高阶QAM解调中的同步算法研究

发布时间：2017-06-11 11:03

  本文关键词：高阶QAM解调中的同步算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：相比于传统低阶调制方式,高阶QAM调制由于系统频带利用率高,在宽带数字系统中应用更广。然而随着调制阶数的增大,相邻星座点之间欧式距离明显变小,系统抗干扰能力急剧下降,同步难度增大,因此,其相应的同步技术也成为研究热点。特别地,在矢量信号分析系统中,同步后解调结果的精确性直接决定测量的准确度。传统数字同步算法由于同步范围小,收敛速度慢且剩余残差较大,会对测量结果引入较大的残差。因此,如何在矢量信号分析系统中实现高阶QAM的大范围捕获及高精度同步具有重要意义。本文以实现方形16QAM~1024QAM调制方式在矢量信号分析系统中的宽带高精度同步为最终目标,同时对开环与闭环结构下的定时同步和载波同步等关键技术进行深入研究与改进。在理论研究层面,首先建立全数字调制解调系统等效基带模型,为后续研究奠定基础;然后,在定时同步研究方面,针对高阶QAM系统对精度和稳定度的需求,对现有开环非线性定时估计算法、闭环Gardner定时估计算法、多项式内插滤波校正算法的性能进行研究,同时为了解决小滚降系数下系统自噪声急剧增大的问题,提出基于预滤波器的定时抖动优化算法来提高上述两类定时估计算法精度;接着,在载波同步研究方面,针对高阶QAM系统对精度和估计范围的需求,本文提出基于DFT频偏估计+PFDPLL+DDPLL的多级闭环载波同步校正算法和基于DFT频偏估计+PFD+DD+维特比相位估计的多级开环载波同步校正算法,有效解决开环频偏估计算法精度低和闭环载波同步算法精度高但是收敛慢的问题,在保证精度的同时提高系统估计范围与收敛速度。最后,在算法实际应用方面,基于上述研究成果,针对矢量信号分析系统,设计出一种具有高精度及大捕获范围特性的方形16QAM~1024QAM同步方案,并在CVI平台中利用C语言实现最终的底层测试与顶端界面设计。理论分析与实际信号测试表明,该同步方案引入的系统残差可以忽略,与业界知名Keysight 89600VSA软件性能相当,但是频偏测量范围更大,能实现高精度及大捕获范围的同步。
【关键词】：高阶QAM 定时同步 载波同步 矢量信号分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 定时同步技术研究现状11-13
• 1.2.2 载波同步技术研究现状13-14
• 1.3 主要研究内容及结构安排14-17
• 1.3.1 主要研究内容14-15
• 1.3.2 论文安排15-17
• 第2章 QAM同步关键技术研究17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 QAM接收机数学模型17-19
• 2.2.1 全数字接收机等效基带模型17-18
• 2.2.2 同步系统结构等效性18-19
• 2.2.3 模型的仿真验证19
• 2.3 QAM同步关键技术分析19-24
• 2.3.1 基带成型与匹配滤波技术20-21
• 2.3.2 定时同步技术21-22
• 2.3.3 载波同步技术22-24
• 2.4 同步性能指标24-25
• 2.4.1 性能指标24
• 2.4.2 同步MCRB界24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 高阶QAM定时同步技术26-51
• 3.1 引言26
• 3.2 内插技术26-30
• 3.2.1 内插滤波原理27-28
• 3.2.2 内插滤波器类型28-29
• 3.2.3 性能仿真分析29-30
• 3.3 闭环Gardner定时估计算法30-37
• 3.3.1 Gardner算法结构30-31
• 3.3.2 定时误差提取31-32
• 3.3.3 NCO控制器32-33
• 3.3.4 性能仿真分析33-37
• 3.4 开环非线性定时估计算法37-44
• 3.4.1 最大似然准则37-38
• 3.4.2 非线性估计算法原理38-40
• 3.4.3 非线性估计算法性能仿真分析40-43
• 3.4.4 开环算法与闭环算法对比分析43-44
• 3.5 定时抖动算法优化44-50
• 3.5.1 定时抖动特性分析45-46
• 3.5.2 预滤波器设计46-47
• 3.5.3 性能仿真分析47-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 高阶QAM载波同步技术51-69
• 4.1 引言51
• 4.2 开环频率同步算法51-57
• 4.2.1 维特比频偏估计算法52-54
• 4.2.2 DFT频偏估计算法54-57
• 4.3 开环载波相位同步算法57-61
• 4.3.1 维特比相偏估计算法57-59
• 4.3.2 DD相偏估计算法原理59-61
• 4.4 闭环载波同步算法61-66
• 4.4.1 直接判决环DDPLL61-62
• 4.4.2 极性判决环PolarPLL62-63
• 4.4.3 鉴频鉴相环PFDPLL63-64
• 4.4.4 各种闭环算法性能分析与对比64-66
• 4.5 改进多级载波同步算法66-68
• 4.5.1 改进载波同步算法原理66-67
• 4.5.2 自动模式转换设计67
• 4.5.3 仿真性能分析67-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第5章 高阶QAM同步系统的实现69-76
• 5.1 引言69
• 5.2 高阶QAM同步系统方案69-71
• 5.2.1 实际信号源数据采集69-70
• 5.2.2 同步系统设计70-71
• 5.3 系统设计理论残差分析71-72
• 5.3.1 误差矢量幅度EVM71-72
• 5.3.2 系统残差分析72
• 5.4 高阶QAM同步系统实际数据测试72-75
• 5.4.1 矢量信号分析系统构建73-74
• 5.4.2 测试结果分析74-75
• 5.5 本章小结75-76
• 结论76-77
• 参考文献77-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果82-84
• 致谢84

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本文编号：441414