高速数传QAM解调器设计及应用

为满足国内外对高速数传设备的迫切需求,研究QAM体制在高速数传环境下的解调算法。采用并行滤波器架构及FFT架构对高速数据进行降速,并研究多种鉴相算法,以应对QAM信号在高速环境下的跟踪需求。经过实物设计验证,该解调器最高支持1.5Gb/s码率16QAM信号的解调,高斯白噪声下解调损失可控制在1dB以内。     

基于FPGA的FTN信号接收算法的优化

针对FTN信号接收算法复杂度高、硬件资源消耗大的问题,在FG-SS-BP算法理论模型基础上优化运算结构,提出泰勒简化-高斯近似-置信传播(TS-GA-BP)和查表-高斯近似-置信传播(CT-GA-BP)两种利于FPGA实现的设计方案。实验结果表明,在误码性能为10–4的条件下,采用4阶泰勒展开的TS-GA-BP方案和采用8bit查表的CT-GA-BP方案对比原FG-SS-BP算法性能分别损失0.2dB和0.3dB,最高吞吐率分别为139.7Mb/s和85.3Mb/s。两方案的资源消耗各有侧重,TS-GA-BP主要依赖计算资源,而CT-GA-BP主要依赖存储资源。因此,可依据不同资源环境选取合适方案,便于与其他通信模块级联。     

LDPC码改进高速译码算法

Shannon的学生Gallager首次提出LDPC码的概念和完整的译码方法,目前LDPC码正向着高速高增益的方向发展。针对高速LDPC码译码技术的迫切需求,利用传统最小和算法译码过程中信息迭代的特征,对最小和算法进行简化,使得译码模块能够完成更高并行度的译码工作,同时不造成译码器误码性能的过大损失。使用改进算法实现的高速译码模块,水平运算时间缩短为传统算法的一半,总的译码吞吐量提高50%,在120MHz时钟、10次迭代的情况下,CCSDS近地通信码的译码速度能够达到657.53Mb/s。     

高动态跳频信号时钟同步设计与实现

由于跳频信号各跳之间的符号速率和符号数量不一致,特别是低速跳只含少量符号,导致时钟误差提取困难。针对高动态下的跳频信号时钟同步难题,提出基于频偏估计的钟偏反馈调整方法。该方法通过同步序列进行频率估计和钟偏估计,并结合反馈方法调整钟偏和时钟跟踪,实现了高精度时钟同步。仿真结果表明：该方法适应飞行速度7.9 km/s、加速度0.2 km/s²的超高动态,定时同步性能优越,定时精度满足高速跳频信号解调要求,且解调损失小于0.1 dB。     

高密度数字磁记录器译码电路设计

高密度数字磁记录器是为资源等对地观测卫星专门研制的新型记录器。它记录两路NRZ- L信号 ,记录码速率可达 51.12 5Mb/ s,容量不小于 92 Gbit。该类型记录器技术指标、质量稳定性、可靠性等已经达到了 90年代国际先进水平。就该记录器的译码电路实现原理、实现方法作了说明。     

多径环境下扩频导航接收机信号跟踪性能研究

分析了多径环境下扩频导航接收机信号跟踪性能。主要分析了时延绝对值小于一个码片的多径信号对导航信号伪码相位和载波相位跟踪误差的影响,给出了接收机伪码跟踪环和载波相位跟踪环的结构框图,并建立了两个跟踪环的数学模型,在考虑多径信号的基础上分析了混合信号相位跟踪的数学模型,分析了混合信号下伪码跟踪环和载波相位跟踪环相位跟踪的性能。在数学模型分析的基础上对存在单路多径信号时伪码相位跟踪和载波相位跟踪性能进行了计算机仿真。     

基于软件相关器的GPS跟踪算法研究与实现

研究了适用于GPS软件接收机的软件相关器和信号跟踪算法,包括码跟踪和载波跟踪。为了提高跟踪灵敏度,码鉴别器和载波鉴相器每Nms输出一次鉴别结果,在Nms的间隔时间段内,每1ms采用状态外推算法对相位、多普勒和多普勒导数进行一次外推。跟踪环路采用载波环辅助码环的跟踪方法,提高了码环的跟踪精度和可靠性。利用真实的采样数据,在PC机上用Matlab对该算法进行了仿真,并且在GPS软件接收机平台上得到实现。实验证明,该算法可以实现对c／A码相位和载波频率的精确跟踪,并得到导航数据。     

高码率通用数字化调制技术研究

采用软件无线电技术实现遥测发射机的高码率数字化调制,构建一个开放、标准、通用的硬件平台,FM体制最高调制码速率可达20Mb/s。设计中还采用脉冲成形技术对调制信号进行预调处理,极大地提高了系统的频带利用率和射频功率的发射效率。     

GPS C／A码与P（Y）码抗干扰性能分析

讨论C/A码与P(Y)码重复周期的不同对各自抗干扰性能的影响。探讨涉及P(Y)码接收机抗干扰性能的认定问题。分析表明:多数情况下P(Y)码接收机具有比C/A码接收机远高出10dB的抗干扰性能;转发式干扰对P(Y)码接收机很难达到欺骗效果。     

关于卷积码/Viterbi译码用于PCM/FM非相干检测体制的性能分析

该文研究了卷积码/Viterbi 译码用于 PCM/FM 非相干检测体制时编码增益下降和接收系统门限增高的问题。文中指出,在这种传输体制下,2dB 的译码软判决增益几乎全部损失;由于卷积编码使信道的码传输率提高,FM 非相干检测的门限随之增高,但这一般并不影响接收机的实际最小输入信号值,即不影响信道的实际性能。还讨论了火箭遥测信道单独使用 R—S 码的问题。     

The critical satellite technical issues of future pervasive broadband low-cost communication networks

Using a baseline design for a 30/20 GHz system, this paper addresses the critical technical issues of signal waveform design, projected spacecraft technology, satellite launch options and satellite cost. With DPCM (differential pulse-coded modulation) video signal encoding, 32 Mb/s user-to-user data rate per channel, 10% overhead, two orthogonal polarizations, and crosstalk loss limited to 1 dB, TFM (tamed frequency modulation—a type of QPSK) permits about 75 channels/GHz of frequency allocation, i.e. about twice the capacity possible with MSK or SFSK (types of QPSK). The BOM (beginning of mission) weight and power of a baseline 400-channel multi-beam satellite is about 1800 kg and 5000 W. Each 35 Mb/s channel can support 1–10 video channels depending on the signal processing at the ground terminals. These weight and power estimates assume hardened digital logic, composite material for a multibeam antenna structure, high-efficiency solar cells (45 W/kg), NiH₂ batteries and 10W/20 GHz power amplifiers. If more speculative late-1980s solar cell technology is assumed, then the BOM weight decreases about 10–15%. Using the Space Transportation System being developed by NASA, geosynchronous deployment options are shown as a function of communications capacity. Based on a cost model for large communication satellites, the total space segment cost of two active satellites and one spare would be about $485M. This system would have a peak capacity of 14 Gb/s or 400-35 Mb/s simultaneous one-way channels. Demonstration and/or initial system (ground plus space) costs would be significantly less. It is concluded that the above baseline satellite appears to be technically feasible in the late-1980s.     

资源卫星用的高密度数字记录器

资源卫星所用的高密度数字记录器（ＨＤＤＲ）是为资源卫星专门研制的一种新型记录器。该记录器可记录５０Ｍｂ／ｓ的ＮＲＺ－Ｌ信号，记录时间为１５ｍｉｎ，总容量达４．８×１０１０ｂｉｔｓ。本文对该记录器的信道作了系统的介绍。对于作为通用接口的指令、系统、工作原理、电路结构、ＰＲＯＰ码的帧结构、纠错系统、接口指令、运带机构及其设计应考虑的几个因素等作了介绍，最后，给出其指标。结论认为，误差指标远优于用户要求，功耗也比国外同类产品的低，性能优良。     

基于椭圆孔阵列的频率选择表面研究

针对准光学馈电网络系统对频道分离性能的要求,研究了一种工作于毫米波、亚毫米波的无介质支持的双层金属椭圆孔阵列频率选择表面。其在反射通道中反射54GHz和89GHz 2个信号的电磁波。在透射通道中,对165GHz和183GHz 2个通道的信号是透明的。使用模式匹配法仿真分析并设计频率选择表面,结果表明:当入射角度为18°时,2个反射通道中双极化的插入损耗小于0.1dB,2个透射通道的双极化插入损耗不大于0.6dB,各项指标能满足频率选择表面在通道引入的插入损耗不大于0.8dB的要求。此外,通过蒙特卡罗法分析加工误差对频率选择表面性能的影响,根据指标要求给出加工精度的下限,为实际加工提供数据支持。     

空间激光通信系统中的信道纠错编码技术

由于空间激光通信系统的信道状态和链路捕获跟踪的不确定性,多种形式的信道纠错编码技术正被广泛发展研究。结合空间激光通信链路中误码性能的主要影响因素,分别选择合适的编码方案进行分析。通过仿真实验可知,对于在大气结构参数为1.5×10~(-14) m~(-2/3)、风速为20 m/s的空地激光链路的环境下,在系统数据速率为2 Gbit/s、要求误码率为10~(-6)时,LDPC码结合交织码相对未编码系统有3 dB的等效编码增益,LT码相对未编码系统有3.8 dB的等效编码增益。提供了一种能快速生成、扩展和校验的编码和交织实现方法,以抵抗大气湍流的快速变化对系统性能产生的影响。     

一种低复杂度的Multi-h CPM相干解调算法及FPGA实现

多调制指数连续相位调制（Multi-h Continuous Phase Modulation,Multi-h CPM）是一种恒包络调制,具有多个周期出现的调制指数,因此其频谱效率和功率效率比单调制指数CPM更高,但其接收机的复杂度也随之增加。本文在倾斜相位（Tilted Phase,TP）的基础上采用频率脉冲截断（Frequency Pulse Truncation,FPT）和状态空间分割（State Space Partition,SSP）相结合的方法来降低多调制指数连续相位调制的复杂度,使相位状态由512降低到16,理论损耗约为0.8 dB。同时,对降低复杂度的解调算法在现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Arrays, FPGA）上进行了验证。仿真和在线测试的误码率曲线接近理论分析曲线,和常用的128状态解调算法相比,资源消耗降低了约59%。     

用于多模卫星导航信号接收的半球形阿基米德螺旋天线

平面阿基米德螺旋天线具有双向辐射特性,在实现单向辐射时会降低效率 。将平面阿基米德螺旋天线共形到局部半球上可以得到一种新型结构的半球形阿基米德 螺旋天线,分析了这种天线的结构特点,进行了仿真与实验,研究结果表明,在覆盖多模卫 星导航信号工作频率的1.1-1.7 GHz频段内,反射损耗小于-10 dB,增益大于3.9 dB,前后 比大于3.6 dB,相位中心稳定度小于2 mm,可满足宽频带圆极化多模卫星导航共用接收天线 的设计要求。
     

Ka频段双圆极化频率复用的星地数传链路分析

为进一步提高低轨遥感卫星数据的下传速率,文章采用国际电信联盟(ITU)的星地链路计算模型,对Ka频段双圆极化频率复用(简称"极化复用")的雨衰和去极化效应进行了定量影响分析。分析结果表明:采用Ka频段同频极化复用具备可行性,通道传输速率达6Gbit/s,可有效解决海量数据的下传难题;但只有建立在干旱少雨的地面站(如喀什站),才能实现95%的链路可用率,而对降雨量中等的地面站(如北京站),则无法实现95%的链路可用率。     

新型圆极化全向对称振子天线

提出一种新型的圆极化全向天线,其仿真在12%的频带宽度内电压驻波比小于2,中心频率的水平面全向辐射圆极化增益起伏小于0.25dB,圆极化轴比小于4.2dB,增益大于1.3dB。测试结果表明,在39%的频带宽度内电压驻波比小于2,中心频率的水平面全向辐射圆极化增益起伏小于0.4dB,圆极化轴比小于6.5dB,比较容易组阵。这种天线在个人通信系统和地面控制系统中有较强的实用价值。     

一种短时猝发GMSK扩频多普勒估计算法研究

多普勒估计是猝发传输背景下的GMSK (Gaussian Filtered Minimum Shift Keying,高斯最小频移键控)扩频通信系统接收端同步过程中的关键一环。针对短时猝发GMSK扩频通信系统信息传输时间极短的特点,搭建了系统接收端同步段结构,并以此为基础设计了适应该短时猝发同步段结构的多普勒估计算法,建立了短时猝发多普勒估计算法模型,推导该算法公式的同时对算法模型进行了理论分析,详细阐述了该算法进行多普勒估计的实现过程,并对该算法进行仿真实验。实验结果表明,该算法在信噪比为1 dB时,多普勒估计准确度可达到97.2%,信噪比≥3 dB时,准确度均能在99%及以上,该结果验证了该算法应用在猝发传输背景下的GMSK扩频通信系统中的有效性、可行性,同时也表明当通信系统处于弱信号的条件下时,该多普勒估计算法性能依然能达到一个较为优异的准确度值。     

深空测控通信中GMSK体制非相干解调算法研究

针对深空测控通信中GMSK体制非相干解调损失较大的难点,提出了一种改进的GMSK信号非相干维特比解调算法。通过分析相位状态网格图中相位转移规律,建立理论仿真模型。通过原理样机的研制和测试,实测数据表明：该算法具有解调损失低、实现复杂度适中的优点;相比于理论的最佳相干解调算法,在误码率1×10 -4 量级下,实测仅损失0.6 dB。目前该算法已应用于国内某深空测控通信系统GMSK体制基带设备中,并成功解调出欧空局Herschel–Planck卫星数据。