衛(wèi)星通信低信噪比編碼與解調(diào)技術(shù)研究.pdf

1、近年來,隨著世界各國深空探測及通信技術(shù)的突飛猛進,人類對未知空間領(lǐng)域的探索有了長足的進步。但深空通信存在信噪比低及多普勒頻移嚴重等特征,導致傳統(tǒng)接收機無法有效接收信號。這對保障微弱信號的高可靠接收帶來了巨大挑戰(zhàn)。為了確保深空通信信號接收的可靠性,就需借助現(xiàn)代信道編碼和數(shù)字調(diào)制技術(shù),來共同構(gòu)建一個高性能接收系統(tǒng)。針對這些問題,本文較深入地開展了衛(wèi)星微弱信號高效低碼率編碼及解調(diào)技術(shù)研究。此外,基于軟件無線電技術(shù),結(jié)合所研究的理論算法,本文在

2、FPGA硬件驗證平臺上實現(xiàn)了衛(wèi)星信號接收系統(tǒng)的建模與仿真,驗證了所提系統(tǒng)方案的可行性。全文主要內(nèi)容如下:
　　首先,簡要介紹了數(shù)字衛(wèi)星通信中信道編譯碼和調(diào)制解調(diào)的應用背景。對于信道編譯碼,主要論述了LDPC碼的常用編譯碼方式及原理;對于調(diào)制解調(diào),介紹了QPSK的實現(xiàn)過程,并對主要涉及的成形濾波器、匹配濾波器和載波同步環(huán)作了簡要理論分析。
　　其次,針對深空衛(wèi)星通信背景,介紹了其對信道編碼的要求,討論了碼長、碼率對信道編碼性能

3、的影響。之后,提出了一種基于原模圖擴展,QC-ACE優(yōu)化搜索的低碼率準循環(huán)結(jié)構(gòu)LDPC碼的構(gòu)造方案,并具體分析了該構(gòu)造方案的實現(xiàn)過程。根據(jù)課題要求,給出了一組典型碼字構(gòu)造參數(shù),并將所構(gòu)造LDPC碼與等碼率下Turbo碼及短碼長LDPC碼作了性能對比分析。仿真表明:該碼性能優(yōu)于上述常見碼字,能達到應用要求。
　　再次,簡要介紹了相干解調(diào)載波同步原理。通過對傳統(tǒng)鎖相環(huán)的性能分析,其無法有效完成高動態(tài)載波同步。根據(jù)鎖頻環(huán)、Costas環(huán)

4、以及環(huán)路濾波器的相關(guān)性能分析,提出了一種適用于多種相移鍵控調(diào)制方式且兼具高動態(tài)載波捕獲性能的二階鎖頻環(huán)輔助三階鎖相環(huán)載波同步方案。仿真表明:該方案能夠在不同調(diào)制方式下,較好地實現(xiàn)對高動態(tài)載波信號的捕獲。
　　最后,借助軟件無線電方法,結(jié)合所研究的LDPC碼和載波同步方案,在FPGA硬件驗證平臺上構(gòu)建了較完整的LDPC編碼、QPSK調(diào)制解調(diào)信號接收系統(tǒng)。同時,對核心部分的編碼、成形濾波、數(shù)字變頻、載波同步以及相位模糊糾正模塊的設計過