π/4-QPSK全数字调制解调机

摘要

随着微电子技术、信号处理技术和计算机技术的发展，通信技术经历了一个从模拟到数字的变革过程。数字通信以其自身的优秀品质得到了社会的公认，赢得了广泛的市场，迅速占据了通信领域的主导地位。 基于卫星通信的移动通信系统和个人通信系统的应用也越来越广泛，如何对卫星信号进行准确的接收和解调，满足突发工作模式的要求，就成为我们所面临的一个新课题。另一方面，由于Internet的驱动，像其他通信技术一样，卫星通信正转向满足数据通信的全面需求。具体讲，一方面已经成熟的基于C波段和Ku波段技术的VSAT系统不断演进满足了Internet业务的要求，并成为全球Internet网的一个重要组成部分，另一方面采用更高的Ka频段技术，可真正实现个人通信的宽带卫星通信系统，特别是低轨道卫星群系统正在开发、试验和建设之中，本文讨论的就是Ka波段战术数字卫星通信技术研究中的全数字调制解调机。近些年来出现的许多新概念和新思想，诸如多波速天线、智能天线、软件无线电、多波速星上转接、星上处理、VSAT卫星通信、移动卫星通信、智能化网络、现代编码调制及自适应信号处理技术等功率/频谱有效利用新技术以及IP QoS的物理层、MAC层、会聚层及应用层方面有效的协议处理技术等与卫星通信自身特征紧密结合，产生了一系列特有的新技术。这些新概念、新思想和新技术的实现，推动了卫星通信技术全面、快速地向新一代卫星通信系统转变的进程。上述通信系统所要涉及的一项关键技术就是全数字接收技术。 本文的主要任务是研究开发Ka波段下的π/4-QPSK全数字调制接收机，其内容涉及信道编译码、交织处理、变速率处理以及数字调制解调，本文主要研究π/4-QPSK数字解调的定时同步和载波恢复算法，以及在ADSP21161开发环境下的调制解调实现。论文期间，经过阅读相关文献，研究前人的成熟做法，结合现有的数字信号处理器水平，根据实际工程中的通信条件，设计出合适的数字化解调方案，通过数学分析并结合计算机仿真验证设计方案的可行性。具体在以下几个方面开展了研究： 1、查阅了大量参考文献，分析比较了多种解调算法，选定最大平均功率算法解决定时同步的问题，并在MATLAB环境下进行算法仿真，验证了算法的可行性和可靠性。 2、考虑到频偏存在的影响，经过查阅大量参考文献，在传统频偏检测电压产生电路-平衡正交相关器和双滤波器频偏检测器的基础上，仿真研究了全数字载波频偏观测算法，验证了算法的正确性和可行性。 3、定时同步采用最大平均功率定时同步算法，频偏的估计采用全数字频偏观测器估计，对符号定时以及载波频偏的估计实施卡尔曼滤波，总结出全数字解调算法的体系结构，简要提出了系统的硬件设计方案。 4、在ADSP-21161N评估板上完成了最大平均功率定时同步算法的DSP软件设计，通过解调π/4-QPSK信号验证了算法的正确行和实用性。 全数字解调算法是由一系列的数字信号处理算法构成的。为了方便数字信号处理算法的实施，全数字解调算法实现的体系结构与传统的模拟方法相比有很大的改变，尤其是同步系统已经完全不同于传统的同步系统结构，本地参考载波和采样时钟信号的频率和相位都是不能调整的，所以锁相环技术在全数字解调算法中不能直接使用。得出一种全数字解调算法的设计方案，其中定时同步采用最大平均功率定时同步算法，载波的频偏采用频偏估计器实现。时延估计和频偏估计都可以采用卡尔曼滤波方法获得无偏的最小方差估计。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：英文缩略语

声明

第一章绪论

§1.1课题来源和背景

§1.2本文的关键技术

§1.3本文研究的主要内容

§1.4论文内容安排

第二章全数字接收机基础理论

§2.1采样定理

§2.1.1 Nyquist采样定理

§2.1.2带通采样定理

§2.2抽取与内插

§2.2.1整数倍抽取

§2.2.2整数倍内插

§2.3卡尔曼滤波

§2.3.1离散卡尔曼滤波算法的结构

§2.3.2对卡尔曼滤波的理解

§2.4数字下变频技术

第三章π／4-QPSK调制解调原理及系统结构

§3.1 π／4-QPSK调制原理

§3.2 π／4-QPSK解调原理

第四章 定时同步算法的研究

§4.1 非线性变换理论基础

§4.2数字滤波平方定时算法

§4.3最大平均功率定时算法

§4.3.1算法原理

§4.3.2算法仿真

§4.3.3算法优点

第五章 全数字频偏估计算法

§5.1传统的频偏检测器

§5.1.1平衡正交相关器频偏检测器

§5.1.2双滤波器频偏检测器

§5.2全数字频偏估计算法

§5.2.1算法原理

§5.2.2仿真结果

第六章π／4-QPSK全数字调制解调的设计方案

§6.1 硬件电路设计方案

§6.1.1全数字解调算法结构框图

§6.1.2时延估计与卡尔曼滤波

§6.1.3载波频偏估计与卡尔曼滤波

§6.2全数字解调算法的DSP软件设计

§6.2.1 ADSP2116l的开发环境

§6.2.2π／4-QPSK及定时同步算法在DSP评估板上的实现

第七章总结与展望

§7.1 论文主要工作的总结

§7.2前景与展望

参考文献

致谢