低信噪比衛(wèi)星通信中的編碼與解調(diào)技術(shù)研究.pdf

1、隨著衛(wèi)星通信及深空探測(cè)的發(fā)展，無(wú)線傳輸日益成為現(xiàn)代高質(zhì)量通信的挑戰(zhàn)。其表現(xiàn)如下：一、傳輸距離遠(yuǎn)，導(dǎo)致接收信號(hào)信噪比很低；二、通信雙方相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度快、飛行器運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，導(dǎo)致接收信號(hào)往往具有復(fù)雜的多普勒效應(yīng)。如接收信號(hào)有較大多普勒頻移，且伴隨頻率加速度，甚至頻率加加速度。在這些環(huán)境下接收微弱高動(dòng)態(tài)信號(hào)實(shí)現(xiàn)可靠通信，就需采用糾錯(cuò)能力強(qiáng)的現(xiàn)代信道編碼技術(shù)和能捕獲和跟蹤高動(dòng)態(tài)信號(hào)的同步解調(diào)技術(shù)。低密度奇偶校驗(yàn)(Low Density Parit

2、y Check，LDPC)碼具有高編碼增益和逼近香農(nóng)限的糾錯(cuò)能力，將是衛(wèi)星及深空通信中信道編碼強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。如衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)采用LDPC碼作為其信道編碼方案，國(guó)際空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)也將LDPC碼作為近地和深空應(yīng)用的信道編碼標(biāo)準(zhǔn)。鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)的載波跟蹤方案能對(duì)高動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行良好的跟蹤，目前已得到較好應(yīng)用。本文主要針對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題開(kāi)展以下研究：構(gòu)造性能較好且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低的LDPC碼，利用其優(yōu)異糾錯(cuò)能力克服遠(yuǎn)距離帶來(lái)的過(guò)多誤碼

3、問(wèn)題；有效捕獲和跟蹤高動(dòng)態(tài)微弱信號(hào)，實(shí)現(xiàn)低信噪比下高動(dòng)態(tài)信號(hào)的解調(diào)。全文主要內(nèi)容如下：
　　首先，系統(tǒng)介紹了LDPC碼相關(guān)理論，包括其構(gòu)造方法、編譯碼原理等，并分析了影響其性能和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的主要因素。根據(jù)以上分析，結(jié)合原模圖構(gòu)造了低復(fù)雜度準(zhǔn)循環(huán) LDPC碼。其中，通過(guò)優(yōu)化碼字圍長(zhǎng)和環(huán)連通性等特征，構(gòu)造了低碼率、低復(fù)雜度、高糾錯(cuò)性能的LDPC碼。仿真表明：信噪比為0dB時(shí)譯碼迭代10次，誤碼率達(dá)到了10?以下。因此，該研7究成果可應(yīng)

4、用于低信噪比傳輸?shù)男l(wèi)星與深空通信等通信領(lǐng)域，具有較好應(yīng)用前景；
　　其次，闡述了微弱高動(dòng)態(tài)信號(hào)解調(diào)的若干關(guān)鍵技術(shù)，主要包括載波捕獲和載波跟蹤技術(shù)。首先，介紹和分析了傳統(tǒng)載波捕獲方案，并針對(duì)其不足，引入了二維載波捕獲及其改進(jìn)方案。之后，分析對(duì)比了現(xiàn)有載波跟蹤環(huán)路——鎖相環(huán)和鎖頻環(huán)，特別是對(duì)比和改進(jìn)了其跟蹤精度、抗噪聲性能和動(dòng)態(tài)捕獲性能。最后，提出了二階鎖頻環(huán)輔助的三階鎖相環(huán)載波跟蹤方案，適用于低信噪比解調(diào)。仿真表明：該算法在低信噪比

5、下，跟蹤高動(dòng)態(tài)信號(hào)能力良好，獲得較好的解調(diào)效果；
　　最后，將所提的高性能LDPC碼應(yīng)用于衛(wèi)星通信常用的QPSK調(diào)制系統(tǒng)中，構(gòu)成了完整的LDPC編碼QPSK調(diào)制基帶處理系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了綜合仿真與驗(yàn)證。同時(shí)，對(duì)該系統(tǒng)的編碼器和全數(shù)字QPSK調(diào)制器進(jìn)行了模塊劃分和設(shè)計(jì)，在FPGA平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了整個(gè)LDPC編碼QPSK調(diào)制系統(tǒng)。并對(duì)其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析和總結(jié)。
　　本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的編碼調(diào)制系統(tǒng)抗噪能力強(qiáng)，誤碼率低，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，穩(wěn)