通信系统的发展需要,本文针对具有高效带宽利用率和功率利用率的成形偏移四相相移键控(SOQPSK)信号展开研究。首先研究了全响应SOQPSK通用的网格编码调制和最佳接收机,针对递归/非递归SOQPSK-MIL、递归/非递归SOQPSK-TG的简化状态解调算法进行了深入研究与仿真,提出了非递归SOQPSK-TG信号的简化两状态解调算法。之后研究了编码SOQPSK级联系统,通过对TPC与非递归SOQPSK级联、Turbo与非递归SOQPSK级联、并行级联SOQPSK、串行级联SOQPSK四个系统的分析对比与仿真,权衡系统复杂度和误码性能两方面,给出了最优的编码SOQPSK级联系统。接着针对极低信噪比、大多普勒频偏环境,提出了一种适用于直扩编码SOQPSK级联系统的联合导频和解扩相关峰的载波同步方法,可有效地实现载波同步。最后,基于Verilog硬件描述语言,以Altera公司的FPGA芯片EP2C35F484C6为目标器件,对非递归全响应SOQPSK调制解调算法进行了实现验证,并分析了该方案的资源占用情况和信息处理速率,为SOQPSK信号在实际中应用提供参考。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
第一章绪论  8-14
  1.1 引言  8
  1.2 空间通信的发展现状  8-12
    1.2.1 调制技术  8-10
    1.2.2 编码技术  10-11
    1.2.3 同步技术  11-12
  1.3 论文主要内容及结构  12-14
第二章 SOQPSK的调制解调技术  14-44
  2.1 SOQPSK信号模型  14-16
  2.2 SOQPSK预编码  16-19
    2.2.1 非递归预编码  16-17
    2.2.2 递归预编码  17-18
    2.2.3 状态与相位状态的对应关系  18-19
  2.3 非递归SOQPSK-MIL信号调制  19-24
    2.3.1 非递归SOQPSK_MIL发送信号波形集  19-22
    2.3.2 非递归SOQPSK-MIL的互相关格型编码调制  22-24
  2.4 非递归SOQPSK-MIL信号解调  24-29
    2.4.1 最佳接收机  24-26
    2.4.2 简化接收机  26-29
  2.5 递归SOQPSK-MIL信号的调制解调  29-30
  2.6 全响应SOQPSK-MIL信号解调性能仿真  30-32
    2.6.1 全响应SOQPSK-MIL误比特性能分析  30-31
    2.6.2 全响应SOQPSK-MIL解调性能  31-32
  2.7 部分响应SOQPSK-TG信号调制  32-33
  2.8 部分响应SOQPSK-TG信号解调  33-39
    2.8.1 基于脉冲截断的四状态简化解调算法  33-35
    2.8.2 两状态的判决反馈解调算法  35-39
      2.8.2.1 递归两状态简化解调算法  35-37
      2.8.2.2 非递归两状态简化解调算法  37-39
  2.9 部分响应SOQPSK-TG信号解调性能仿真  39-44
    2.9.1 部分响应SOQPSK-TG误比特性能分析  39-40
    2.9.2 四状态简化解调性能  40-41
    2.9.3 两状态简化解调性能  41-42
    2.9.4 四状态与两状态简化解调算法性能对比  42-44
第三章高效编码SOQPSK级联系统  44-56
  3.1 编码SOQPSK级联系统  44-49
    3.1.1 TPC+非递归SOQPSK级联系统  45-47
    3.1.2 Turbo+非递归SOQPSK级联系统  47-48
    3.1.3 并行级联SOQPSK系统  48
    3.1.4 串行级联SOQPSK系统  48-49
  3.2 系统性能分析  49-56
    3.2.1 编码SOQPSK-MIL级联系统  50-51
    3.2.2 编码SOQPSK-TG-4S级联系统  51-52
    3.2.3 编码SOQPSK-TG-2S级联系统  52-56
第四章空间通信系统的载波同步方案  56-76
  4.1 空间通信系统的基本框图及帧结构  56-61
    4.1.1 系统基本框图  56-57
    4.1.2 数据帧结构  57-58
    4.1.3 数据帧结构参数  58-59
    4.1.4 PN码与PN反码调制信号的特性  59-61
  4.2 载波同步方案  61-68
    4.2.1 粗估计  62-63
    4.2.2 细估计  63-68
  4.3 算法性能仿真  68-76
    4.3.1 前置导频数的确定  68-70
    4.3.2 分段数的确定  70
    4.3.3 算法的估计范围和估计精度  70-72
    4.3.4 系统性能仿真  72-76
第五章 SOQPSK调制解调器的FPGA实现  76-96
  5.1 数值的量化位宽  76-77
  5.2 网格编码调制器实现方案  77-83
    5.2.1 顶层模块  78-79
    5.2.2 基地址模块  79-80
    5.2.3 样点地址模块  80-81
    5.2.4 样点选择模块  81-82
    5.2.5 网格编码调制器的处理延时和处理速率  82-83
    5.2.6 SOQPSK信号调制器占用资源  83
  5.3 非递归SOQPSK-MIL解调器实现方案  83-96
    5.3.1 顶层模块  84-86
    5.3.2 相关运算模块  86-87
    5.3.3 前向递推模块  87-90
    5.3.4 后向递推模块  90-91
    5.3.5 软信息提取模块  91-93
    5.3.6 解调器的处理延时和处理速率  93
    5.3.7 SOQPSK信号解调器占用资源  93-96
第六章总结与展望  96-98
致谢  98-100
参考文献  100-104
作者在学期间的研究成果  104

空间通信中高效编码SOQPSK技术的研究与实现

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