【摘 要】
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自由空间光通信(FSOC)相比微波通信所具有的优势，使其成为近年来无线通信领域的研究热点。相干探测具有灵敏度高、频谱效率高、可支持高级调制格式等优点，是目前FSOC的关键技术之一。简化数字相干接收机利用单个光探测器接收光信号，结合数字信号处理(DSP)技术实现信号的相干探测与解调。它具有结构简单、功耗低等特点，相比传统相干接收机更适用于FSOC系统。本论文围绕简化数字相干接收机实时解调系统的设计与实现开展了研究工作，主要内容包括：
(1)研究了简化数字相干接收机的系统结构和工作原理，设计了包含光
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自由空间光通信(FSOC)相比微波通信所具有的优势，使其成为近年来无线通信领域的研究热点。相干探测具有灵敏度高、频谱效率高、可支持高级调制格式等优点，是目前FSOC的关键技术之一。简化数字相干接收机利用单个光探测器接收光信号，结合数字信号处理(DSP)技术实现信号的相干探测与解调。它具有结构简单、功耗低等特点，相比传统相干接收机更适用于FSOC系统。本论文围绕简化数字相干接收机实时解调系统的设计与实现开展了研究工作，主要内容包括：
(1)研究了简化数字相干接收机的系统结构和工作原理，设计了包含光场重建、时钟恢复、频偏补偿和相位恢复等功能的实时解调系统算法体系，给出了相应的频域希尔伯特变换(HT)、反馈式Gardner算法、M次方时域差分算法和Viterbi-Viterbi算法的基本算法流程。
(2)针对目前常用的Gardner时钟恢复算法适用光信噪比(OSNR)动态范围有限，提出了一种改进的反馈式并行时钟恢复算法，分析了环路滤波器比例和积分系数、算法并行处理路数等参数对于算法性能的影响。同时结合光场重建算法和载波恢复算法，构建了简化数字相干接收机实时解调系统算法体系。仿真结果表明，改进的时钟恢复算法具有计算复杂度低、适用OSNR动态范围大(-3dB~18dB)等优点，相比Gardner算法更加适用于FSOC系统。
(3)基于Xilinx公司的UltraScale+系列现场可编程门阵列(FPGA)开发平台和Vivado开发环境，采用并行流水线设计方法完成实时解调系统的设计与实现：即通过重叠保留的设计方法完成了频域HT实时算法模块的开发；通过优化求角度运算、多路求和运算、线性插值运算等以减小反馈环路总延迟，完成了反馈式并行时钟恢复实时算法模块的开发与性能优化；通过模块复用的方法，完成了载波恢复实时算法模块的开发与资源优化。在此基础上，基于简化数字相干接收机实现了10GBaud正交相移键控(QPSK)调制格式光信号的实时解调，有望满足实际应用需求。
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