论文题目: “CX-1”低轨小卫星地面手持终端扩频软件解调器的体系结构及关键算法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 微电子学与固体电子学
作者: 蒋毅凯
导师: 杨根庆
关键词: 低轨小卫星通信系统,扩频通信,软件解调器,多普勒频移
文献来源: 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 低轨小卫星短数据通信系统由于小型化、成本低、研制周期短在国民经济与国防建设中有着很好的发展前景。手持终端是“CX-1”低轨小卫星双向短数据通信系统的重要组成部分,扩频解调器的低功耗、快速捕获和自适应干扰抑制是手持终端必须具备的关键特性。 本文以参加“CX-1”小卫星手持终端的研制工作为背景,在已经投入实际使用的扩频软件解调器的基础上深入地研究了手持终端中扩频软件解调器的系统结构和关键算法,研究的重点放在:1.如何满足手持终端的特殊功能要求,即在存在大多普勒频移情况下对扩频信号的快速捕获和在地面恶劣的电磁环境下对小卫星下行通信信号进行自适应干扰抑制。2.如何在尽可能少地降低解调器性能或者不影响解调器性能的前提下,降低扩频软件解调器的运算量,从而达到降低功耗的目的。 首先讨论了扩频解调器的系统模型,包括扩频通信系统的简要介绍,扩频解调器的组成,并推导出“CX-1”小卫星手持终端中扩频解调器在高斯白噪声下的误码率的理论值。随后详细地讨论了扩频软件解调器的硬件和软件设计,并从计算复杂度和解调算法计算量的角度得出了扩频软件解调是可行的结论。 其次对扩频软件解调器中的数字下变频算法和扩频信号的快速捕获算法做了深入的研究。在分析了数字下变频频率合成查找表长度与无杂散动态范围的关系后,针对在存在大多普勒频移情况下的数字下变频器提出了一种改进的数字下变频器结构;比较了软件扩频解调器中采用的二次变频捕获结构和硬件相关器捕获结构相同条件下在捕获时间上的差别,提出了一种将计算量从O(N~2)降低到O(Nlog2(N))的频域相关器算法,与常规频域相关器算法相比,这个算法可以完美地解决FFT长度与伪码长度之间不匹配的缺点。 最后,比较了多普勒剩余频偏的两种估计算法的性能,一种是基于FFT的估计算法,另一种是基于分段解扩的估计算法。提出了一种MMSE(最小均方差)码片插值器算法,并讨论了过采样和码片插值对迟早门定时恢复性能的影响。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 前言
1.1 LEO小卫星移动通信系统
1.2 小卫星手持终端扩频软件解调器
1.3 本文的内容安排
第二章 手持终端 DSSS调制解调器的系统组成
2.1 直接序列扩频通信(DSSS)简介
2.2 “创新一号”小卫星 DSSS调制解调器的系统组成
2.3 信噪比的定义和“CX-1”小卫星 DSSS系统的比特错误概率
2.3.1 信噪比的定义
2.3.2 “CX-1”小卫星DSSS系统的比特错误概率
2.4 本章小结
第三章 “CX-1”小卫星 DSSS解调器的设计
3.1 硬件设计
3.2 软件设计
3.2.1 信号流关系
3.2.2 采样数据的环形缓冲
3.2.3 带通抽取滤波
3.2.4 复数数字下变频
3.2.5 自适应干扰抑制
3.2.6 解扩
3.2.7 频率捕获和 PN码捕获
3.2.8 载波恢复
3.2.9 独特字检测
3.2.10 差分解调和维特比译码
3.2.11 信号强度和失步监测
3.2.12 总运算量的估计
3.3 本章小结
第四章 DSSS调制解调器的关键算法Ⅰ
4.1 数字下变频
4.1.1 数字下变频器的结构
4.1.2 改进的数字下变频器
4.2 伪随机码捕获
4.2.1 简介
4.2.2 捕获系统数学模型
4.2.3 捕获系统的优化
4.2.3.1 捕获系统的结构和捕获策略
4.2.3.2 捕获性能的分析
4.2.3.3 相关器算法的优化
4.2.3.3.1 时域相关器和频域相关器
4.2.3.3.2 频域相关器的FFT长度不匹配
4.2.3.3.3 频域相关器算法在手持终端中的应用
4.3 本章小结
第五章 DSSS调制解调器的关键算法Ⅱ
5.1 频率估计
5.1.1 通过频谱分析估计频率
5.1.2 通过相位增量估计频率
5.1.3 两种频率估计方法的比较
5.2 定时恢复
5.2.1 码片插值器hcI(MMSE插值器)
5.2.2 迟早门和定时恢复环路
5.2.3 相对定时误差对误码率的影响
5.3 本章小结
全文总结
参考文献
博士研究生期间发表论文
附录
致谢
作者简历
发布时间: 2006-02-08
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标签：低轨小卫星通信系统论文; 扩频通信论文; 软件解调器论文; 多普勒频移论文;