电子与通信工程专业优秀论文电子与通信工程专业优秀论文 /4-QPSK/4-QPSK 全数字调制解调机全数字调制解调机关键词：定时同步关键词：定时同步 载波恢复载波恢复 频偏估计频偏估计 卡尔曼滤波卡尔曼滤波 全数字调制解调机全数字调制解调机 卫星通卫星通 信信摘要：随着微电子技术、信号处理技术和计算机技术的发展，通信技术经历了 一个从模拟到数字的变革过程。数字通信以其自身的优秀品质得到了社会的公 认，赢得了广泛的市场，迅速占据了通信领域的主导地位。 基于卫星通信的 移动通信系统和个人通信系统的应用也越来越广泛，如何对卫星信号进行准确 的接收和解调，满足突发工作模式的要求，就成为我们所面临的一个新课题。 另一方面，由于 Internet 的驱动，像其他通信技术一样，卫星通信正转向满足 数据通信的全面需求。具体讲，一方面已经成熟的基于 C 波段和 Ku 波段技术的 VSAT 系统不断演进满足了 Internet 业务的要求，并成为全球 Internet 网的一 个重要组成部分，另一方面采用更高的 Ka 频段技术，可真正实现个人通信的宽 带卫星通信系统，特别是低轨道卫星群系统正在开发、试验和建设之中，本文 讨论的就是 Ka 波段战术数字卫星通信技术研究中的全数字调制解调机。近些年 来出现的许多新概念和新思想，诸如多波速天线、智能天线、软件无线电、多 波速星上转接、星上处理、VSAT 卫星通信、移动卫星通信、智能化网络、现代 编码调制及自适应信号处理技术等功率/频谱有效利用新技术以及 IP QoS 的物 理层、MAC 层、会聚层及应用层方面有效的协议处理技术等与卫星通信自身特 征紧密结合，产生了一系列特有的新技术。这些新概念、新思想和新技术的实 现，推动了卫星通信技术全面、快速地向新一代卫星通信系统转变的进程。上 述通信系统所要涉及的一项关键技术就是全数字接收技术。 本文的主要任务 是研究开发 Ka 波段下的 /4-QPSK 全数字调制接收机，其内容涉及信道编译码、 交织处理、变速率处理以及数字调制解调，本文主要研究 /4-QPSK 数字解调 的定时同步和载波恢复算法，以及在 ADSP21161 开发环境下的调制解调实现。 论文期间，经过阅读相关文献，研究前人的成熟做法，结合现有的数字信号处 理器水平，根据实际工程中的通信条件，设计出合适的数字化解调方案，通过 数学分析并结合计算机仿真验证设计方案的可行性。具体在以下几个方面开展 了研究： 1、查阅了大量参考文献，分析比较了多种解调算法，选定最大平 均功率算法解决定时同步的问题，并在 MATLAB 环境下进行算法仿真，验证了算 法的可行性和可靠性。 2、考虑到频偏存在的影响，经过查阅大量参考文献， 在传统频偏检测电压产生电路-平衡正交相关器和双滤波器频偏检测器的基础上， 仿真研究了全数字载波频偏观测算法，验证了算法的正确性和可行性。 3、 定时同步采用最大平均功率定时同步算法，频偏的估计采用全数字频偏观测器 估计，对符号定时以及载波频偏的估计实施卡尔曼滤波，总结出全数字解调算 法的体系结构，简要提出了系统的硬件设计方案。 4、在 ADSP-21161N 评估 板上完成了最大平均功率定时同步算法的 DSP 软件设计，通过解调 /4-QPSK 信号验证了算法的正确行和实用性。 全数字解调算法是由一系列的数字信号 处理算法构成的。为了方便数字信号处理算法的实施，全数字解调算法实现的 体系结构与传统的模拟方法相比有很大的改变，尤其是同步系统已经完全不同 于传统的同步系统结构，本地参考载波和采样时钟信号的频率和相位都是不能 调整的，所以锁相环技术在全数字解调算法中不能直接使用。得出一种全数字 解调算法的设计方案，其中定时同步采用最大平均功率定时同步算法，载波的频偏采用频偏估计器实现。时延估计和频偏估计都可以采用卡尔曼滤波方法获 得无偏的最小方差估计。正文内容正文内容随着微电子技术、信号处理技术和计算机技术的发展，通信技术经历了一 个从模拟到数字的变革过程。数字通信以其自身的优秀品质得到了社会的公认， 赢得了广泛的市场，迅速占据了通信领域的主导地位。 基于卫星通信的移动 通信系统和个人通信系统的应用也越来越广泛，如何对卫星信号进行准确的接 收和解调，满足突发工作模式的要求，就成为我们所面临的一个新课题。另一 方面，由于 Internet 的驱动，像其他通信技术一样，卫星通信正转向满足数据 通信的全面需求。具体讲，一方面已经成熟的基于 C 波段和 Ku 波段技术的 VSAT 系统不断演进满足了 Internet 业务的要求，并成为全球 Internet 网的一 个重要组成部分，另一方面采用更高的 Ka 频段技术，可真正实现个人通信的宽 带卫星通信系统，特别是低轨道卫星群系统正在开发、试验和建设之中，本文 讨论的就是 Ka 波段战术数字卫星通信技术研究中的全数字调制解调机。近些年 来出现的许多新概念和新思想，诸如多波速天线、智能天线、软件无线电、多 波速星上转接、星上处理、VSAT 卫星通信、移动卫星通信、智能化网络、现代 编码调制及自适应信号处理技术等功率/频谱有效利用新技术以及 IP QoS 的物 理层、MAC 层、会聚层及应用层方面有效的协议处理技术等与卫星通信自身特 征紧密结合，产生了一系列特有的新技术。这些新概念、新思想和新技术的实 现，推动了卫星通信技术全面、快速地向新一代卫星通信系统转变的进程。上 述通信系统所要涉及的一项关键技术就是全数字接收技术。 本文的主要任务 是研究开发 Ka 波段下的 /4-QPSK 全数字调制接收机，其内容涉及信道编译码、 交织处理、变速率处理以及数字调制解调，本文主要研究 /4-QPSK 数字解调 的定时同步和载波恢复算法，以及在 ADSP21161 开发环境下的调制解调实现。 论文期间，经过阅读相关文献，研究前人的成熟做法，结合现有的数字信号处 理器水平，根据实际工程中的通信条件，设计出合适的数字化解调方案，通过 数学分析并结合计算机仿真验证设计方案的可行性。具体在以下几个方面开展 了研究： 1、查阅了大量参考文献，分析比较了多种解调算法，选定最大平 均功率算法解决定时同步的问题，并在 MATLAB 环境下进行算法仿真，验证了算 法的可行性和可靠性。 2、考虑到频偏存在的影响，经过查阅大量参考文献， 在传统频偏检测电压产生电路-平衡正交相关器和双滤波器频偏检测器的基础上， 仿真研究了全数字载波频偏观测算法，验证了算法的正确性和可行性。 3、 定时同步采用最大平均功率定时同步算法，频偏的估计采用全数字频偏观测器 估计，对符号定时以及载波频偏的估计实施卡尔曼滤波，总结出全数字解调算 法的体系结构，简要提出了系统的硬件设计方案。 4、在 ADSP-21161N 评估 板上完成了最大平均功率定时同步算法的 DSP 软件设计，通过解调 /4-QPSK 信号验证了算法的正确行和实用性。 全数字解调算法是由一系列的数字信号 处理算法构成的。为了方便数字信号处理算法的实施，全数字解调算法实现的 体系结构与传统的模拟方法相比有很大的改变，尤其是同步系统已经完全不同 于传统的同步系统结构，本地参考载波和采样时钟信号的频率和相位都是不能 调整的，所以锁相环技术在全数字解调算法中不能直接使用。得出一种全数字 解调算法的设计方案，其中定时同步采用最大平均功率定时同步算法，载波的 频偏采用频偏估计器实现。时延估计和频偏估计都可以采用卡尔曼滤波方法获 得无偏的最小方差估计。 随着微电子技术、信号处理技术和计算机技术的发展，通信技术经历了一个从模拟到数字的变革过程。数字通信以其自身的优秀品质得到了社会的公认，赢 得了广泛的市场，迅速占据了通信领域的主导地位。 基于卫星通信的移动通 信系统和个人通信系统的应用也越来越广泛，如何对卫星信号进行准确的接收 和解调，满足突发工作模式的要求，就成为我们所面临的一个新课题。另一方 面，由于 Internet 的驱动，像其他通信技术一样，卫星通信正转向满足数据通 信的全面需求。具体讲，一方面已经成熟的基于 C 波段和 Ku 波段技术的 VSAT 系统不断演进满足了 Internet 业务的要求，并成为全球 Internet 网的一个重 要组成部分，另一方面采用更高的 Ka 频段技术，可真正实现个人通信的宽带卫 星通信系统，特别是低轨道卫星群系统正在开发、试验和建设之中，本文讨论 的就是 Ka 波段战术数字卫星通信技术研究中的全数字调制解调机。近些年来出 现的许多新概念和新思想，诸如多波速天线、智能天线、软件无线电、多波速 星上转接、星上处理、VSAT 卫星通信、移动卫星通信、智能化网络、现代编码 调制及自适应信号处理技术等功率/频谱有效利用新技术以及 IP QoS 的物理层、 MAC 层、会聚层及应用层方面有效的协议处理技术等与卫星通信自身特征紧密 结合，产生了一系列特有的新技术。这些新概念、新思想和新技术的实现，推 动了卫星通信技术全面、快速地向新一代卫星通信系统转变的进程。上述通信 系统所要涉及的一项关键技术就是全数字接收技术。 本文的主要任务是研究 开发 Ka 波段下的 /4-QPSK 全数字调制接收机，其内容涉及信道编译码、交织 处理、变速率处理以及数字调制解调，本文主要研究 /4-QPSK 数字解调的定 时同步和载波恢复算法，以及在 ADSP21161 开发环境下的调制解调实现。论文 期间，经过阅读相关文献，研究前人的成熟做法，结合现有的数字信号处理器 水平，根据实际工程中的通信条件，设计出合适的数字化解调方案，通过数学 分析并结合计算机仿真验证设计方案的可行性。具体在以下几个方面开展了研 究： 1、查阅了大量参考文献，分析比较了多种解调算法，选定最大平均功 率算法解决定时同步的问题，并在 MATLAB 环境下进行算法仿真，验证了算法的 可行性和可靠性。 2、考虑到频偏存在的影响，经过查阅大量参考文献，在 传统频偏检测电压产生电路-平衡正交相关器和双滤波器频偏检测器的基础上， 仿真研究了全数字载波频偏观测算法，验证了算法的正确性和可行性。 3、 定时同步采用最大平均功率定时同步算法，频偏的估计采用全数字频偏观测器 估计，对符号定时以及载波频偏的估计实施卡尔曼滤波，总结出全数字解调算 法的体系结构，简要提出了系统的硬件设计方案。 4、在 ADSP-21161N 评估 板上完成了最大平均功率定时同步算法的 DSP 软件设计，通过解调 /4-QPSK 信号验证了算法的正确行和实用性。 全数字解调算法是由一系列的数字信号 处理算法构成的。为了方便数字信号处理算法的实施，全数字解调算法实现的 体系结构与传统的模拟方法相比有很大的改变，尤其是同步系统已经完全不同 于传统的同步系统结构，本地参考载波和采样时钟信号的频率和相位都是不能 调整的，所以锁相环技术在全数字解调算法中不能直接使用。得出一种全数字 解调算法的设计方案，其中定时同步采用最大平均功率定时同步算法，载波的 频偏采用频偏估计器实现。时延估计和频偏估计都可以采用卡尔曼滤波方法获 得无偏的最小方差估计。 随着微电子技术、信号处理技术和计算机技术的发展，通信技术经历了一个从 模拟到数字的变革过程。数字通信以其自身的优秀品质得到了社会的公认，赢 得了广泛的市场，迅速占据了通信领域的主导地位。 基于卫星通信的移动通 信系统和个人通信系统的应用也越来越广泛，如何对卫星信号进行准确的接收和解调，满足突发工作模式的要求，就成为我们所面临的一个新课题。另一方 面，由于 Internet 的驱动，像其他通信技术一样，卫星通信正转向满足数据通 信的全面需求。具体讲，一方面已经成熟的基于 C 波段和 Ku 波段技术的 VSAT 系统不断演进满足了 Internet 业务的要求，并成为全球 Internet 网的一个重 要组成部分，另一方面采用更高的 Ka 频段技术，可真正实现