高效循环谱估计算法的研究及其应用

摘要

直接序列扩谱通信是用一个高速的伪随机序列调制一个数据序列，以展宽并降低信号的功率谱密度的一种先进的通信体制，能获得多址接入、低截获特性和抗干扰能力，因此具有广泛的应用。由于直接序列扩频信号(DS-SS)具有循环平稳特性，通过循环谱分析来发掘信号的周期循环特性，循环平稳理论可以用来进行信号的检测和参数估计。本文在简要介绍了循环谱理论的基础上，对两种高效循环谱密度函数的计算方法(分段谱相关函数算法(SSCA)、FFT累加算法(FAM))进行了详细而深入的讨论，给出了两种算法结构的数字实现，比较了各种方法的运算复杂度。同时还分别在matlab和DSPEVM板上对算法进行了软仿真和硬仿真。为了给验证算法提供现实的BPSK调制的直接序列扩频信号，本文详细介绍了一种多参数可调的扩频信号源的设计方案。本文的工作主要包括如下几个部分： 1.在给出谱相关基本理论的基础上，深入讨论了基于时域平滑和谱平滑的两种循环谱的计算方法。同时介绍了基于循环谱包络的DS-SS信号的码片时宽和载频参数的估计算法。 2.通过对基于时域平滑算法的改进，研究了两种高效的基于FFT变换循环谱估计算法SSCA和FAM。对两种算法的原理、数字实现结构和算法复杂度进行了详细而深入的讨论，并利用matlab的仿真结果对三种算法FSM、FAM和SSCA进行了性能比较。 3.利用锁相环路的线性相位模型，详细讨论了利用锁相环进行频率合成时，频率合成器的主要性能参数如相位噪声和频率稳定度的改进方法。针对多参数可调扩频信号的性能设计要求，对锁相环电路中关键的部分：低通滤波器和压控振荡器的设计进行了深入的讨论，并结合试验给出了具体的设计参数。 4.设计了一种多参数可调扩频信号源方案，包括硬件的各个单元电路(调制电路、伪码发生器电路等)、ARM和主机的软件。并按照设计的要求顺利地完成了信号的测试。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1研究背景

1.2直接序列扩谱信号简介

1.3循环平稳理论的研究现状

1.4本文的主要内容

第二章基于循环谱的DS-SS信号参数估计

2.1引言

2.2参数估计原理

2.2.1谱相关的定义

2.2.2 DS-SS信号的参数估计原理

2.3循环谱函数的计算

2.3.1谱相关函数的两种表达式

2.3.2离散信号的循环谱算法

2.4循环谱估计的分辨率和可靠性

2.5本章小结

第三章循环谱分析器的高效率数字实现

3.1引言

3.2时域平滑算法

3.2.1基本的时域平滑算法

3.2.2基于FFT的时域平滑算法

3.3基于时域平滑两种高效率算法

3.3.1 FFT累加算法(FAM)

3.3.2分段谱相关函数算法(SSCA)

3.4参数估计的算法仿真

3.4.1 FSM、FAM和SSCA算法的仿真

3.4.2 DS-SS信号的参数估计

3.5小结

第四章循环谱分析器的DSP实现

4.1引言

4.2 C6701 DSP的EVM板

4.2.1 EVM板总体框架

4.2.2片外存储器

4.2.3 PCI接口和可编程逻辑

4.3软件开发

4.4循环谱的DSP实现

4.5本章小结

第五章锁相环频率合成电路的设计

5.1引言

5.2锁相环的基本工作原理

5.3锁相环跟踪性能分析

5.3.1时间响应及指标

5.3.2频率响应特性

5.4二阶锁相环路的稳定性分析

5.5二阶锁相环路的相位噪声性能分析

5.6振荡器的稳定性能分析

5.6.1振荡器的稳频原理

5.6.2振荡器的稳频措施

5.6.3 LC振荡器分析和改进

5.7本章小结

第六章多参数可调DS-SS信号源的设计

6.1总体方案介绍

6.2单元电路原理

6.2.1数据扩频部分

6.2.2载波调制电路

6.2.3锁相环电路原理图

6.2.4 FIFO数据传输

6.2.5控制软件部分

6.3信号源输出信号的波形及谱分析

6.4本章总结

结束语

参考文献

致谢

附 录

个人简历

硕士期间发表的论文