發(fā)布時間：2017-08-25 02:05

  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的鄰近空間自適應傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究與實現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 鄰近空間 自適應變速率 信號檢測 同步 現(xiàn)場可編程門陣列

【摘要】：隨著人類深空探測活動的日益頻繁,對深空通信系統(tǒng)的要求也越來越高,鄰近空間鏈路以其傳輸信號強度適中、通信時延短、通信過程簡短且功能獨立等特點逐漸受到廣泛關(guān)注。由于深空通信環(huán)境變化的復雜性,采用同一種傳輸方式會大大約束整個系統(tǒng)的通信效率。而自適應傳輸技術(shù)能夠根據(jù)不同的信道狀況自適應地對系統(tǒng)參數(shù)進行調(diào)整,在滿足系統(tǒng)誤碼性能的同時可以有效提高系統(tǒng)頻譜利用率。因此,在結(jié)合CCSDS鄰近空間協(xié)議規(guī)范的基礎上,設計一套適合鄰近空間通信的自適應傳輸系統(tǒng)具有十分重要的意義。本文在研究傳統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)的基礎上,結(jié)合鄰近空間鏈路環(huán)境,對自適應多速率傳輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進行了詳細的研究與實現(xiàn)。首先,依據(jù)鄰近空間鏈路協(xié)議要求及鄰近空間環(huán)境特點,在分析了傳統(tǒng)多速率傳輸系統(tǒng)基本理論的基礎上,對整個自適應算法和自適應多速率傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)方案進行了分析與設計,并確定了系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)平臺。其次,為更大程度地提高接收性能,在接收機變頻解調(diào)之前進行了信號檢測和自適應數(shù)字AGC過程。信號檢測的目的是為了通過檢測接收信號的質(zhì)量來控制接收機工作狀態(tài),主要分為信噪比盲估計、自適應雙門限設計及循環(huán)譜檢測三個模塊;自適應數(shù)字AGC的作用是為了降低接收信號的幅度變化范圍,避免接收機同步性能受信號大幅度衰落的影響。然后,對自適應變速率傳輸中的速率切換、同步算法、信噪比估計算法及速率切換準則進行了分析與設計。本文中采用改變符號采樣點數(shù)的方式完成信號速率的切換;利用可編程積分梳妝濾波器的可變?yōu)V波器帶寬和可調(diào)整抽取倍數(shù)的功能,結(jié)合Costas鎖相環(huán)完成了多速率載波同步;符號同步采用Gardner環(huán),幀同步通過檢測幀頭ASM位提取有效信息;再在分析經(jīng)典信噪比估計算法基礎上進行仿真對比,設計出了適合本系統(tǒng)的估計方案;速率切換準則以系統(tǒng)誤碼性能為基礎,通過分析不同速率之間接收性能的差異,估算出不同信道環(huán)境對應的傳輸速率及吞吐量性能。最后,對自適應多速率傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進行了硬件電路設計仿真,并將整個系統(tǒng)在FPGA、DSP架構(gòu)的數(shù)字信號處理平臺上順利實現(xiàn),給出了關(guān)鍵模塊的硬件測試結(jié)果,驗證了本文所設計系統(tǒng)的完整性與可靠性。
【關(guān)鍵詞】：鄰近空間 自適應變速率 信號檢測 同步 現(xiàn)場可編程門陣列
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN791;TN927
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 縮略詞14-16
• 第一章 緒論16-23
• 1.1 本文研究背景與意義16-17
• 1.2 鄰近空間通信研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 自適應傳輸產(chǎn)生背景及發(fā)展19-21
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排21-23
• 第二章 自適應傳輸系統(tǒng)方案設計23-35
• 2.1 鄰近空間通信系統(tǒng)技術(shù)要求23-25
• 2.2 基礎理論分析25-29
• 2.2.1 接收機采樣率分析26-27
• 2.2.2 多速率信號處理分析27-29
• 2.3 自適應傳輸方案設計29-32
• 2.3.1 自適應算法設計29-30
• 2.3.2 發(fā)射機方案設計30-31
• 2.3.3 接收機方案設計31-32
• 2.4 系統(tǒng)實現(xiàn)平臺32-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 接收機自適應控制模塊設計與實現(xiàn)35-49
• 3.1 信號檢測關(guān)鍵技術(shù)分析35-38
• 3.1.1 信噪比盲估計36-37
• 3.1.2 自適應雙門限37-38
• 3.1.3 循環(huán)譜38
• 3.2 信號檢測關(guān)鍵模塊設計與實現(xiàn)38-42
• 3.2.1 信號檢測軟件仿真分析39-41
• 3.2.2 信號檢測硬件電路實現(xiàn)41-42
• 3.3 自適應數(shù)字AGC設計與實現(xiàn)42-48
• 3.3.1 數(shù)字AGC關(guān)鍵模塊分析43-44
• 3.3.2 數(shù)字AGC環(huán)路軟件仿真分析44-46
• 3.3.3 數(shù)字AGC硬件電路實現(xiàn)46-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第四章 碼速率自適應傳輸關(guān)鍵算法設計49-82
• 4.1 碼速率自適應切換方法分析49-51
• 4.1.1 變速率的基本方法49-50
• 4.1.2 變速率方案設計50-51
• 4.1.3 自適應變速系統(tǒng)實現(xiàn)原理51
• 4.2 自適應同步算法分析51-65
• 4.2.1 多速率載波同步算法分析52-58
• 4.2.2 符號同步算法分析58-63
• 4.2.3 幀同步與相位補償算法分析63-65
• 4.3 經(jīng)典信噪比估計原理與仿真對比65-73
• 4.3.1 二階四階矩估計65-67
• 4.3.2 信號方差比估計67-68
• 4.3.3 平方信號與噪聲方差估計68-69
• 4.3.4 數(shù)據(jù)擬合估計69-71
• 4.3.5 仿真結(jié)果分析71-73
• 4.4 碼速率切換的基本準則73-81
• 4.4.1 信噪比門限值74-76
• 4.4.2 速率切換的吞吐量76-81
• 4.5 本章小結(jié)81-82
• 第五章 碼速率自適應傳輸關(guān)鍵模塊FPGA實現(xiàn)82-103
• 5.1 多速率發(fā)射機FPGA實現(xiàn)82-83
• 5.2 信噪比方案設計與實現(xiàn)83-88
• 5.2.1 信噪比估計方案設計83-85
• 5.2.2 信噪比估計的FPGA實現(xiàn)85-88
• 5.3 自適應同步算法FPGA實現(xiàn)88-100
• 5.3.1 多速率載波同步算法FPGA實現(xiàn)89-94
• 5.3.2 符號同步算法FPGA實現(xiàn)94-97
• 5.3.3 幀同步與補償算法FPGA實現(xiàn)97-100
• 5.4 同步算法聯(lián)合測試與資源消耗100-102
• 5.4.1 同步電路聯(lián)合仿真101
• 5.4.2 同步電路資源消耗101-102
• 5.5 本章小結(jié)102-103
• 第六章 硬件測試結(jié)果103-113
• 6.1 測試系統(tǒng)設計103-104
• 6.1.1 上層測試軟件設計103-104
• 6.1.2 DSP控制單元設計104
• 6.2 多速率發(fā)射測試104-107
• 6.2.1 握手信號測試105-106
• 6.2.2 多速率輸出信號測試106-107
• 6.3 多速率自適應接收測試107-112
• 6.3.1 多速率載波同步測試107-109
• 6.3.2 時間同步測試109-111
• 6.3.3 速率自適應測試111-112
• 6.4 本章小結(jié)112-113
• 第七章 總結(jié)與展望113-115
• 7.1 本文主要工作總結(jié)113-114
• 7.2 后期工作展望114-115
• 參考文獻115-120
• 致謝120-121
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文121

【參考文獻】

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本文編號：734410