基于平流层通信系统基带模块的仿真与实现

论文摘要

平流层通信平台等效于将基站放置在20km～50km高空,其覆盖范围扩展到300km～500km。平流层平台与地面平台相比,具有广阔的视距范围,较远的通信距离,降低的信道衰落,因而发射功率可以显著减少,不但大大降低了建设地面信息基础设施的费用,而且也降低了对基站周围的辐射污染。MF-TDMA也称“多频时分多址”,它采用FDMA与TDMA相结合的二维多址方式。其优势在于载波频率和分配带宽都可以灵活适应多变的多媒体传输要求,而且时隙和突发速率都可以根据网控中心的要求来改变。针对系统信号的突发性质,本文采用了适合突发通信特点的算法和设计来进行平流层通信系统基带模块的仿真以及实现,主要包括数字下变频模块、符号定时同步模块以及载波同步模块。本文首先介绍了平流层通信平台和MF-TDMA技术的概念以及特点,在此基础上提出了基于软件无线电的MF-TDMA系统的发送端和接收端的结构。MF-TDMA这类信号的传输每次只占用很短的的时间片,通常称此时间为时隙,不同用户占用不同时隙,持续时间很短,针对这种情况,对接收机信号的捕获和同步的建立就提出了时间上的要求。在数字下变频模块的仿真与实现上,本文首先介绍了数字下变频的原理及构成,主要包括数控震荡器、HB滤波器、CIC滤波器、低通滤波器这几个部分,然后根据系统要求分别对其进行了设计,用CORDIC流水结构实现数控震荡器,采用5级CIC滤波器级联,2级HB滤波器级联,采用DA算法优化低通滤波器。在符号定时同步模块的仿真与实现上,本文介绍了符号定时同步的原理及主要结构,针对系统信号的突发特性,采用了开环形式的结构,分别对符号定时同步模块的三个主要部分:定时误差估计、内插控制和插值滤波器进行了设计。在载波同步模块的仿真与实现上,本文介绍了相关同步参数的最大似然估计的原理,在此基础上提出了便于实现的频偏估计算法和相偏估计算法,讨论了它们的性能,并分别对频偏估计器及相偏估计器进行了设计。最后,对MF-TDMA系统进行了仿真,并讨论了该系统的性能。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 平流层通信平台
• 1.2 MF-TDMA概述
• 1.2.1 FDMA概述
• 1.2.2 TDMA概述
• 1.3 软件无线电
• 1.4 MF-TDMA系统结构
• 1.5 论文结构及内容安排
• 第二章 信号采样与速率匹配
• 2.1 信号采样理论
• 2.1.1 基本采样理论—Nyquist采样定理
• 2.1.2 带通信号采样理论—带通采样定理
• 2.2 多速率信号处理
• 2.2.1 整数倍抽取
• 2.2.2 整数倍内插
• 2.2.3 发送和接收滤波器
• 2.3 小结
• 第三章 数字下变频模块的仿真与实现
• 3.1 概述
• 3.2 数控振荡器（NCO）
• 3.2.2 CORDIC算法
• 3.2.3 NCO的仿真与实现
• 3.3 抽取滤波器的选取和设计
• 3.3.2 CIC滤波器
• 3.3.3 HB模块
• 3.3.4 FIR低通滤波器
• 3.4 下变频模块的仿真和实现
• 3.5 小结
• 第四章 符号定时同步模块的仿真与实现
• 4.1 概述
• 4.2 定时同步的基本原理
• 4.2.2 定时同步参数的最大似然估计
• 4.2.3 定时同步方法
• 4.3 定时误差估计
• 4.4 插值控制
• 4.5 插值滤波器
• 4.5.1 插值滤波器原理
• 4.5.2 插值滤波器的性能
• 4.5.3 插值滤波器的仿真与实现
• 4.6 定时同步的仿真与实现
• 4.7 小结
• 第五章 载波同步模块的仿真与实现
• 5.1 概述
• 5.2 载波同步参数的最大似然估计
• 5.2.1 最大似然数据辅助的基本原理
• 5.2.2 非数据辅助的基本原理
• 5.3 频偏估计
• 5.3.1 基于 DA的频偏估计算法
• 5.3.2 频偏估计的仿真与实现
• 5.4 相偏估计
• 5.4.1 基于 NDA的相偏估计算法
• 5.4.2 相偏估计的仿真与实现
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 6.1 MF-TDMA系统结构
• 6.2 系统仿真与性能分析
• 6.3 总结与未来展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历、在学期间的研究成果及已发表的学术论文