动中通卫星通信信号载波同步技术研究

论文摘要

本文致力于动中通卫星通信信号载波同步技术研究,论文工作是作者所在实验室承担的某重点工程项目的一部分。动中通卫星通信广泛应用于民用和军事通信领域,载波同步技术是其中的关键技术之一。本文的主要工作、取得的成果及创新点概括如下:1.建立了移动卫星通信环境下的信号模型,其中由多普勒效应引起的多普勒频率和频率变化率是本文的研究重点。研究了针对PSK、QAM信号的去调制方法,重点分析了QAM信号的盲去调制技术。利用非线性函数减化幅度信息,对相位进行倍频处理,有效去除了信号的调制信息。2.研究了经典的多普勒频率估计算法。针对现有算法需要数据辅助去调制、频率估计范围小、不适用于高阶QAM信号的情况,通过研究信号的循环平稳特性、高阶统计量等理论,提出了一种基于循环性检测的频率估计算法。该算法通过计算信号的高阶循环统计量并提取相关循环频率所对应的非零离散谱线估计出频率,无需对信号去调制。与现有算法相比,该算法可在较低信噪比下实现对频率的准确盲估计,估计范围大。3.研究了多普勒频率变化率估计算法。针对现有算法无法估计频率和频率变化率均为较大值时的情况,提出了一种多普勒参数联合估计算法。利用基于循环性检测的算法估计频率,对信号数据辅助去调制后,采用基于相位差分的估计算法估计频率变化率。仿真表明,该算法实现了参数的联合估计,性能较好,相比于现有算法,估计值更接近实际值。4.针对非合作通信中信号先验信息难以获得的情况,提出了一种基于循环统计量的多普勒参数盲估计算法。将数据分段进行频率估计,在频率线性变化的假设下,利用频率差分得到频率变化率。仿真表明,该算法实现了对多普勒参数的全盲估计,性能较好,弥补了现有算法对盲估计技术研究的不足。5.通过分析去调制信号和调频信号模型特点,提出了一种基于调频信号的多普勒参数盲估计算法。将多普勒参数与调频信号的多项式相位系数一一对应,利用估计瞬时频率变化率的CP函数估计频率变化率,用基于循环累积量的算法估计频率。仿真表明,与现有算法相比,该算法频率变化率的盲估计性能提高了一个数量级。6.分析了针对QAM信号的相位估计算法,重点研究了全星座判决反馈环路,结合频率估计算法,提出了一种载波跟踪环路结构。采用基于循环统计量的频率估计算法进行预处理,降低了环路的输入频率值。仿真表明,该算法实现了十字形和方形QAM信号多普勒时变频率及相位的精确跟踪。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 卫星通信系统概述
• 1.3 载波同步参数介绍
• 1.3.1 多普勒频率
• 1.3.2 多普勒频率变化率
• 1.4 载波同步技术的研究现状
• 1.4.1 多普勒频率估计
• 1.4.2 多普勒频率变化率估计
• 1.4.3 相位估计
• 1.5 本文的主要工作及结构安排
• 第二章 QAM 信号盲去调制
• 2.1 信号模型
• 2.2 去调制处理
• 2.2.1 对PSK 信号的去调制处理
• 2.2.2 对QAM 信号的去调制处理
• 2.3 本章小结
• 第三章 多普勒频率估计
• 3.1 多普勒频率估计算法研究
• 3.1.1 最大似然理论概述
• 3.1.2 基于FFT 的算法
• 3.1.3 基于自相关的算法
• 3.1.4 算法小结及下节思路
• 3.2 基于循环性检测的多普勒频率估计
• 3.2.1 循环平稳信号处理概述
• 3.2.2 高阶循环统计量基本理论
• 3.2.3 基于循环性检测的频率估计算法
• 3.2.4 算法仿真与性能分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 时变频率估计
• 4.1 多普勒频率变化率估计算法概述
• 4.1.1 直接估计算法
• 4.1.2 间接估计算法
• 4.1.3 算法小结及下文思路
• 4.2 基于循环累积量和相位差分的多普勒参数联合估计算法
• 4.2.1 算法原理
• 4.2.2 仿真与性能分析
• 4.2.3 算法小结及下文思路
• 4.3 改进的多普勒参数盲估计算法
• 4.3.1 信号频率分析
• 4.3.2 算法原理
• 4.3.3 仿真与性能分析
• 4.3.4 算法小结及下文思路
• 4.4 改进的基于调频信号模型的多普勒参数盲估计算法
• 4.4.1 信号模型
• 4.4.2 算法原理
• 4.4.3 仿真与性能分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 时变载波同步
• 5.1 相位估计
• 5.1.1 基于高阶统计量的相位估计算法
• 5.1.2 基于减化星座的相位估计算法
• 5.1.3 基于锁相环的相位估计算法
• 5.1.4 算法小结及下节思路
• 5.2 时变频率和相位的联合估计
• 5.2.1 算法原理
• 5.2.2 各模块分析
• 5.2.3 仿真与性能分析
• 5.3 本章小结
• 结束语
• 一、全文总结
• 二、展望
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 一、个人简历
• 二、攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢