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目前,中继卫星高速数据传输技术是无线通信技术研究的热点之一,也是发展我国空间信息网络必须解决的关键技术之一。论文结合两套高速调制解调器的研制展开研究,内容包括两个方面:(1)宽带正交调制信号的载波同步技术;(2)DRSS信道的非线性均衡技术。论文第一部分研究了宽带正交调制信号的载波同步技术。基于最大似然估计理论推导并总结了几种正交调制信号的载波参数估计的克拉美罗限,从而确立了衡量载波参数估计性能的基准;提出了改进的差分前向频偏估计算法,提高了频偏估计的精度、增大了估计范围;在详细分析判决指导一阶、二阶DPLL性能的同时,给出了参数设计方法;分析了载波相位误差对正交相干解调的影响。上述内容为宽带正交调制信号的载波同步设计提供了理论依据。论文第二部分研究了DRSS信道的非线性均衡技术。首先,结合实际链路建立了DRSS信道的非线性模型,分析了非线性的影响。其次,仿真分析了用户星HPA的非线性预失真(预均衡)和中继星转发器系统的非线性预失真,给出了改进的无记忆和有记忆非线性预失真方法,仿真结果表明“非线性预失真+功率回退”可以有效补偿DRSS信道的非线性失真。然后,从非线性均衡(后均衡)的角度补偿DRSS信道的非线性失真,重点研究了基于稀疏Volterra滤波的非线性均衡。为了快速构建稀疏Volterra均衡器,提出一种改进的遗传算法;为了提高稀疏Volterra均衡器的收敛速度,提出一种改进的QRD-RLS算法;分析了有限精度下Volterra滤波的量化效应。仿真结果表明非线性均衡能够有效消除DRSS信道的非线性ISI。在这部分的最后一章,研究了非线性降秩均衡技术,首次将多级维纳滤波技术引入到Volterra滤波中,提出了非线性均衡的降秩滤波算法,显著减少了自适应训练的采样支撑;进一步给出Volterra滤波器的一种流水线结构,有效减小了计算量。论文第三部分论述了相关的工程设计。完成了300Mbps TCM-8PSK信号的载波同步设计,完成了800Mbps 8PSK信号的盲均衡设计,并在FPGA上实现;结合工程实践给出一种有效的高速数字解调器的调试方法。