高动态环境中多进制扩频系统基带同步技术研究

论文摘要

直接序列扩频通信系统(DSSS)凭借其抗干扰能力强、保密性好等诸多优点在现代通信中获得了广泛的应用。但扩频通信抗干扰能力的获得是以扩展信号带宽为代价的,在带宽受限的环境中,其应用就受到了限制,因而如何提高扩频效率成为一个重要的研究课题。多进制正交码扩频技术就是解决这一问题的一种行之有效的方法。在高动态环境中,载体发送的信号在接收端将产生很大的多普勒频移、多普勒频移的一次变化率和二次变化率。针对上述特点,本论文主要研究了在高动态环境中多进制扩频系统的伪码和载波捕获算法以及载波跟踪算法,并利用MATLAB仿真软件对算法的性能进行仿真验证。本论文采用基于FFT的捕获算法,对算法的捕获结构和捕获性能进行了一些理论分析,对采用基于FFT捕获结构实现高动态扩频信号快捕过程中的几个关键问题进行了讨论,在搜索到伪码相位的同时粗略估计出载波多普勒频移值,估计误差在FFT频率分辨率的一半之内,从而将载波频率、伪码相位的二维捕获过程变为伪码相位的一位捕获过程,减少了捕获时间。在跟踪阶段,采用最大似然估计、卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波三种跟踪算法,对各个算法的基本原理以及多进制解扩方案进行了研究,并通过MATLAB仿真数据获得在相干解扩和非相干解扩时的载波跟踪性能和误码率性能。在内容安排上,本文首先介绍一些相关技术和基本概念,然后分为捕获和跟踪两个阶段对各自的同步算法进行研究和讨论,并针对系统所采用的QPSK调制方式,提出了一种改进的适用于QPSK调制的多进制非相干解扩算法。论文最后一章,对全文进行了总结。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文主要工作
• 第二章 多进制扩频系统原理概述
• 2.1 多进制扩频系统的基本原理
• 2.2 发射机模型
• 2.2.1 同步头的设计
• 2.2.2 多进制扩频模块设计
• 2.2.3 QPSK 调制
• 2.2.4 成形滤波器的设计
• 2.3 接收机模型
• 2.4 多进制扩频通信的误码性能
• 2.4.1 相干解扩时的误码性能
• 2.4.2 非相干解扩时的误码性能
• 2.5 多进制扩频在通信中的应用与发展
• 2.6 本章小节
• 第三章 高动态环境中同步头快速捕获算法研究
• 3.1 传统的扩频信号捕获方法
• 3.2 基于FFT 的快速捕获算法
• 3.3 PMF-FFT 快速捕获方法
• 3.3.1 PMF-FFT 捕获基本原理
• 3.3.2 PMF-FFT 捕获结构的幅频响应
• 3.3.3 FFT 运算中的扇贝损失及其改善方法
• 3.3.4 PMF-FFT 结构的捕获性能分析
• 3.4 多周期图平均法谱估计
• 3.5 一种改进的自适应捕获门限技术
• 3.6 部分仿真参数的设置和仿真结果
• 3.6.1 PMF 结构的规模X 的确定
• 3.6.2 多周期图平均法谱估计仿真结果
• 3.6.3 捕获概率仿真结果
• 3.7 本章小节
• 第四章 高动态环境载波跟踪算法研究
• 4.1 非相干接收机的模型
• 4.1.1 单/双码判决规则
• 4.1.2 I/Q 两路数据的区分
• 4.2 最大似然估计算法
• 4.2.1 基本原理
• 4.2.2 部分性能分析
• 4.2.3 仿真结果
• 4.3 基于卡尔曼滤波的跟踪算法
• 4.3.1 卡尔曼滤波的基本原理
• 4.3.2 基于卡尔曼滤波的载波跟踪算法
• 4.3.3 仿真结果
• 4.4 基于扩展卡尔曼滤波的载波跟踪技术
• 4.4.1 EKF 算法的基本原理
• 4.4.2 基于扩展卡尔曼滤波的载波跟踪算法
• 4.4.3 仿真结果
• 4.5 本章小节
• 第五章 结束语
• 5.1 结论及本文的主要贡献
• 5.2 存在的问题和未来的研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果