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《重庆大学》 2003年
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DS-COMA小卫星通信关键技术研究及星上交换系统的实现

何世彪  
【摘要】:小卫星通信在21世纪的个人通信及军事通信中将起到非常重要的作用。由于直接序列码分多址(DS-CDMA)具有低的发射功率通量密度、对系统内/外干扰的鲁棒性、软波束形成及软切换、可利用多径分集接收等优点,因此,该方案通常被用作小卫星通信的多址方案。但是,在DS-CDMA小卫星通信系统中,亦存在如下问题:如接收信号的衰落、多址干扰(MAI) 、大的多普勒频移、信道中的连续波(CW)及窄带干扰等。因此对于DS-CDMA小卫星通信来说,须研究的关键技术有: ⑴ 快速伪码捕获与跟踪技术:通常,小卫星的轨道周期为90分钟或数小时,对于地面观察者来说,卫星从地平线升起到落下的最大时间为20分钟(通常为几分钟),因此,为在卫星和地面用户之间成功地建立通信,系统必须建立同步(载波同步和伪码同步)。目前,适用于小卫星通信的伪码捕获方案有:匹配滤波器及大步进延迟锁定环。 ⑵ 有效的抗干扰技术:在卫星传输信道中,存在着大量的干扰,如CW及窄带干扰、多址干扰及噪声,因此,必须寻找有效的抗干扰技术来对付这些干扰,如多用户检测(消除MAI)、智能天线、自适应滤波、智能AGC及单频干扰的抵消等。 ⑶ 多普勒频移补偿:大的多普勒频移会引起载波同步及伪码捕获性能的下降。为克服这类影响,通常采用相干/非相干相关法、匹配滤波法、序列检测及FFT技术来克服多普勒频移对码捕获的影响。利用QPSK及双信道调制解调这样对多普勒频移不敏感的调制/解调技术等。 ⑷ 星上交换及信号处理技术:小卫星不仅作为空中的中继器,而且还必须作为空中的处理和交换中心,因而,星上的交换和处理系统就成为小卫星通信的关键技术。 ⑸ 分集技术:由于多径传播,接收到的信号为来自同一信号源具有不同时延(通常大于码片时间)多径信号的叠加,因而产生衰落。通常是采用 WP=6 RAKE机来分离不同路径的信号。 为了能设计和实现DS-CDMA小卫星通信系统,本文主要研究DS-CDMA小卫星通信系统的关键技术。主要研究工作如下: ⑴根据DS-CDMA技术的特点、最新发展及使用需求,完成总体方案的设计。 ⑵ 基于小卫星通信信道模型及仿真方法,分析了在小卫星通信信道条件下BPSK和对多普勒频移具有鲁棒性的DCPSK调制方式的误码率性能。 ⑶ 系统地研究了多用户检测及RAKE接收技术,提出了利用小波消噪来减小多址干扰的技术。 ⑷ 分析比较了各种PN码的捕获技术,介绍了适于小卫星通信的伪码捕获方案,并提出了利用小波变换检测PN初始相位的新方法。 ⑸ 系统地介绍了基于自适应滤波的抗干扰技术及算法。 ⑹ 设计并实现了星上交换系统,包括总体方案设计、硬件实现及软件编程。
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