特种小卫星扩频通信系统中的下变频与纠错编码的研究

摘要

本文主要研究在特种小卫星扩频通信系统中的下变频和纠错编码技术。下变频和基于级联码的差错控制系统是该特种小卫星扩频通信系统的关键部分，并且在通信系统中有着广泛地应用。 本文首先简要地介绍了直接序列扩频通信的基本原理，以及数字化的实现。给出了该扩频通信系统终端的总体设计框图，并且根据该框图阐述了本课题的主要研究内容。 随后就下变频在扩频通信系统中用作基带的恢复做了深入地研究。由于数字化的扩频、解扩是在数字基带进行的处理。所以把模拟的中频信号变为数字基带信号的下变频器就显得非常重要。在这里下变频器的作用是将由前一级接收而来的模拟中频信号变为模拟的基带信号，再经过A/D转换和抽取滤波成为数字的基带信号。其中，将带有数据信息的中频信号变为除去载波的基带信号由科思塔斯环(COSTAS)完成。并对锁相环对噪声的过滤性能、A/D转换原理和抽取滤波的组成及性能进行了深入地分析。 在用科思塔斯环作基带恢复时会不可避免地出现“倒π”现象，用差分调制可以避免在接收端发生错误的恢复。DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。分析阐述了差分调制与解调的特点。 本文同时也就基于级联码的差错控制系统设计作了分析，主要包括RS码和卷积码的构成、编码、译码、交织和去交织。此方案使用内码和外码。当信道产生少量的随机错误时，通过内码就可以纠正。当产生较长的突发错误或随机错误很多，超过内码的纠错能力，则内译码器产生错译，输出的码字有几个错误。但这仅相当于外码的几个符号错误，外码译码器就能较容易地纠正。这种译码方法使得译码器的复杂性和计算量，大大低于有相同参数的其它单级分组码。所以在干扰很强的深空通信中，基于级联码的差错控制技术得到广泛的应用。 最后给出了实际电路的硬件实现过程。主要包括科思塔斯环、A/D转换、抽取滤波、数字匹配滤波器(DMF)、调制、扩频、级联码的编、译码和交织器。同时，也给出了各部分的实验波形。

目录

文摘

英文文摘

1.1扩频通信的基本原理

1.2全数字化的扩频解扩系统

1.3本课题的主要研究内容

2.1锁相环用于相干通信的基本概念

2.2环路对噪声的过滤性能

2.2.1环路对输入噪声的过滤性能

2.2.2环路对VCO相位噪声的过滤性能

2.3锁相环解调器原理

2.4 A/D转换和抽取滤波

2.4.1 A/D转换器原理

2.4.2抽取滤波器

4.1级联编码方案

4.1.1 RS码(255,239)编码

4.1.2卷交织器方案

4.1.3卷积码(2,1,7)编码

4.2级联码的译码

4.2.1 RS码的译码

4.2.2卷积码译码

5.1用FPGA/CPLD实现扩频和调制

5.1.1 FPGA、CPLD的简要介绍

5.1.2数据经过扩频、调制后的波形

5.2科思塔斯环(COSTAS)电路实验

5.2.1鉴相器(PD)的设计

5.2.2环路滤波器(LF)的设计

5.2.3压控振荡器(VCO)的设计及其实测特性

5.2.4用MC1595设计宽带线性四象限乘法器

5.2.5无源LC低通滤波器的设计和低通特性

5.2.6环路工作时的基带恢复情况

5.3抽取滤波、DMF和编解码

5.3.1抽取滤波和DMF解扩

5.3.2用CPLD和AHA4210实现级联码的编译码

结论

致谢

参考文献