高速数传中的盲均衡技术仿真与实现

论文摘要

现代高速卫星通信、遥感、以及远程侦查无人机的数据传输速率可达Mbps甚至Gbps,码间干扰和群延时不可忽视。针对卫星高速数传的应用,本文设计了一种易于实现的Laguerre横向滤波器,和有利于消除码间干扰和群时延的分数间隔结构,设计出了一种高效的盲均衡器。Laguerre横向滤波器采用有限的滤波阶数,就可以达到IIR长脉冲滤波的效果;而分数间隔均衡器（FSE）能够降低采样相位敏感性,可以有效改善由于位同步相位误差造成的性能损失,分数间隔均衡器的设计目标立足于具有较好性能和易于工程上FPGA的实现。首先,本文通过仿真均衡前后误码增益,得到几种不同信道下的均衡器的性能理论曲线,Laguerre滤波器利用Laguerre序列代替传统的FIR滤波器的抽头延迟,在仿真过程中可以降低所需滤波器的阶数,为硬件实现节约资源,同时可以为高速数传均衡器设计提供有益参考。其次,分析了不同结构的Laguerre滤波器对均衡器的性能影响。采用Laguerre与分数间隔均衡结合的设计方法,可以有效地减小接收信号通过信道引起的损失和误差,均衡后的增益比均衡前的增益大约高1-2dB左右。最后,通过对本文的盲均衡结构的硬件设计与实现,对比理论结果与硬件实现结果,以达到设计实现的要求。通过建立不同的仿真信道模型、对比不同误码率,对均衡器的性能进行分析和验证。仿真分析表明,在信噪比为10dB时,未加均衡器的数据误码率为10-3左右,而加了均衡器的误码率可以降低为10-5,均衡器对于纠正码间干扰有了很大的提高。由于硬件设计采用的是定点数,无法达到理论仿真的精度要求。论文最后对工作进行了总结,对下一步研究方向做出规划和展望。目前我国在高速数传方面的研究也已经进入正轨但是与国外水平还存在较大差距,加强高速数传的研究是未来空间探测领域中的一项重要任务,同时对我国空间技术的发展起着非常重要的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 课题研究意义与背景
• 1.1.2 国内外研究现状
• 1.2 高速均衡技术结构问题
• 1.2.1 高速盲均衡问题的提出
• 1.2.2 时域并行接收技术
• 1.2.3 基于理想重构多相滤波器组的并行技术
• 1.2.4 基于重叠存储法的频域实现技术
• 1.3 论文安排及结构
• 第二章 信道均衡的原理和方法
• 2.1 信道均衡原理
• 2.1.1 离散时间通信信道模型
• 2.1.2 信道模型
• 2.2 均衡器的分类及算法概况
• 2.3 盲信道均衡原理
• 2.3.1 盲均衡的数学问题
• 2.3.2 Bassgang 自适应均衡原理
• 2.4 均衡器设计的评估标准
• 2.4.1 迫零均衡滤波器
• 2.4.2 基于 MMSE 准则的均衡滤波器
• 第三章 基于分数间隔的盲均衡算法原理
• 3.1 均衡器设计结构
• 3.2 Laguerre 滤波器结构
• 3.2.1 基本思想
• 3.2.2 算法原理
• 3.3 分数间隔均衡器
• 3.4 LMS 自适应算法
• 3.5 决策反馈盲均衡器
• 第四章 基于 Laguerre 滤波器的盲均衡仿真
• 4.1 仿真方法与流程
• 4.2 Matlab 仿真
• 4.2.1 基于8psk 信号的盲均衡仿真
• 4.2.2 基于 16qam 信号的盲均衡仿真
• 4.2.3 基于 Laguerre 滤波器的盲均衡仿真
• 4.3 仿真分析与结论
• 第五章 盲均衡器的 FPGA 实现
• 5.1 接收机设计
• 5.1.1 原理框图
• 5.1.2 接收机信号处理流程
• 5.1.3 接收机硬件设计
• 5.2 均衡器的FPGA 开发
• 5.2.1 均衡器的系统结构
• 5.2.2 模块设计与仿真
• 5.2.3 均衡器硬件仿真
• 5.3 仿真分析与结论
• 第六章 盲均衡器的验证、测试和分析
• 6.1 接收机10MSPS加均衡前后的解调误码性能
• 6.2 接收机100Msps 加均衡前后的解调误码性能
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果