极低信噪比帧同步中极大二次相关检测方案及实现

发布时间：2017-06-24 13:16

  本文关键词：极低信噪比帧同步中极大二次相关检测方案及实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在深空通信、扩频通信等极弱信号或强干扰场景下,通信系统的信噪比会非常低(-10d B以下)。本文研究该极低信噪比条件下的帧同步问题,设计新的帧标识码以及帧同步检测算法,并完成帧同步方案的物理实现。通过分析常用帧同步方法可看出,帧标识码很大程度上决定了基于相关检测的帧同步性能。针对帧标识码的优化,本文分析了常用的巴克码序列和优选同步序列,设计帧标识码为13比特巴克码序列和48比特优选同步序列的复合序列,并对这一复合序列的自相关特性做了简要分析。在已有帧标识码的基础上,设计“极大二次相关检测”算法,使用极大值检测替代传统的最大相关值检测,提出“相关阵列”的概念,设计“二次相关检测”法,解决了工程上超长相关复杂度高和门限选择难度大等问题,优化了帧同步性能。建立基于样值点的帧同步检测数学模型,分析了帧同步检测算法的性能。根据接收数据与本地标识码的偏移量的不同,得到相关计算结果的概率分布函数,极大值判决的概率分布函数和二次相关检测的概率分布函数,最后得到传统相关法和“极大二次相关检测法”的正确检测概率公式。在高斯白噪声信道下,仿真分析了传统相关法和“极大二次相关检测法”的帧同步性能,结果表明当门限值固定时,假同步概率随着信噪比的增加而降低;在相同信噪比条件下,假同步概率随门限的增加而降低。对于“极大二次相关检测”法,当门限值为600,信噪比为-21d B时,假同步概率为10%;当信噪比为-15d B时,假同步概率为0.2%;相比于传统帧同步算法,该算法性能提高至少10d B的信噪比增益,同时其帧同步性能随门限变化的灵敏度低,降低门限选择难度。为兼顾漏同步和假同步性能,本文提出两种基于多状态机制的帧同步检测模式:方案1-“连续检测N帧同步”和方案2-“固定N帧累加同步”。在方案1中,N帧中至少有K帧同步检测成功系统进入同步态,针对N?K?3的案例,相比于帧同步首次捕获,在假同步概率为310?时获得5d B的信噪比增益;但当信噪比小于-20d B时,系统漏同步概率大于4.2%。设计N?7,K?4的案例,有效的改善了漏同步问题。随着N的增加,两种方案的假同步性能都不断提升,并趋于饱和。相比于方案1,方案2在假同步概率为410?时获得1d B信噪比增益,也实现对同步态的保护。采用“射频FMC卡(FMC30RF)+基带FPGA卡(ML605)+PC”架构方式的硬件验证平台,发送端随机产生16帧数据周期循环发送,接收端获得8倍带宽A/D样值数据流,完成帧同步算法的物理实现,验证了其可实现性。
【关键词】：帧同步 极低信噪比 极大值检测 二次相关 非周期相关
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.34
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 极低信噪比概念12
• 1.2 论文研究背景12-13
• 1.3 帧同步研究概述13-17
• 1.4 论文主要内容及框架17-18
• 第二章 全数字接收机的帧同步理论基础18-22
• 2.1 通信中的同步技术18
• 2.2 全数字接收机18-19
• 2.3 帧同步的基本方法19-20
• 2.4 帧同步的基本性能20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 极低信噪比下的帧同步算法22-59
• 3.1 数据帧结构22-26
• 3.1.1 两种帧同步序列的介绍22-25
• 3.1.2 数据帧格式25-26
• 3.2 采样与预处理过程26-29
• 3.2.1 采样过程26-27
• 3.2.2 预处理过程27-29
• 3.3 帧同步“极大二次相关”检测算法29-33
• 3.3.1 帧同步检测的数据结构30-31
• 3.3.2 非周期相关计算31
• 3.3.3 周期相关计算31-32
• 3.3.4 “极大值检测法”算法32
• 3.3.5 “二次相关检测法”算法32-33
• 3.4 帧同步检测算法性能分析33-53
• 3.4.1 相关计算的三种情况33-34
• 3.4.2 帧同步检测数学模型34-35
• 3.4.3 “相关值计算法”分析35-46
• 3.4.4 “极大值检测法”分析46-50
• 3.4.5 “二次相关检测法”分析50-53
• 3.5 帧同步算法性能仿真实验53-58
• 3.5.1 传统的相关判决法54
• 3.5.2 帧同步“极大二次相关”检测算法54-55
• 3.5.3 传统法与“极大二次相关法”仿真实验55-57
• 3.5.4 传统法与“极大二次相关法”的仿真结果分析57-58
• 3.6 本章小结58-59
• 第四章 帧同步方案与状态机分析59-65
• 4.1 方案 1 -“连续检测N帧同步”59-60
• 4.1.1 状态转移图59-60
• 4.1.2 逐帧检测与隔帧检测60
• 4.2 方案 2 -“固定N帧累加同步”60-61
• 4.3 帧同步方案仿真实验61-64
• 4.3.1 方案1仿真实验61-63
• 4.3.2 方案2仿真实验63
• 4.3.3 两种方案的对比分析63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 帧同步方案2的物理实现65-79
• 5.1 物理实现与测试平台65-74
• 5.1.1 测试平台架构概述65-66
• 5.1.2 射频板FMC30RF66-70
• 5.1.3 基带板ML60570-73
• 5.1.4 计算机73-74
• 5.2 数字通信系统实现架构74-77
• 5.2.1 数字通信系统框图74
• 5.2.2 数字通信系统发射端物理实现74-76
• 5.2.3 数字通信系统接收端物理实现76-77
• 5.3 帧同步实验77-78
• 5.4 本章小结78-79
• 第六章 结束语79-83
• 6.1 工作总结79-82
• 6.2 工作展望82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-86
• 硕士研究生期间的研究成果86-87
• 个人简历87-88
• 附件88-89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 郇宇;赵伟光;张红梅;刘家忠;;基于距离加权平均的雷达内插去噪算法[J];计算机工程与应用;2012年33期

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本文编号：478342