卫星通信接收机同步技术
作者：武楠，匡镜明，王华 著
出版时间：2018年版
内容简介
本书介绍卫星通信接收机中的同步技术，主要内容包括卫星通信概述、同步技术的理论基础、载波频率同步技术、载波相位同步技术、符号定时同步技术、帧同步技术、信噪比估计技术，并以欧洲第二代卫星数字视频广播（DVB-S2）标准为例，详细介绍了接收机同步算法的设计、仿真和实现过程。本书既涵盖了卫星通信接收机中的经典同步算法，也特别融入了近年来该技术领域出现的新方法。 本书是专门阐述卫星通信接收机同步技术的理论书籍，可作为高等院校相关专业高年级本科生、研究生学习数字接收机同步技术的教材或参考书，也可作为从事卫星通信的工程技术人员的参考书。
目录
第1章 概述 1
1.1 卫星通信系统的基本概念 2
1.1.1 卫星通信的定义 2
1.1.2 通信卫星的分类 2
1.1.3 卫星通信的特点 5
1.1.4 卫星通信的任务 6
1.2 卫星通信系统的现状与发展趋势 8
1.2.1 卫星固定通信的现状与发展趋势 8
1.2.2 卫星移动通信的现状与发展趋势 9
1.2.3 卫星广播通信的现状与发展趋势 10
1.3 卫星接收机中的同步技术 11
1.3.1 通信系统的基本模型 11
1.3.2 接收机中的同步技术 13
参考文献 14
第2章 同步技术的理论基础 15
2.1 概述 15
2.2 基带信号的定时恢复及对信号抽样的影响 15
2.2.1 基带信号的定时恢复 16
2.2.2 定时恢复误差对检测性能的影响 18
2.3 带通信号的载波恢复及对解调性能的影响 20
2.3.1 带通信号的载波恢复 20
2.3.2 载波相位误差造成的性能损失 23
2.4 差分解调的同步性能分析 26
2.5 同步的参数估计理论 28
2.5.1 最大后验概率估计和最大似然估计 28
2.5.2 同步参数估计中的似然函数构建 34
2.6 同步参数估计的性能极限 36
2.6.1 克拉美罗限及修正的克拉美罗限 36
2.6.2 同步参数估计中的修正克拉美罗限 40
参考文献 42
第3章 载波频率同步技术 43
3.1 概述 43
3.2 经典载波频率同步方法 43
3.2.1 平方环法 43
3.2.2 Costas环法 45
3.3 数据辅助频率估计 46
3.3.1 基于最大似然的频率估计理论 46
3.3.2 载波频率估计的简化模型 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 频率估计算法性能比较 53
3.3.8 一种改进的M&M载波频率估计算法 54
3.4 非数据辅助载波频率同步 57
3.4.1 理想定时同步下的载波频率同步 57
3.4.2 非理想定时同步下的开环载波频率同步 63
3.4.3 非数据辅助载波频率估计的克拉美罗限 66
3.5 APSK调制信号的非数据辅助载波频率估计 68
3.5.1 存在载波频率误差的APSK信号模型 68
3.5.2 L&R载波频率估计算法在APSK调制信号下的性能分析 69
3.5.3 算法性能的进一步优化 75
附录3. A 76
参考文献 77
第4章 载波相位同步技术 79
4.1 数据辅助载波相位同步 79
4.1.1 载波相位最大似然估计 79
4.1.2 载波相位估计的性能分析 80
4.1.3 频率残差对载波相位估计的影响 82
4.2 基于判决引导的载波相位估计方法 83
4.2.1 硬判决反馈的载波相位同步 83
4.2.2 软判决反馈的载波相位同步 88
4.3 非数据辅助的载波相位同步 97
4.3.1 理想定时同步下的非数据辅助载波相位同步 97
4.3.2 高SNR下的非数据辅助载波相位同步 98
4.3.3 低SNR下的非数据辅助载波相位同步 99
4.3.4 非数据辅助载波相位同步的开环方法 102
4.3.5 QAM调制信号的非数据辅助载波相位开环估计方法 103
4.4 APSK调制信号的非数据辅助载波相位估计 104
4.4.1 系统模型 104
4.4.2 非数据辅助载波相位估计的克拉美罗限 105
4.4.3 V&V载波相位估计算法在APSK调制信号下的性能分析 108
4.4.4 基于星座图分割的载波相位估计算法 112
4.5 编码辅助载波相位同步 114
4.5.1 编码辅助载波相位同步算法 114
4.5.2 基于选择性软判决反馈的载波相位同步算法 118
4.5.3 编码辅助判决反馈载波相位同步性能分析 122
附录4.A 134
附录4.B 138
附录4.C 139
附录4.D 142
参考文献 150
第5章 定时同步技术 153
5.1 定时同步技术概述 153
5.2 经典定时同步方法 154
5.2.1 平方律同步法 154
5.2.2 超前滞后门同步法 156
5.3 基于同步采样的定时误差反馈跟踪同步法 157
5.3.1 模数混合数控振荡器原理 158
5.3.2 同步采样定时校准关系的建立 158
5.4 基于非同步采样的定时误差反馈跟踪同步法 160
5.4.1 非同步采样插值控制时钟恢复原理 162
5.4.2 分段多项式插值器原理 163
5.4.3 非同步采样定时校准关系的建立 164
5.5 基于判决引导的定时误差检测 165
5.5.1 基于最大似然的定时误差检测算法 165
5.5.2 基于真似然函数的误差检测算法性能分析 166
5.5.3 三种近似的定时误差估计算法 171
5.5.4 三种近似算法的跟踪性能分析与比较 173
5.6 非数据辅助的定时误差检测算法 176
5.6.1 基于最大似然的非数据辅助定时误差检测算法 176
5.6.2 非数据辅助的GAD定时误差检测算法 177
5.6.3 GAD算法和NDA-ELD算法的跟踪性能比较 179
5.7 前馈定时估计算法 181
5.7.1 基于最大似然的非数据辅助前馈定时估计算法 181
5.7.2 O&M前馈定时估计算法 184
5.8 编码辅助符号定时同步及其性能分析 186
5.8.1 编码辅助符号定时同步算法 186
5.8.2 编码辅助判决反馈符号定时同步性能分析 190
附录5.A 200
附录5.B 201
附录5.C 202
参考文献 206
第6章 帧同步技术 209
6.1 概述 209
6.2 起止式帧同步 209
6.3 集中插入式帧同步的基本方法 210
6.3.1 巴克码 210
6.3.2 巴克码识别器 211
6.3.3 帧同步的保护 212
6.3.4 帧同步性能分析 213
6.4 复杂同步码组下的集中插入式帧同步 214
6.4.1 采用复杂同步码组的帧结构特征 215
6.4.2 复杂同步码组的帧同步检测方法 216
6.4.3 复杂同步码组的帧同步校核保护方法 225
6.4.4 复杂同步码组帧同步性能分析 227
6.4.5 复杂同步码组帧同步性能仿真分析 233
参考文献 240
第7章 信噪比估计技术 242
7.1 概述 242
7.2 传统的信噪比估计算法 243
7.2.1 基于相干接收的信噪比估计 243
7.2.2 基于矩的信噪比估计 245
7.3 基于期望最大的编码辅助迭代信噪比估计 247
7.4 最大似然编码辅助信噪比估计 251
7.4.1 最大似然编码辅助信噪比估计算法 252
7.4.2 编码辅助信噪比估计的克拉美罗限 254
7.4.3 编码辅助信噪比估计算法的仿真结果及分析 255
7.5 存在载波频偏的数据辅助信噪比估计 258
7.5.1 基于差分相关的数据辅助信噪比估计算法 259
7.5.2 CFR信噪比估计算法在实际系统中的仿真与改进 259
7.6 存在载波相偏的数据辅助信噪比估计 264
7.6.1 相位信噪比联合设计的MLDA信噪比估计算法 264
7.6.2 CPR MLDA信噪比估计算法的性能分析与仿真 266
7.7 APSK调制信号的编码辅助最大似然信噪比估计 269
7.7.1 编码APSK信号的ML信噪比估计器 269
7.7.2 编码辅助APSK信号信噪比估计的CRB 273
7.7.3 APSK信号信噪比估计仿真结果及分析 273
参考文献 277
第8章 DVBS2接收机中的同步技术 279
8.1 第二代卫星数字视频广播标准DVB-S2 279
8.1.1 国际数字电视广播标准 279
8.1.2 DVBS2的背景 280
8.1.3 DVBS2系统概述 281
8.2 DVBS2接收机的同步技术 284
8.2.1 DVBS2系统解调与同步原理概述 284
8.2.2 DVBS2系统帧同步的差分检测方法 287
8.2.3 DVBS2系统符号定时同步 292
8.2.4 DVBS2系统载波频率同步 292
8.2.5 DVBS2系统载波相位同步 297
8.3 DVBS2同步系统仿真与分析 302
8.3.1 DVBS2系统差分检测帧同步仿真与分析 303
8.3.2 DVBS2系统符号定时同步仿真与分析 307
8.3.3 DVBS2系统载波频率同步仿真与分析 311
8.3.4 DVBS2系统载波相位同步仿真与分析 315
8.3.5 DVBS2系统同步总体仿真 318
8.4 DVBS2系统同步模块的FPGA设计与实现 319
8.4.1 FPGA开发平台ISE 320
8.4.2 DVBS2系统帧同步设计与实现 321
8.4.3 DVBS2系统符号定时同步设计与实现 323
8.4.4 DVBS2系统载波同步设计与实现 328
8.4.5 DVBS2系统接收机总体设计与实现 348
参考文献 354
