深空光通信中,空載終端的功率極其有限,能源十分寶貴,為提高發(fā)射端的能量轉換效率,光子探測器陣列及脈沖位置調制(Pulse Position Modulation,PPM)是普遍認可的兩項關鍵技術。但深空光通信的主要特點是通信鏈路極其遠,鏈路功率損耗大,這就使得接收端存在信號衰減嚴重,信噪比低的問題,從而導致接收機難以實現(xiàn)精確的時鐘同步及數(shù)據恢復。特別是以一倍PPM時隙頻率異步采樣時,其數(shù)據量較少,抗時延抖動能力弱,更難以實現(xiàn)PPM信號的時鐘同步及可靠的數(shù)據恢復。因此,本文針對一倍PPM時隙頻率采樣信號的時鐘同步及數(shù)據恢復進行研究。針對一倍時隙頻率采樣信號其數(shù)據量少易產生信號損失,且容易受到時延抖動的影響而產生脈沖移位錯誤的問題,本文提出了基于光PPM的一倍時隙頻率錯位采樣數(shù)據恢復技術。該方案將光子探測器陣列輸出信號分為兩組,其中偶數(shù)組信號在奇數(shù)組信號采樣的基礎上延遲半個時隙進行采樣,并對兩組采樣信號分別進行合并和插值完成數(shù)據恢復。仿真結果表明,當以一倍時隙頻率采樣時,錯位采樣方案能有效減小傳統(tǒng)采樣所帶來的信號損失,抑制時延抖動引起的脈沖移位錯誤。針對一倍時隙頻率異步采樣的光子探測PPM光通信系統(tǒng),本文提出了一種基于保護時隙的一倍時隙頻率采樣光PPM時鐘同步技術。在發(fā)送端的每個PPM符號中安排一個或者多個保護時隙,根據保護時隙位置處只有背景光子,而其他時隙既有背景光子也有信號光子的特性實現(xiàn)時鐘同步。時鐘同步主要分為定時粗同步和定時精同步兩個部分。定時粗同步是將采樣輸出的數(shù)據以PPM符號中時隙個數(shù)為周期進行統(tǒng)計計數(shù),然后根據保護時隙位置處光子的統(tǒng)計分布特性對時鐘偏差進行定時粗同步。完成定時粗同步后,本文提出了三種精同步方案,其中一種是基于保護時隙的插值匹配搜索定時精同步方案,另外兩種精同步方案是在基于保護時隙的插值匹配搜索的基礎上,與糾錯碼輔助進行的聯(lián)合精估計。仿真結果表明,本文所提方法能夠在大定時偏差范圍內實現(xiàn)有效同步,并且可根據實際系統(tǒng)中的保護時隙數(shù)、信道特性以及統(tǒng)計量選擇合適的定時精同步方案,從而獲得較為理想的系統(tǒng)誤碼性能。
【學位單位】：重慶郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.1
【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 深空光通信概述
    1.2 深空光通信發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 時鐘同步技術研究現(xiàn)狀
    1.4 研究目的及意義
    1.5 本文主要工作及內容安排
第2章 深空光通信關鍵技術及信道特性
    2.1 深空光PPM異步時鐘采樣系統(tǒng)結構模型
    2.2 PPM調制原理
    2.3 光子探測技術
        2.3.1 單光子探測技術
        2.3.2 光子探測陣列接收技術
    2.4 光子探測信道特性
        2.4.1 光子探測信道特性
        2.4.2 泊松信道下PPM調制似然比
    2.5 本章小結
第3章 基于光PPM的異步時鐘錯位采樣數(shù)據恢復技術
    3.1 一倍時隙頻率采樣的研究背景
    3.2 傳統(tǒng)異步時鐘采樣模型
    3.3 數(shù)字插值技術
        3.3.1 插值技術概述
        3.3.2 插值函數(shù)
        3.3.3 脈沖展寬波形權系數(shù)插值算法
    3.4 傳統(tǒng)采樣數(shù)據恢復技術
        3.4.1 傳統(tǒng)異步時鐘采樣數(shù)據恢復方案
        3.4.2 仿真分析
    3.5 錯位采樣數(shù)據恢復技術
        3.5.1 一倍PPM時隙頻率采樣數(shù)據特征
        3.5.2 一倍PPM時隙頻率錯位采樣數(shù)據恢復技術
        3.5.3 仿真分析
    3.6 本章小結
第4章 基于保護時隙的光PPM定時粗同步技術
    4.1 基于保護時隙的光PPM時鐘同步系統(tǒng)
        4.1.1 基于保護時隙的統(tǒng)計光子計數(shù)模型
        4.1.2 基于保護時隙的光PPM時鐘同步系統(tǒng)
    4.2 基于保護時隙的定時粗同步
        4.2.1 基于保護時隙的頻偏粗估計
        4.2.2 基于保護時隙的初始相位偏差粗估計
    4.3 仿真分析
    4.4 本章小結
第5章 基于保護時隙的光PPM定時精同步技術
    5.1 基于保護時隙的插值匹配搜索精同步
        5.1.1 基于保護時隙的插值匹配搜索精同步
        5.1.2 誤碼性能
    5.2 插值匹配搜索與糾錯碼輔助聯(lián)合精同步
        5.2.1 SCPPM編譯碼原理
        5.2.2 插值匹配搜索與譯碼輸出軟信息聯(lián)合精同步
        5.2.3 插值匹配搜索與基于EM估計的碼輔助聯(lián)合精同步
        5.2.4 誤碼性能
    5.3 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 全文工作總結
    6.2 后續(xù)研究工作
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間從事的科研工作及取得的成果

【參考文獻】

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本文編號：2845131