本書作者武楠現(xiàn)于2011年在北京理工大學(xué)獲得博士學(xué)位,獲“2013年全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文”(百篇優(yōu)博)榮譽(yù)。本書基于其博士論文,既涵蓋了對(duì)衛(wèi)星通信接收機(jī)中多種經(jīng)典同步算法的分類和比較,也特別加入了近年來該技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)的一些新算法??勺鳛楦叩仍盒O嚓P(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生、研究生學(xué)習(xí)數(shù)字接收機(jī)同步技術(shù)的教材或參考書,也可作為從事衛(wèi)星通信的工程技術(shù)人員的參考書。
本書介紹衛(wèi)星通信接收機(jī)中的同步技術(shù),主要內(nèi)容包括衛(wèi)星通信概述、同步技術(shù)的理論基礎(chǔ)、載波頻率同步技術(shù)、載波相位同步技術(shù)、符號(hào)定時(shí)同步技術(shù)、幀同步技術(shù)、信噪比估計(jì)技術(shù),并以歐洲第二代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播(DVB-S2)標(biāo)準(zhǔn)為例,詳細(xì)介紹了接收機(jī)同步算法的設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)現(xiàn)過程。本書既涵蓋了衛(wèi)星通信接收機(jī)中的經(jīng)典同步算法,也特別融入了近年來該技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)的新方法。
本書是專門闡述衛(wèi)星通信接收機(jī)同步技術(shù)的理論書籍,可作為高等院校相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生、研究生學(xué)習(xí)數(shù)字接收機(jī)同步技術(shù)的教材或參考書,也可作為從事衛(wèi)星通信的工程技術(shù)人員的參考書。
武楠,男,1981年生,內(nèi)蒙古巴彥淖爾人。2011年在北京理工大學(xué)獲得博士學(xué)位。現(xiàn)任北京理工大學(xué)副教授,博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)處理技術(shù)。主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年和面上項(xiàng)目、國(guó)家863項(xiàng)目子課題、教育部博士點(diǎn)基金以及企業(yè)合作等項(xiàng)目10余項(xiàng)。在IEEE Trans. Signal Processing、IEEE Trans. Communications、IEEE Trans. Wireless Communications等國(guó)際著名期刊及會(huì)議發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇,其中SCI檢索30余篇,授權(quán)發(fā)明專利10余項(xiàng)。擔(dān)任IEEE Access、IEICE Trans. Communications等期刊編委。獲“2013年全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文”(百篇優(yōu)博)榮譽(yù)。
王華,男,1967年生,安徽全椒人。2000年在北京理工大學(xué)獲得博士學(xué)位?,F(xiàn)任北京理工大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)闊o線通信傳輸理論與技術(shù)。主持和參與國(guó)家自然基金面上項(xiàng)目、國(guó)防預(yù)研和企業(yè)合作項(xiàng)目30余項(xiàng),發(fā)表SCI論文10余篇,授權(quán)專利10余項(xiàng),作為主要完成人獲得省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)四次。
匡鏡明,男,1943年生,湖南益陽人。北京理工大學(xué)教授,通信電子系統(tǒng)專家,博士生導(dǎo)師。1988年5月西德西柏林工業(yè)大學(xué)獲工學(xué)博士學(xué)位。1999年7月起至2007年8月任北京理工大學(xué)校長(zhǎng)兼研究生院院長(zhǎng)。主要研究方向?yàn)闊o線通信理論及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。主持承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家各類別的科研項(xiàng)目,獲得多項(xiàng)科技進(jìn)獎(jiǎng),出版專著2部,發(fā)表論文200余篇。曾任國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)學(xué)科評(píng)議組召集人,總裝備部科技委兼職委員,中國(guó)電子學(xué)會(huì)通信學(xué)分會(huì)副主任委員,中國(guó)兵工學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng),全國(guó)學(xué)位與研究生教育學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng),中國(guó)通信學(xué)會(huì)常務(wù)理事,《學(xué)位與研究生教育》主編,北京市人民政府專家顧問團(tuán)顧問等職務(wù)。先后獲“全國(guó)優(yōu)秀留學(xué)回國(guó)人員”、“國(guó)※級(jí)有突出貢獻(xiàn)的中青年專家”、“全國(guó)國(guó)防科技系統(tǒng)先進(jìn)工作者”等榮譽(yù)稱號(hào)。
第1章 概述 1
1.1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本概念 2
1.1.1 衛(wèi)星通信的定義 2
1.1.2 通信衛(wèi)星的分類 2
1.1.3 衛(wèi)星通信的特點(diǎn) 5
1.1.4 衛(wèi)星通信的任務(wù) 6
1.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 8
1.2.1 衛(wèi)星固定通信的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 8
1.2.2 衛(wèi)星移動(dòng)通信的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 9
1.2.3 衛(wèi)星廣播通信的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 10
1.3 衛(wèi)星接收機(jī)中的同步技術(shù) 11
1.3.1 通信系統(tǒng)的基本模型 11
1.3.2 接收機(jī)中的同步技術(shù) 13
參考文獻(xiàn) 14
第2章 同步技術(shù)的理論基礎(chǔ) 15
2.1 概述 15
2.2 基帶信號(hào)的定時(shí)恢復(fù)及對(duì)信號(hào)抽樣的影響 15
2.2.1 基帶信號(hào)的定時(shí)恢復(fù) 16
2.2.2 定時(shí)恢復(fù)誤差對(duì)檢測(cè)性能的影響 18
2.3 帶通信號(hào)的載波恢復(fù)及對(duì)解調(diào)性能的影響 20
2.3.1 帶通信號(hào)的載波恢復(fù) 20
2.3.2 載波相位誤差造成的性能損失 23
2.4 差分解調(diào)的同步性能分析 26
2.5 同步的參數(shù)估計(jì)理論 28
2.5.1 最大后驗(yàn)概率估計(jì)和最大似然估計(jì) 28
2.5.2 同步參數(shù)估計(jì)中的似然函數(shù)構(gòu)建 34
2.6 同步參數(shù)估計(jì)的性能極限 36
2.6.1 克拉美羅限及修正的克拉美羅限 36
2.6.2 同步參數(shù)估計(jì)中的修正克拉美羅限 40
參考文獻(xiàn) 42
第3章 載波頻率同步技術(shù) 43
3.1 概述 43
3.2 經(jīng)典載波頻率同步方法 43
3.2.1 平方環(huán)法 43
3.2.2 Costas環(huán)法 45
3.3 數(shù)據(jù)輔助頻率估計(jì) 46
3.3.1 基于最大似然的頻率估計(jì)理論 46
3.3.2 載波頻率估計(jì)的簡(jiǎn)化模型 48
3.3.3 Kay算法 49
3.3.4 Fitz算法 50
3.3.5 L&R算法 51
3.3.6 M&M算法 52
3.3.7 頻率估計(jì)算法性能比較 53
3.3.8 一種改進(jìn)的M&M載波頻率估計(jì)算法 54
3.4 非數(shù)據(jù)輔助載波頻率同步 57
3.4.1 理想定時(shí)同步下的載波頻率同步 57
3.4.2 非理想定時(shí)同步下的開環(huán)載波頻率同步 63
3.4.3 非數(shù)據(jù)輔助載波頻率估計(jì)的克拉美羅限 66
3.5 APSK調(diào)制信號(hào)的非數(shù)據(jù)輔助載波頻率估計(jì) 68
3.5.1 存在載波頻率誤差的APSK信號(hào)模型 68
3.5.2 L&R載波頻率估計(jì)算法在APSK調(diào)制信號(hào)下的性能分析 69
3.5.3 算法性能的進(jìn)一步優(yōu)化 75
附錄3. A 76
參考文獻(xiàn) 77
第4章 載波相位同步技術(shù) 79
4.1 數(shù)據(jù)輔助載波相位同步 79
4.1.1 載波相位最大似然估計(jì) 79
4.1.2 載波相位估計(jì)的性能分析 80
4.1.3 頻率殘差對(duì)載波相位估計(jì)的影響 82
4.2 基于判決引導(dǎo)的載波相位估計(jì)方法 83
4.2.1 硬判決反饋的載波相位同步 83
4.2.2 軟判決反饋的載波相位同步 88
4.3 非數(shù)據(jù)輔助的載波相位同步 97
4.3.1 理想定時(shí)同步下的非數(shù)據(jù)輔助載波相位同步 97
4.3.2 高SNR下的非數(shù)據(jù)輔助載波相位同步 98
4.3.3 低SNR下的非數(shù)據(jù)輔助載波相位同步 99
4.3.4 非數(shù)據(jù)輔助載波相位同步的開環(huán)方法 102
4.3.5 QAM調(diào)制信號(hào)的非數(shù)據(jù)輔助載波相位開環(huán)估計(jì)方法 103
4.4 APSK調(diào)制信號(hào)的非數(shù)據(jù)輔助載波相位估計(jì) 104
4.4.1 系統(tǒng)模型 104
4.4.2 非數(shù)據(jù)輔助載波相位估計(jì)的克拉美羅限 105
4.4.3 V&V載波相位估計(jì)算法在APSK調(diào)制信號(hào)下的性能分析 108
4.4.4 基于星座圖分割的載波相位估計(jì)算法 112
4.5 編碼輔助載波相位同步 114
4.5.1 編碼輔助載波相位同步算法 114
4.5.2 基于選擇性軟判決反饋的載波相位同步算法 118
4.5.3 編碼輔助判決反饋載波相位同步性能分析 122
附錄4.A 134
附錄4.B 138
附錄4.C 139
附錄4.D 142
參考文獻(xiàn) 150
第5章 定時(shí)同步技術(shù) 153
5.1 定時(shí)同步技術(shù)概述 153
5.2 經(jīng)典定時(shí)同步方法 154
5.2.1 平方律同步法 154
5.2.2 超前滯后門同步法 156
5.3 基于同步采樣的定時(shí)誤差反饋跟蹤同步法 157
5.3.1 模數(shù)混合數(shù)控振蕩器原理 158
5.3.2 同步采樣定時(shí)校準(zhǔn)關(guān)系的建立 158
5.4 基于非同步采樣的定時(shí)誤差反饋跟蹤同步法 160
5.4.1 非同步采樣插值控制時(shí)鐘恢復(fù)原理 162
5.4.2 分段多項(xiàng)式插值器原理 163
5.4.3 非同步采樣定時(shí)校準(zhǔn)關(guān)系的建立 164
5.5 基于判決引導(dǎo)的定時(shí)誤差檢測(cè) 165
5.5.1 基于最大似然的定時(shí)誤差檢測(cè)算法 165
5.5.2 基于真似然函數(shù)的誤差檢測(cè)算法性能分析 166
5.5.3 三種近似的定時(shí)誤差估計(jì)算法 171
5.5.4 三種近似算法的跟蹤性能分析與比較 173
5.6 非數(shù)據(jù)輔助的定時(shí)誤差檢測(cè)算法 176
5.6.1 基于最大似然的非數(shù)據(jù)輔助定時(shí)誤差檢測(cè)算法 176
5.6.2 非數(shù)據(jù)輔助的GAD定時(shí)誤差檢測(cè)算法 177
5.6.3 GAD算法和NDA-ELD算法的跟蹤性能比較 179
5.7 前饋定時(shí)估計(jì)算法 181
5.7.1 基于最大似然的非數(shù)據(jù)輔助前饋定時(shí)估計(jì)算法 181
5.7.2 O&M前饋定時(shí)估計(jì)算法 184
5.8 編碼輔助符號(hào)定時(shí)同步及其性能分析 186
5.8.1 編碼輔助符號(hào)定時(shí)同步算法 186
5.8.2 編碼輔助判決反饋符號(hào)定時(shí)同步性能分析 190
附錄5.A 200
附錄5.B 201
附錄5.C 202
參考文獻(xiàn) 206
第6章 幀同步技術(shù) 209
6.1 概述 209
6.2 起止式幀同步 209
6.3 集中插入式幀同步的基本方法 210
6.3.1 巴克碼 210
6.3.2 巴克碼識(shí)別器 211
6.3.3 幀同步的保護(hù) 212
6.3.4 幀同步性能分析 213
6.4 復(fù)雜同步碼組下的集中插入式幀同步 214
6.4.1 采用復(fù)雜同步碼組的幀結(jié)構(gòu)特征 215
6.4.2 復(fù)雜同步碼組的幀同步檢測(cè)方法 216
6.4.3 復(fù)雜同步碼組的幀同步校核保護(hù)方法 225
6.4.4 復(fù)雜同步碼組幀同步性能分析 227
6.4.5 復(fù)雜同步碼組幀同步性能仿真分析 233
參考文獻(xiàn) 240
第7章 信噪比估計(jì)技術(shù) 242
7.1 概述 242
7.2 傳統(tǒng)的信噪比估計(jì)算法 243
7.2.1 基于相干接收的信噪比估計(jì) 243
7.2.2 基于矩的信噪比估計(jì) 245
7.3 基于期望最大的編碼輔助迭代信噪比估計(jì) 247
7.4 最大似然編碼輔助信噪比估計(jì) 251
7.4.1 最大似然編碼輔助信噪比估計(jì)算法 252
7.4.2 編碼輔助信噪比估計(jì)的克拉美羅限 254
7.4.3 編碼輔助信噪比估計(jì)算法的仿真結(jié)果及分析 255
7.5 存在載波頻偏的數(shù)據(jù)輔助信噪比估計(jì) 258
7.5.1 基于差分相關(guān)的數(shù)據(jù)輔助信噪比估計(jì)算法 259
7.5.2 CFR信噪比估計(jì)算法在實(shí)際系統(tǒng)中的仿真與改進(jìn) 259
7.6 存在載波相偏的數(shù)據(jù)輔助信噪比估計(jì) 264
7.6.1 相位信噪比聯(lián)合設(shè)計(jì)的MLDA信噪比估計(jì)算法 264
7.6.2 CPR MLDA信噪比估計(jì)算法的性能分析與仿真 266
7.7 APSK調(diào)制信號(hào)的編碼輔助最大似然信噪比估計(jì) 269
7.7.1 編碼APSK信號(hào)的ML信噪比估計(jì)器 269
7.7.2 編碼輔助APSK信號(hào)信噪比估計(jì)的CRB 273
7.7.3 APSK信號(hào)信噪比估計(jì)仿真結(jié)果及分析 273
參考文獻(xiàn) 277
第8章 DVBS2接收機(jī)中的同步技術(shù) 279
8.1 第二代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2 279
8.1.1 國(guó)際數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn) 279
8.1.2 DVBS2的背景 280
8.1.3 DVBS2系統(tǒng)概述 281
8.2 DVBS2接收機(jī)的同步技術(shù) 284
8.2.1 DVBS2系統(tǒng)解調(diào)與同步原理概述 284
8.2.2 DVBS2系統(tǒng)幀同步的差分檢測(cè)方法 287
8.2.3 DVBS2系統(tǒng)符號(hào)定時(shí)同步 292
8.2.4 DVBS2系統(tǒng)載波頻率同步 292
8.2.5 DVBS2系統(tǒng)載波相位同步 297
8.3 DVBS2同步系統(tǒng)仿真與分析 302
8.3.1 DVBS2系統(tǒng)差分檢測(cè)幀同步仿真與分析 303
8.3.2 DVBS2系統(tǒng)符號(hào)定時(shí)同步仿真與分析 307
8.3.3 DVBS2系統(tǒng)載波頻率同步仿真與分析 311
8.3.4 DVBS2系統(tǒng)載波相位同步仿真與分析 315
8.3.5 DVBS2系統(tǒng)同步總體仿真 318
8.4 DVBS2系統(tǒng)同步模塊的FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 319
8.4.1 FPGA開發(fā)平臺(tái)ISE 320
8.4.2 DVBS2系統(tǒng)幀同步設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 321
8.4.3 DVBS2系統(tǒng)符號(hào)定時(shí)同步設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 323
8.4.4 DVBS2系統(tǒng)載波同步設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 328
8.4.5 DVBS2系統(tǒng)接收機(jī)總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 348
參考文獻(xiàn) 354