星地高速数据传输解调技术研究

论文摘要

随着我国高分辨率卫星遥感系统的发展,遥感信息的质量将大幅提高,实时数据传输量达Gbps数量级。目前我国的星地高速数据传输技术已能达到最高码速率数百Mbps能力。但从长远看,数百Mbps的码速率还不能满足未来实时数据的高速传输要求,开展上Gbps的高速数据传输技术的研究工作十分必要。本文从星地高速数据传输系统特点着手,对高速解调技术开展研究工作。对高速解调方案进行选择；重点开展高速解调技术的硬件平台设计及实现和高速解调数字处理算法设计及实现,并通过计算仿真对设计结果进行了分析。主要工作有：1、完成了高速解调方案选择。对星地高速数据传输体制、主要技术指标要求进行分析论证；对给出的三种高速解调技术方案进行对比分析,选择了能到达上Gbps处理的零中频解调研究方案,并对其主要指标进行了论证。2、根据选择的研究方案开展设计,完成了具备Gbps信号处理能力的高速解调硬件平台设计及实现。对高速解调器的硬件平台进行分解,分别对模拟前端（滤波、模拟信号自动增益控制电路（AGC）、I/Q解调、载波恢复电路、时钟恢复电路）、高速模数转换电路、数字处理电路等几个模块进行分析,给出了各个模块的主要技术指标要求和适当的解决方案。采用双AD采样方案,实现了4Gsps模数转换。从信号完整性和电源完整性的角度提出了高速PCB的设计方法和注意要素。3、完成了高速解调数字处理算法设计及实现,提出了在硬件资源和处理速度之间比较折中的并行结构,并分别对高速并行数字匹配滤波、AGC、高速并行载波恢复、高速并行时钟恢复、高速自适应均衡进行了设计,给出了上Gbps信号数字处理算法实现及FPGA资源消耗情况。4、完成了码速率上Gbps的高速解调器性能测试。分析高速解调器的输入信号动态范围测试方法和两种误码率性能测试方法；给出了性能指标测试结果：系统误码率为1×10-7时,解调损失偏离理论值2.1dB,达到了设计预期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 本文主要工作及内容安排
• 第二章 高速解调方案选择
• 2.1 星地高速数据传输系统特性分析
• 2.1.1 工作频段不断提高
• 2.1.2 信号带宽增加
• 2.1.3 传输损耗大
• 2.1.4 信号电平动态大
• 2.1.5 信号多普勒频移大
• 2.2 星地高速数据传输体制选择
• 2.3 高速解调技术研究主要技术指标要求
• 2.4 高速解调技术研究方案比较
• 2.5 高速解调主要指标论证
• 2.5.1 A/D转换器定点量化对系统性能影响与ADC选择
• 2.5.2 定点量化实现的匹配滤波器与FPGA实现性能分析
• 2.5.3 定时误差对系统性能的影响
• 2.5.4 载波估计误差对系统性能的影响
• 2.5.5 I/Q正交不平衡对系统性能影响
• 2.5.6 AGC控制对系统性能影响
• 2.5.7 系统误码率性能指标分配
• 2.6 本章小节
• 第三章 高速解调硬件平台
• 3.1 硬件平台研究方案
• 3.2 模拟前端
• 3.3 高速模数转换
• 3.3.1 采样原理
• 3.3.2 高速ADC选择
• 3.3.3 高速模数转换电路设计
• 3.4 数字处理电路
• 3.4.1 数字处理器件选择
• 3.4.2 数字处理电路设计
• 3.5 高速PCB设计
• 3.5.1 电路的布局和布线
• 3.5.2 信号完整性设计
• 3.5.3 电源完整性设计
• 3.6 本章小节
• 第四章 高速解调并行数字处理
• 4.1 数字解调原理及实现
• 4.1.1 数字式解调器模型
• 4.1.2 旋转变换
• 4.1.3 相位跟踪
• 4.1.4 码元定时恢复
• 4.2 高速解调数字处理实现
• 4.3 高速并行数字匹配滤波技术
• 4.3.1 频域并行FFT/IFFT匹配滤波器
• 4.3.2 时域并行FIR匹配滤波器
• 4.4 AGC设计
• 4.5 高速并行载波恢复技术
• 4.5.1 并行处理载波恢复算法
• 4.5.2 辅助捕获方法
• 4.6 高速并行时钟恢复技术
• 4.7 高速自适应均衡技术
• 4.7.1 高速自适应均衡器结构
• 4.7.2 高速自适应均衡器误差提取算法
• 4.7.3 高速自适应均衡器仿真
• 4.7.4 高速自适应均衡器实现
• 4.8 高速解调算法实现
• 4.9 本章小结
• 第五章 性能测试与结果分析
• 5.1 性能测试方法
• 5.1.1 输入信号动态范围测试方法
• 5.1.2 误码率性能功率积分测试方法
• 5.1.3 误码率性能IESS308测试方法
• 5.2 性能测试结果
• 5.3 性能测试结果分析
• 5.4 本章小节
• 第六章 总结
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步工作方向
• 致谢
• 参考文献