极低信噪比下编码辅助迭代同步方法

论文摘要

深空信道是典型的功率受限信道,信道中的信噪比极低,但频带资源丰富。在这种信道中,必须使用高编码增益的低码率纠错码才能保证可靠性通信,而这类码字较难设计。在极低信噪比环境下,信号同步是另一个需要解决的难点,它是纠错码达到其理想性能的前提。即使较小的同步偏移都会造成译码器输入信号的功率大幅下降,当译码器的输入信噪比低于译码门限时,译码器将无法正常译码。传统的同步方法将同步器独立于译码器,很难在深空通信中正常工作。而利用译码器输出的软信息辅助同步具有较好的同步性能,并成为新的研究方向。现有的编码辅助（Code Aided,CA）同步算法工作的信噪比区间大约为SNR>-8dB,对于更低的信噪比环境,这些算法存在复杂度高、估计范围小、估计精度较差等问题。本文针对这些问题进行了详细的研究,主要内容如下:首先简要介绍深空通信中信道编码和信号同步发展情况。然后介绍了低码率LDPC-Hadamard码的编译码原理,并设计了短码长低码率的好码,给出了具体的参数,并分析了影响码字性能的因素。在第三章介绍了常用的几种CA同步算法,即EM算法、梯度算法、SP-EM算法,并仿真分析了它们的性能。第四章重点研究了CA载波同步算法。从三个方面研究了复杂度相对较低的CA载波同步算法,即简化的EM算法、基于相关的CA同步算法以及基于级数近似的CA同步算法。仿真结果表明给出的算法能在性能损失可接受的范围内降低复杂度。为扩大估计范围,第五章利用导频和编码共同辅助载波同步。理论和仿真结果表明给出的算法估计精度很高,且具有较大的同步范围。最后研究了定时联合载波同步算法,给出了同步方案及仿真结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 信道编码简介
• 1.1.2 定时和载波同步算法简介
• 1.2 主要内容及结构安排
• 第二章 低码率LDPC 码
• 2.1 编码结构
• 2.2 译码结构
• 2.3 具体码字的设计
• 2.4 仿真结果
• 2.4.1 迭代次数
• 2.4.2 码长
• 2.4.3 码率
• 2.5 本章小结
• 第三章 常用的编码辅助同步算法
• 3.1 信号模型
• 3.2 最大似然估计
• 3.3 EM 算法
• 3.4 梯度算法
• 3.5 SP-EM 算法
• 3.6 衡量同步参数估计性能的标准
• 3.7 仿真结果
• 3.8 本章小结
• 第四章 低复杂度编码辅助载波同步算法
• 4.1 CA 载波同步算法模型
• 4.2 简化的EM 载波同步算法
• 4.2.1 算法描述
• 4.2.2 仿真结果
• 4.3 基于相关的CA 载波同步算法
• 4.3.1 算法描述
• 4.3.2 仿真结果
• 4.4 基于级数近似的CA 载波同步算法
• 4.4.1 算法描述
• 4.4.2 仿真结果
• 4.5 不同算法比较
• 4.6 本章小结
• 第五章 大频偏大相偏情况下的载波同步算法
• 5.1 系统模型
• 5.2 DA 载波同步
• 5.2.1 DA 同步基本算法
• 5.2.2 低信噪比下的同步方案（0dB 左右）
• 5.2.3 极低信噪比下的同步方案（-10dB 左右）
• 5.3 DA 联合CA 载波同步
• 5.4 仿真结果
• 5.4.1 低信噪比下的仿真结果（0dB 左右）
• 5.4.2 极低信噪比下的仿真结果（-10dB 左右）
• 5.5 本章小结
• 第六章 定时联合载波同步算法
• 6.1 定时同步算法
• 6.2 定时联合载波同步算法
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结
• 7.1 研究总结
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果