短突发SOQPSK系统载波同步技术的研究与实现

摘要

短突发通信系统广泛应用于军事通信、卫星通信、深空探测及高速移动通信等领域，由于这些系统的信道都是功率和带宽受限的，因此如何高效地利用有限的功率和频率进行通信成为了短突发通信系统的首要问题。成形偏移四相相移键控(SOQPSK)信号是CPM调制方式的一种特殊形式，是在OQPSK的基础上改进而来。因此，它兼有CPM和OQPSK的特点，具有严格恒包络特性，且具有高频谱利用率、高功率利用率等优势，已成为上述通信系统中最常用的一种调制方式。另外，由于通信双方快速的相对移动，接收信号产生了较大的频偏，为了使其能被接收端可靠地接收，如何在大频偏环境下实现精确的载波同步是一个关键问题。
　　为了解决上述问题，本文首先研究了基于时域相关函数的载波同步算法，包括Kay算法、Fitz算法、L&R算法、M&M算法、CC算法。以及基于频域FFT的载波同步算法，如FFT算法、R&O算法、AVG算法、R&A算法、RPA算法。通过对这两类算法的研究和分析可知，普遍来讲时域算法的估计精度较高，但估计范围较小。而频域算法正好相反，拥有较大的估计范围和较低的估计精度。其中，时域的互相关(CC)算法和频域的旋转平均周期图(RPA)算法分别是这两类载波同步算法中最优秀的。尤其是时域互相关算法，它的估计范围和估计精度可以根据用于互相关运算的两块导频的间距灵活地进行调整。其次，针对时域和频域载波同步算法各自的优缺点，本文提出了一种基于分布式的时频联合(DJTFD)载波同步算法。其主要思想是首先利用频域的旋转平均周期图法进行频偏粗估计，再利用时域互相关算法进行频偏细估计。在导频开销有限的情况下，频域估计残留的剩余频偏较大，因此需要通过分布式的时域估计来兼顾较大的估计范围和较高的估计精度。仿真结果表明，在±50％符号速率的估计范围内，该算法具有较高的估计精度。另外，通过对该算法复杂度的分析可知，其复杂度比较低，易于工程实现。最后，本文基于Verilog硬件描述语言，在Quartus II9.0的开发环境下，对SOQPSK通信系统中的调制解调以及上述载波同步算法进行了FPGA实现，并分析了该FPGA设计的资源占用情况和信息处理速率，同时通过波形仿真验证了该方案的正确性。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2 SOQPSK通信系统

1.3载波同步技术

1.4论文主要内容及结构

第二章 导频辅助的载波同步

2.1系统模型

2.2算法仿真分析

2.3算法复杂度分析

2.4结论

第三章 分布式时频联合的载波同步算法

3.1系统模型

3.2 DJTFD载波同步算法

3.3仿真分析

3.4 DJTFD算法的性能和复杂度分析

3.5结论

第四章 SOQPSK调制解调技术的FPGA实现

4.1量化字长和采样点数

4.2 SOQPSK调制的FPGA实现

4.3 SOQPSK解调的FPGA实现

第五章 SOQPSK载波同步的FPGA实现

5.1 SOQPSK载波同步的FPGA实现

5.2 SOQPSK载波同步的仿真分析

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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