基于CWTDM的卫星下行链路传输研究及其FPGA实现

发布时间：2020-04-06 12:25

【摘要】：CWTDM是一种连续波的时分复用方法,可以将多路带限连续的信号复接为一路信号在一条信道中进行传输,有样点交织和分帧叠接相加两种方式,可将CWTDM技术应用于卫星星上处理器中,构成一种非再生式的处理转发器,不需要对信号进行解调译码,可减小处理复杂度。但是,基于分帧叠接相加的CWTDM系统对频偏很敏感,即使存在一个很小的残留频偏也会对分接之后的CWTDM信号引入帧间的相位跳变,造成很大的相位噪声。如何减小残留频偏,实现一种低相位噪声的CWTDM系统是本文研究的主要目标。本文主要的研究成果包括:1、对CWTDM技术原理进行了研究,设计了一种高效传输的CWTDM帧格式,使其在各种信道下都能在所需的低信噪比下正确的同步和估计频偏,并提出一种适用于卫星下行链路传输的系统,传输复杂度低、传输效率高、与FDM系统相比具有更高的功率效率。该系统由对信号的调制、CWTDM组帧复接、行波管放大器、Ka波段卫星信道、同步、频偏估计、信号分接、解调等部分组成。对卫星信道进行了分析,建模为雨衰信道,并分析了其对QPSK的影响,将其划分为三种等级的天气条件。2、对频偏进行了分析,介绍了Kay算法、Fitz算法和LR算法三种经典的频偏估计算法,从它们的推导过程分析了频偏估计的范围,并指出这三种基于最大似然估计的方法在低信噪比下对频偏的估计不能达到本系统的要求。为了能尽量减小残留频偏,提出一种改进的相位差法,消除了频偏估计过程中的相位模糊,并提出了一种基于锁频环的高精度三阶段频偏估计方法,以提出的改进相位差法和锁频环为基础,通过三次估计,即使信噪比在3dB左右也能将频偏减小到3Hz以内,从而消除了帧间的相位跳变现象。通过对QPSK调制和16APSK调制系统的仿真,可以得出结论:本系统是一种高顽健性和低相位噪声特性的卫星下行链路系统。3、使用FPGA对系统进行了设计和实现,包括发送端的成形滤波模块、48路信号组帧复接模块;接收端的匹配滤波模块、同步模块、频偏估计模块、相偏估计模块、信号分接模块等,搭建了一种由ZCU102和AD9371组成的平台,使用VHDL语言对各个模块进行编写及仿真,并验证了方案的正确性。
【图文】：

需要使用分频的方法生成。图 4.3 是时钟生成模块综合之后封装成的 IP 核。图4.3 时钟产生模块对时钟进行仿真，如图 4.4 和图 4.5 所示：图4.4 时钟产生模块仿真图 1

随机产生一段数据，通过滤波模块，将 FPGA 的仿真结果和 MATLAB 结果进行对比，如图 4.6 和图 4.7 所示。可以看到，，硬件仿真结果和软件仿真结果完全一致。图4.6 滤波模块硬件实现结果
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN927.2

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本文编号：2616507