【摘要】：面對深空探測復雜惡劣的通信環(huán)境,如何在低信噪比、大動態(tài)的惡劣通信條件下實現(xiàn)信號同步是進行深空通信必須面對的難題。低信噪比下易發(fā)的通信中斷情況導致每次通信鏈路重建都需重新進行同步、多個未知解調(diào)參數(shù)估計等信號接收處理,但在低信噪比下很難實現(xiàn)快速解調(diào)處理。而大動態(tài)的運動狀態(tài)又使得同步誤差參數(shù)在短時間內(nèi)變化劇烈,更難于估計。可以說這兩個通信條件對同步技術(shù)都有苛刻的要求,而二者兼具的通信環(huán)境、相悖的作用效果使得同步技術(shù)的實現(xiàn)更加困難。高效編碼方式的提出為改善同步系統(tǒng)在低信噪比環(huán)境中的工作性能提供了可能,基于譯碼輔助的同步技術(shù)是同步技術(shù)未來的發(fā)展方向。本文以深空探測為應用背景,以深空通信中火星著陸過程為具體應用實例,選擇譯碼輔助的同步技術(shù)作為基本實現(xiàn)方式,針對低信噪比大動態(tài)下的接收信號同步過程進行研究。論文通過分析低信噪比和大動態(tài)應用需求及其對接收信號的影響,將同步過程分為載波同步、定時同步、幀同步三個部分分別研究。在載波同步部分,為實現(xiàn)大動態(tài)同步范圍,本文將載波同步分成了粗同步和細同步兩個部分。針對粗同步階段信噪比低、動態(tài)范圍大的特點,本文提出了一種改進的頻域移位平均周期圖法,并設計了二次估計過程,實現(xiàn)了預設條件下的載波粗同步;在細同步階段,本文采用譯碼輔助的科斯塔斯環(huán)法,實現(xiàn)了低信噪比情況下的載波細同步。在定時同步部分,為實現(xiàn)全采樣周期的定時同步范圍,本文將分區(qū)搜索粗定時和迭代定時同步相結(jié)合的定時同步方案,首先利用分區(qū)搜索的思想將定時偏差縮小至半個符號周期范圍內(nèi),再利用譯碼輔助迭代定時同步算法對剩余定時偏差進行細估計。在幀同步部分,本文列舉了兩種碼輔助幀同步算法,并通過仿真和計算對二者的同步性能進行了對比,在兼顧算法性能和實現(xiàn)復雜度基礎上,最終選擇硬判決幀同步算法作為幀同步部分的實現(xiàn)算法。經(jīng)過仿真,各部分算法均能達到預期指標,實現(xiàn)在比特信噪比不低于2dB的情況下,系統(tǒng)誤碼率性能不高于103?。
[Abstract]:In the face of the complex communication environment of deep space exploration, how to realize signal synchronization under the bad communication conditions of low signal-to-noise ratio and large dynamic is a difficult problem for deep space communication. Under the condition of low signal-to-noise ratio (SNR), it is difficult to realize fast demodulation processing because of the need to resynchronize each communication link reconstruction, and to estimate several unknown demodulation parameters, but it is difficult to realize fast demodulation processing under low SNR. However, the large dynamic state of motion makes the synchronization error parameters change sharply in a short time, and it is more difficult to estimate. It can be said that these two communication conditions have harsh requirements for synchronization technology, and the contradictory effect of both communication environments makes the implementation of synchronization technology more difficult. It is possible to improve the performance of synchronization system in low SNR environment by using efficient coding method. The synchronization technology based on decoding is the development direction of synchronization technology in the future. In this paper, taking deep space exploration as the application background, taking the Mars landing process in deep space communication as the concrete application example, choosing the decoding assisted synchronization technology as the basic realization mode, the synchronization process of the received signal under the low SNR and large dynamic condition is studied. By analyzing the requirements of low signal-to-noise ratio (SNR), large dynamic applications and their influence on received signals, the synchronization process is divided into three parts: carrier synchronization, timing synchronization and frame synchronization. In the carrier synchronization part, in order to realize the large dynamic synchronization range, the carrier synchronization is divided into two parts: coarse synchronization and fine synchronization. Aiming at the characteristics of low SNR and large dynamic range in coarse synchronization stage, an improved shift average period diagram method in frequency domain is proposed, and a quadratic estimation process is designed to realize carrier coarse synchronization under preset conditions. In this paper, the carrier fine synchronization with low signal-to-noise ratio (SNR) is realized by using the decode-assisted Kostas loop method. In the part of timing synchronization, in order to realize the range of timing synchronization in the whole sampling period, this paper combines the coarse and iterative timing synchronization scheme. First, the timing deviation is reduced to half a symbol period by using the idea of partition search, and then the residual timing deviation is carefully estimated by decoding assisted iterative timing synchronization algorithm. In the part of frame synchronization, this paper enumerates two kinds of code-aided frame synchronization algorithms, and compares their synchronization performance by simulation and calculation. Finally, the hard decision frame synchronization algorithm is chosen as the realization algorithm of frame synchronization. The simulation results show that each part of the algorithm can reach the expected target, and the BER performance of the system is not higher than 103U when the bit SNR is not lower than 2dB.
【學位授予單位】：中國科學院國家空間科學中心
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN919.34

【參考文獻】

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本文編號：2249028