LEO卫星移动通信系统馈电链路载波跟踪中的频率补偿方法

论文摘要

在LEO卫星移动通信系统中,星座卫星相对地面做高速运动,卫星与地球站之间传播的无线电波呈现出多普勒频移大、变化快等高动态特性,多普勒效应将会使系统各通信链路的载波中心频率发生偏移,也会导致扩频码速率的偏移,这都会导致数字通信系统的解调性能下降。所以,研究高动态条件下的载波跟踪方法是很有必要的。高动态条件下,载波频率的变化范围会远超出用于载波跟踪的锁相环的捕获带宽,导致锁相环失锁而无法工作,这就需要在载波跟踪前对高动态信号进行预处理,减小或消除其高动态特性。目前常用捕获带宽较大的锁频环对高动态信号进行预处理,捕获信号后再将其送至锁相环完成载波的精确跟踪,此方法在实际系统中已经广泛应用。本文针对LEO卫星移动通信系统的特点,在基于跟踪环路的载波跟踪方法上加以改进,提出了基于频率补偿的载波跟踪方法。该方法的主要思想是利用LEO卫星运行规律作为先验信息,预测出通信过程中的多普勒频移变化规律,再由此补偿多普勒效应对载波频率的影响,是一种开环补偿方法,具有实现简单、高效、资源占用率低等优点,同时也可以在发射机对载波频率实行逆向补偿,消除上行馈电链路的多普勒频移,可以有效的降低卫星接收机和用户终端的复杂度。本文在研究LEO卫星多普勒频移变化规律的基础上,分析了多普勒效应对通信链路载波频率的影响及对扩频系统相关性能的影响,提出了基于频率补偿的馈电链路载波跟踪方法,并在信关站信号处理子系统原理样机中对该方法加以实现,测试结果符合预期目标。本文所提出的基于频率补偿的载波跟踪方法可以有效的改善LEO卫星移动通信系统馈电链路信号传输质量,具有一定的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.2.1 国外系统发展现状
• 1.2.2 国内系统研究现状
• 1.2.3 馈电链路载波跟踪方法国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容及结构
• 第2章 LEO 卫星移动通信系统中的多普勒效应
• 2.1 引言
• 2.2 LEO 卫星移动通信系统多普勒频移的特点
• 2.2.1 多普勒频移的计算模型
• 2.2.2 计算分析与结论
• 2.3 通信链路上的多普勒效应
• 2.3.1 卫星通信链路简介
• 2.3.2 通信链路上的多普勒频移
• 2.3.3 计算分析与结论
• 2.4 多普勒效应对扩频通信系统相关性能的影响
• 2.4.1 载波频率偏移的影响
• 2.4.2 码元速率偏移的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于频率补偿的馈电链路载波跟踪方法
• 3.1 引言
• 3.2 基于跟踪环路的载波跟踪方法
• 3.3 基于频率补偿的载波跟踪方法
• 3.3.1 频率补偿载波跟踪的原理
• 3.3.2 多普勒频率预测方法
• 3.4 基于跟踪环路与基于频率补偿的载波跟踪方法对比
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于频率补偿的馈电链路载波跟踪硬件实现
• 4.1 引言
• 4.2 硬件实现总体方案
• 4.2.1 系统平台
• 4.2.2 上行馈电链路频率预校正
• 4.2.3 下行馈电链路频率补偿
• 4.3 功能模块的设计
• 4.3.1 DDS 的设计
• 4.3.2 乘法器的设计
• 4.4 馈电链路载波跟踪模块功能测试
• 4.4.1 测试平台
• 4.4.2 本振输出测试
• 4.4.3 混频器输出测试
• 4.5 馈电链路载波跟踪模块性能分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢