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

  更多相關(guān)文章： 鄰近空間 自適應(yīng)變速率 信號(hào)檢測(cè) 同步 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列

【摘要】：隨著人類深空探測(cè)活動(dòng)的日益頻繁,對(duì)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(hào)強(qiáng)度適中、通信時(shí)延短、通信過程簡(jiǎn)短且功能獨(dú)立等特點(diǎn)逐漸受到廣泛關(guān)注。由于深空通信環(huán)境變化的復(fù)雜性,采用同一種傳輸方式會(huì)大大約束整個(gè)系統(tǒng)的通信效率。而自適應(yīng)傳輸技術(shù)能夠根據(jù)不同的信道狀況自適應(yīng)地對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,在滿足系統(tǒng)誤碼性能的同時(shí)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(chǔ)上,設(shè)計(jì)一套適合鄰近空間通信的自適應(yīng)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(chǔ)上,結(jié)合鄰近空間鏈路環(huán)境,對(duì)自適應(yīng)多速率傳輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究與實(shí)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(diǎn),在分析了傳統(tǒng)多速率傳輸系統(tǒng)基本理論的基礎(chǔ)上,對(duì)整個(gè)自適應(yīng)算法和自適應(yīng)多速率傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì),并確定了系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。其次,為更大程度地提高接收性能,在接收機(jī)變頻解調(diào)之前進(jìn)行了信號(hào)檢測(cè)和自適應(yīng)數(shù)字AGC過程。信號(hào)檢測(cè)的目的是為了通過檢測(cè)接收信號(hào)的質(zhì)量來控制接收機(jī)工作狀態(tài),主要分為信噪比盲估計(jì)、自適應(yīng)雙門限設(shè)計(jì)及循環(huán)譜檢測(cè)三個(gè)模塊;自適應(yīng)數(shù)字AGC的作用是為了降低接收信號(hào)的幅度變化范圍,避免接收機(jī)同步性能受信號(hào)大幅度衰落的影響。然后,對(duì)自適應(yīng)變速率傳輸中的速率切換、同步算法、信噪比估計(jì)算法及速率切換準(zhǔn)則進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。本文中采用改變符號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)的方式完成信號(hào)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(hào)同步采用Gardner環(huán),幀同步通過檢測(cè)幀頭ASM位提取有效信息;再在分析經(jīng)典信噪比估計(jì)算法基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真對(duì)比,設(shè)計(jì)出了適合本系統(tǒng)的估計(jì)方案;速率切換準(zhǔn)則以系統(tǒng)誤碼性能為基礎(chǔ),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(duì)應(yīng)的傳輸速率及吞吐量性能。最后,對(duì)自適應(yīng)多速率傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)仿真,并將整個(gè)系統(tǒng)在FPGA、DSP架構(gòu)的數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)上順利實(shí)現(xiàn),給出了關(guān)鍵模塊的硬件測(cè)試結(jié)果,驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的完整性與可靠性。
【關(guān)鍵詞】：鄰近空間 自適應(yīng)變速率 信號(hào)檢測(cè) 同步 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(yīng)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(yīng)傳輸系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)23-35
• 2.1 鄰近空間通信系統(tǒng)技術(shù)要求23-25
• 2.2 基礎(chǔ)理論分析25-29
• 2.2.1 接收機(jī)采樣率分析26-27
• 2.2.2 多速率信號(hào)處理分析27-29
• 2.3 自適應(yīng)傳輸方案設(shè)計(jì)29-32
• 2.3.1 自適應(yīng)算法設(shè)計(jì)29-30
• 2.3.2 發(fā)射機(jī)方案設(shè)計(jì)30-31
• 2.3.3 接收機(jī)方案設(shè)計(jì)31-32
• 2.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)32-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 接收機(jī)自適應(yīng)控制模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)35-49
• 3.1 信號(hào)檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)分析35-38
• 3.1.1 信噪比盲估計(jì)36-37
• 3.1.2 自適應(yīng)雙門限37-38
• 3.1.3 循環(huán)譜38
• 3.2 信號(hào)檢測(cè)關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)38-42
• 3.2.1 信號(hào)檢測(cè)軟件仿真分析39-41
• 3.2.2 信號(hào)檢測(cè)硬件電路實(shí)現(xiàn)41-42
• 3.3 自適應(yīng)數(shù)字AGC設(shè)計(jì)與實(shí)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(shí)現(xiàn)46-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第四章 碼速率自適應(yīng)傳輸關(guān)鍵算法設(shè)計(jì)49-82
• 4.1 碼速率自適應(yīng)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(shè)計(jì)50-51
• 4.1.3 自適應(yīng)變速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理51
• 4.2 自適應(yīng)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(hào)同步算法分析58-63
• 4.2.3 幀同步與相位補(bǔ)償算法分析63-65
• 4.3 經(jīng)典信噪比估計(jì)原理與仿真對(duì)比65-73
• 4.3.1 二階四階矩估計(jì)65-67
• 4.3.2 信號(hào)方差比估計(jì)67-68
• 4.3.3 平方信號(hào)與噪聲方差估計(jì)68-69
• 4.3.4 數(shù)據(jù)擬合估計(jì)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(zhǔn)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(yīng)傳輸關(guān)鍵模塊FPGA實(shí)現(xiàn)82-103
• 5.1 多速率發(fā)射機(jī)FPGA實(shí)現(xiàn)82-83
• 5.2 信噪比方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)83-88
• 5.2.1 信噪比估計(jì)方案設(shè)計(jì)83-85
• 5.2.2 信噪比估計(jì)的FPGA實(shí)現(xiàn)85-88
• 5.3 自適應(yīng)同步算法FPGA實(shí)現(xiàn)88-100
• 5.3.1 多速率載波同步算法FPGA實(shí)現(xiàn)89-94
• 5.3.2 符號(hào)同步算法FPGA實(shí)現(xiàn)94-97
• 5.3.3 幀同步與補(bǔ)償算法FPGA實(shí)現(xiàn)97-100
• 5.4 同步算法聯(lián)合測(cè)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(cè)試結(jié)果103-113
• 6.1 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)103-104
• 6.1.1 上層測(cè)試軟件設(shè)計(jì)103-104
• 6.1.2 DSP控制單元設(shè)計(jì)104
• 6.2 多速率發(fā)射測(cè)試104-107
• 6.2.1 握手信號(hào)測(cè)試105-106
• 6.2.2 多速率輸出信號(hào)測(cè)試106-107
• 6.3 多速率自適應(yīng)接收測(cè)試107-112
• 6.3.1 多速率載波同步測(cè)試107-109
• 6.3.2 時(shí)間同步測(cè)試109-111
• 6.3.3 速率自適應(yīng)測(cè)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(xiàn)115-120
• 致謝120-121
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文121

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：734410