深空光通信中一倍PPM时隙频率采样信号的时钟同步技术

发布时间：2020-10-17 18:00

　　 深空光通信中,空载终端的功率极其有限,能源十分宝贵,为提高发射端的能量转换效率,光子探测器阵列及脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM)是普遍认可的两项关键技术。但深空光通信的主要特点是通信链路极其远,链路功率损耗大,这就使得接收端存在信号衰减严重,信噪比低的问题,从而导致接收机难以实现精确的时钟同步及数据恢复。特别是以一倍PPM时隙频率异步采样时,其数据量较少,抗时延抖动能力弱,更难以实现PPM信号的时钟同步及可靠的数据恢复。因此,本文针对一倍PPM时隙频率采样信号的时钟同步及数据恢复进行研究。针对一倍时隙频率采样信号其数据量少易产生信号损失,且容易受到时延抖动的影响而产生脉冲移位错误的问题,本文提出了基于光PPM的一倍时隙频率错位采样数据恢复技术。该方案将光子探测器阵列输出信号分为两组,其中偶数组信号在奇数组信号采样的基础上延迟半个时隙进行采样,并对两组采样信号分别进行合并和插值完成数据恢复。仿真结果表明,当以一倍时隙频率采样时,错位采样方案能有效减小传统采样所带来的信号损失,抑制时延抖动引起的脉冲移位错误。针对一倍时隙频率异步采样的光子探测PPM光通信系统,本文提出了一种基于保护时隙的一倍时隙频率采样光PPM时钟同步技术。在发送端的每个PPM符号中安排一个或者多个保护时隙,根据保护时隙位置处只有背景光子,而其他时隙既有背景光子也有信号光子的特性实现时钟同步。时钟同步主要分为定时粗同步和定时精同步两个部分。定时粗同步是将采样输出的数据以PPM符号中时隙个数为周期进行统计计数,然后根据保护时隙位置处光子的统计分布特性对时钟偏差进行定时粗同步。完成定时粗同步后,本文提出了三种精同步方案,其中一种是基于保护时隙的插值匹配搜索定时精同步方案,另外两种精同步方案是在基于保护时隙的插值匹配搜索的基础上,与纠错码辅助进行的联合精估计。仿真结果表明,本文所提方法能够在大定时偏差范围内实现有效同步,并且可根据实际系统中的保护时隙数、信道特性以及统计量选择合适的定时精同步方案,从而获得较为理想的系统误码性能。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.1
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 深空光通信概述
    1.2 深空光通信发展现状
    1.3 时钟同步技术研究现状
    1.4 研究目的及意义
    1.5 本文主要工作及内容安排
第2章 深空光通信关键技术及信道特性
    2.1 深空光PPM异步时钟采样系统结构模型
    2.2 PPM调制原理
    2.3 光子探测技术
        2.3.1 单光子探测技术
        2.3.2 光子探测阵列接收技术
    2.4 光子探测信道特性
        2.4.1 光子探测信道特性
        2.4.2 泊松信道下PPM调制似然比
    2.5 本章小结
第3章 基于光PPM的异步时钟错位采样数据恢复技术
    3.1 一倍时隙频率采样的研究背景
    3.2 传统异步时钟采样模型
    3.3 数字插值技术
        3.3.1 插值技术概述
        3.3.2 插值函数
        3.3.3 脉冲展宽波形权系数插值算法
    3.4 传统采样数据恢复技术
        3.4.1 传统异步时钟采样数据恢复方案
        3.4.2 仿真分析
    3.5 错位采样数据恢复技术
        3.5.1 一倍PPM时隙频率采样数据特征
        3.5.2 一倍PPM时隙频率错位采样数据恢复技术
        3.5.3 仿真分析
    3.6 本章小结
第4章 基于保护时隙的光PPM定时粗同步技术
    4.1 基于保护时隙的光PPM时钟同步系统
        4.1.1 基于保护时隙的统计光子计数模型
        4.1.2 基于保护时隙的光PPM时钟同步系统
    4.2 基于保护时隙的定时粗同步
        4.2.1 基于保护时隙的频偏粗估计
        4.2.2 基于保护时隙的初始相位偏差粗估计
    4.3 仿真分析
    4.4 本章小结
第5章 基于保护时隙的光PPM定时精同步技术
    5.1 基于保护时隙的插值匹配搜索精同步
        5.1.1 基于保护时隙的插值匹配搜索精同步
        5.1.2 误码性能
    5.2 插值匹配搜索与纠错码辅助联合精同步
        5.2.1 SCPPM编译码原理
        5.2.2 插值匹配搜索与译码输出软信息联合精同步
        5.2.3 插值匹配搜索与基于EM估计的码辅助联合精同步
        5.2.4 误码性能
    5.3 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果

【参考文献】

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本文编号：2845131