卫星信道模拟器中频接口电路的设计与实现

论文摘要

低轨卫星移动通信系统由于其较低的传输时延和较低的终端要求已经成为当前通信领域中发展非常迅速的研究方向和现代化通信强有力的手段。很多国家在建立了低轨卫星系统的同时,进行了卫星信道模拟器的研究。本文首先详细研究Lutz信道模型,对其进行了仿真和性能分析,提取信道特性的指标,为硬件实现提供理论支撑和指标要求。其次,卫星通信系统中关键技术参数进行分析,研究了卫星通信中自由空间传播特性,在此基础上对卫星信道模拟器系统的总体结构和中频接口电路的硬件实现进行设计。在信道模拟器总体结构和系统性能指标的基础上,进而确定信道模拟器中频接口电路系统的设计方案。对中频接口电路系统的硬件的设计主要包括数模、模数转换及其调理电路和信道切换开关的设计。结合中频信号数字化理论,对数模、模数转换及其调理电路、以及信道波束切换设计方和实现进行了详细阐述。此外,在分析卫星信道模拟器中频接口电路系统基础上,提出了验证系统性能的设计方案。此外,本文还针对系统的实际应用要求,对系统专用通信协议的进行设计。在此基础上,结合通信协议,详细介绍了信道切换开关的状态转换的方案设计,并在最后给出状态机在Quartus II的仿真结果。最后,结合测试系统,对中频接口电路系统及信道模拟器总体系统的性能进行了验证,证明信道模拟器的中频接口电路设计合理、实时性、精度高、满足卫星通信中对信道特性的模拟,所完成的设计达到了课题要求,而且对进一步提高原有卫星信道模拟器系统有很大的理论和实践意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究意义与背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外卫星信道模拟的研究状况
• 1.2.2 国内卫星信道模拟的研究状况
• 1.3 本文主要研究的内容和结构
• 第2章 Lutz模型原理及其性能分析
• 2.1 Lutz 分布的实现
• 2.1.1 Gauss 分布模块
• 2.1.2 Rayleigh 分布模块
• 2.1.3 Rician 分布模块
• 2.1.4 Lognormal 分布模块
• 2.1.5 Rayleigh-Lognormal 分布模块
• 2.1.6 多普勒频移模块
• 2.2 Lutz 信道模型传输特性仿真
• 2.3 本章小结
• 第3章 卫星信道模拟器的方案设计
• 3.1 系统指标
• 3.2 卫星传播特性
• 3.2.1 自由空间损耗分析
• 3.2.2 多普勒频移分析
• 3.2.3 其它大气损耗因子及噪声特性分析
• 3.3 卫星信道模拟器的整体实现方案
• 3.4 本章小结
• 第4章 信道模拟器中频接口电路的设计与实现
• 4.1 研究数字化处理中频信号的理论基础
• 4.1.1 信号采样理论
• 4.2 通信协议及接口规范设计
• 4.3 信道模拟器中频接口硬件整体方案
• 4.3.1 中频信号滤波电路模块
• 4.3.2 信号放大模块
• 4.3.3 模数转换模块
• 4.3.4 数模转换模块
• 4.3.5 信道切换模块
• 4.4 信道模拟器中频接口电路的性能验证模块
• 4.5 印制电路板设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 卫星信道模拟器整体的硬件性能测试
• 5.1 测试平台组成
• 5.2 中频接口电路系统性能测试结果
• 5.2.1 额定输入与输出幅度
• 5.2.2 最小输入与输出幅度
• 5.2.3 非频响范围输入与输出
• 5.2.4 噪声特性
• 5.3 卫星信道模拟器系统性能测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢