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完善的信息网络系统已逐渐成为国民经济、国防建设的基石,建立安全、高效、高性能的信息网络系统已经成为世界各国的一个战略目标。低轨卫星通信因其低延时、高带宽、广覆盖等优点已成为世界各国信息网络系统发展的一个热点。通信中,信号同步非常基础、关键,低轨卫星通信中的信号同步主要包括符号同步、载波同步两个方面,本论文主要展开这两个方面的研究工作。首先,论文在总结现有插入导频法等符号同步、Fitz法等载波同步相关理论、方法的基础上,根据项目实际情况,选择了内插闭环的Gardner符号同步法、FFT估计法分别实现低轨卫星通信中的符号同步、载波同步功能。在符号同步方面,研究了Gardner法的基本原理及Gardner环路的构成,利用该方法对低轨卫星通信中的符号同步模块进行了原理性设计。在MATLAB环境中,基于误码率最小的原则,通过仿真,优化出该同步环路的带宽为10Hz,并配置了该环路。在载波同步方面,探究了FFT频偏、相偏估计的基本工作原理与基于该估计方法的载波同步模块的基本构成和原理性设计。其中,巧妙、灵活利用长信息序列来进行相偏估计,有效降低了系统误码率。在MATLA B环境中,基于误码率最小的原则,通过仿真,优化出4096点长的信息序列其相偏估计的最佳数据分段长度为636,其长度为636的相位相关器可以有效降低解调门限0.5d B。接着,在上述研究基础上,基于Gardner符号同步法、FFT估计法及其原理性设计,在型号为XC7K325tffg676-2的FPGA上,分别实现了低轨卫星通信中的符号同步、载波同步模块。为了达到本项目的整体精度要求,同步模块的字长定为18位。实现中,符号同步模块消耗了FPGA中的711个查找表、319个SLICE资源和6个DSP资源,载波同步模块消耗了FPGA中的11100个查找表资源、24个DSP资源、9.5个BRAM资源以及3387个SLICE资源。实现后,利用Model Sim对符号同步、载波同步两模块进行了逻辑验证。最后,综合利用MATLAB集成开发环境,对FPGA实现的两个同步模块形成的整体功能进行了系统实验。在MATLAB中主要完成除同步模块之外的其它所有调制解调等通信模块的分析处理,并进行误码率的统计。TLK7-EVM开发板其FPGA为XC7K325tffg676-2,本论文将该开发板做为FPGA模块的半实物验证系统平台。实验中采用了并行导频的不同功率,通过该通信系统链路的误码率来反应同步模块的性能。实验结果表明,本论文设计并予以实现的同步模块能有效、可靠地实现同步功能,满足低轨卫星通信要求。另外,当导频能量比有用信号小12d B时,整体通信系统的性能可以提升约0.5d B。