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低信噪比条件下迭代接收关键技术研究

目前,中继卫星高速数据传输技术是无线通信技术研究的热点之一,也是发展我国空间信息网络必须解决的关键技术之一。随着高速数传技术的发展,越来越多高级编译码技术被应用其中,由于这些编译码算法极大地降低了译码门限,给传统同步算法带来了巨大的挑战。

论文针对低信噪比条件下码辅助同步技术进行研究,主要包括四方面内容:(1)低信噪比条件下码辅助符号定时算法;(2)低信噪比条件下码辅助载波同步技术;(3)低信噪比条件下LDPC编码系统的帧同步;(4)传统同步算法的高速FPGA实现。论文第一部分研究了低信噪比条件下宽带正交调制信号的符号定时技术。

首先分析了定时偏差对系统性能的影响,传统定时算法在低信噪比条件下的性能,以及码辅助定时算法的必要性。其次由于利用牛顿迭代算法去实现基于EM的码辅助定时算法的计算复杂度太高,本文提出了利用最速下降法来实现该过程,仿真表明该算法复杂度降低,但估计性能仍然能满足要求。

最后针对码辅助定时和传统符号定时共有的定时偏差较大时有偏估计问题,本文提出了利用M值与码辅助精估计进行级联的解决方案,仿真结果表明算法性能极佳,且复杂度适中。论文第二部分研究了宽带正交调制信号的载波同步技术。

首先分析了载波偏差对系统性能的影响,为宽带正交调制信号的载波同步设计提供了具体指标。其次总结了传统的前向频偏估计算法,并分析了现有码辅助载波频偏估计算法的特点,提出了一种基于采样自相关函数的码辅助频偏估计的通用形式,为折中考虑算法复杂度和性能提供了一个统一模型。

最后针对基于EM框架的码辅助载波同步算法估计范围极小的缺陷,提出利用M值算法来进行粗估计,使得残留载波频偏和相偏缩小至EM算法的估计范围内。在此基础上,本文还提出利用内插器和门限检测来进一步减小M值搜索次数,有效地降低了算法复杂度。

论文第三部分分析了传统帧同步算法以及现有几种码辅助帧同步方法的缺陷,提出一种码辅助组合帧同步算法,该算法能同时利用码辅助信息以及帧同步码信息。仿真结果表明该算法能以较低的运算复杂度和较高的频谱效率逼近理想帧同步时的系统性能。

论文最后介绍了高速数传系统中传统同步算法在FPGA芯片上的并行实现方案,并提出了一种包括符号定时、载波同步以及帧同步的码辅助联合同步方案。