“CX-1”低轨小卫星地面手持终端扩频软件解调器的体系结构及关键算法研究

【摘要】：低轨小卫星短数据通信系统由于小型化、成本低、研制周期短在国民经济与国防建设中有着很好的发展前景。手持终端是“CX-1”低轨小卫星双向短数据通信系统的重要组成部分,扩频解调器的低功耗、快速捕获和自适应干扰抑制是手持终端必须具备的关键特性。 本文以参加“CX-1”小卫星手持终端的研制工作为背景,在已经投入实际使用的扩频软件解调器的基础上深入地研究了手持终端中扩频软件解调器的系统结构和关键算法,研究的重点放在:1.如何满足手持终端的特殊功能要求,即在存在大多普勒频移情况下对扩频信号的快速捕获和在地面恶劣的电磁环境下对小卫星下行通信信号进行自适应干扰抑制。2.如何在尽可能少地降低解调器性能或者不影响解调器性能的前提下,降低扩频软件解调器的运算量,从而达到降低功耗的目的。 首先讨论了扩频解调器的系统模型,包括扩频通信系统的简要介绍,扩频解调器的组成,并推导出“CX-1”小卫星手持终端中扩频解调器在高斯白噪声下的误码率的理论值。随后详细地讨论了扩频软件解调器的硬件和软件设计,并从计算复杂度和解调算法计算量的角度得出了扩频软件解调是可行的结论。 其次对扩频软件解调器中的数字下变频算法和扩频信号的快速捕获算法做了深入的研究。在分析了数字下变频频率合成查找表长度与无杂散动态范围的关系后,针对在存在大多普勒频移情况下的数字下变频器提出了一种改进的数字下变频器结构;比较了软件扩频解调器中采用的二次变频捕获结构和硬件相关器捕获结构相同条件下在捕获时间上的差别,提出了一种将计算量从O(N~2)降低到O(Nlog2(N))的频域相关器算法,与常规频域相关器算法相比,这个算法可以完美地解决FFT长度与伪码长度之间不匹配的缺点。 最后,比较了多普勒剩余频偏的两种估计算法的性能,一种是基于FFT的估计算法,另一种是基于分段解扩的估计算法。提出了一种MMSE(最小均方差)码片插值器算法,并讨论了过采样和码片插值对迟早门定时恢复性能的影响。