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基于软件无线电技术的卫星地面站系统研究与设计

漆庄平  
【摘要】:软件无线电是继模拟通信技术、数字通信技术之后的第三代通信技术,是21世纪军用和商用无线电发展的趋势。本论文旨在研究软件无线电卫星地面站系统的设计:以CX-1低轨小卫星地面站系统设计为应用背景,应用软件无线电概念进行系统方案设计并已工程实现;对软件无线电关键技术中的直接数字频率合成器和非整数倍采样情况下的自适应符号同步方法进行了深入研究;并给出了第二代软件无线电卫星地面站系统的初步设计方案。 本文首先对软件无线电技术及其在卫星地面站中的应用的国内、外研究现状进行了详尽的综述,在此基础上,本文提出了将软件无线电概念应用于CX-1低轨小卫星地面站系统设计的新思想,并给出了具体实现方案。CX-1低轨小卫星便携地面站经过投入使用,证明该系统是对传统卫星地面站的改进,可降低系统总投资,增加系统的灵活性和互操作性。 目前,对于采用软件无线电技术的接收机,需要高效、高速的数字上/下变频器。通常数字上/下变频器采用查找表方法实现。本文比较了实现Sine产生器的几种算法,提出采用CORDIC算法来替代传统的查表法,分析了该算法的性能与误差,并给出仿真结果。基于CORDIC算法的直接数字频率合成器克服了DDFS需要非常大的ROM查找表的缺点,它不需要额外的乘法器,非常适合硬件实现。所以CORDIC算法来实现软件无线电直接数字频率合成器有助于节省芯片面积、降低功耗、减少成本。这些优点非常适合第二代软件无线电卫星地面站系统多模多业务的应用。 由于多频段、多模、多业务无线通信系统中每个子系统的传输数据速率都不同,在几个目标系统中使用同一个时钟会导致系统时钟不是所有符号速率的整数倍,而第二代软件无线电卫星地面站系统正是这种应用。针对这种系统时钟不是符号速率整数倍情况,本文采用了一种新的符号定时同步方法,它能够自适应地跟踪最佳符号定时而不用多余的硬件。文中对自适应符号定时同步方法进行原理分析并进行仿真,所得结论对进一步深入研究有较高参考价值。 软件无线电非常适合新算法和新体制的应用。为适应第二代卫星通信接收机能够为用户提供包括通信和定位等多种业务的趋势,本文在现有的CX-1低轨小卫星便携地面站基础上,结合前面的研究,提出了一个第二代卫星地面站通信系统的软件无线电实现方案,从而完善并提高第一代卫星便携地面站功能与性能。 本文的软件无线电关键技术具有实用性和可推广性,基于通信系统的相通性,可广泛应用于卫星移动通信系统、第三代无线通信系统以及无线网络系统中。


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