[發(fā)明專利]一種測量和補償衛(wèi)星通信鏈路載波頻偏的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010188604.5
• 申請日: 2010-05-24
• 公開（公告）號: CN101867546A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發(fā)明（設計）人: 任毅;閆崢;尤啟迪;李申陽;鄒光南
• 申請（專利權）人: 航天恒星科技有限公司
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L25/02;H04L25/03
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星通信鏈路載波頻率偏差的計算方法，用于MF-TDMA方式下發(fā)送的數(shù)據(jù)進行接收并去除通信鏈路中的載波頻偏。

背景技術

數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)目前在國內(nèi)外應用都相當廣泛，尤其是歐美國家大量使用數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為地面通信系統(tǒng)的補充和延伸，其用戶涉及銀行、交通、娛樂、購物、郵政、電視直播等。近年來，我國的衛(wèi)星應用業(yè)務飛速發(fā)展，建設了很多衛(wèi)星通信系統(tǒng)，尤其是交互式電視服務系統(tǒng)和衛(wèi)星電視直播業(yè)務也正在大力推廣之中。衛(wèi)星通信作為現(xiàn)代通信技術的重要組成部分，在國家信息基礎設施建設和國家信息安全戰(zhàn)略中具有重要地位。

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，頻分多址和時分多址是最常用的兩種多址方式，它們各有利弊，而MF-TDMA(多頻時分多址)能夠?qū)⒍叩膬?yōu)點相結(jié)合，時隙分配可以動態(tài)改變，載波的頻率也可以動態(tài)跳變。這樣，就能夠以較低的成本組建起高容量的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡。因此，采用MF-TDMA方式的衛(wèi)星通信系統(tǒng)得到了迅猛發(fā)展，成為衛(wèi)星通信的重要發(fā)展方向之一。

在影響衛(wèi)星通信系統(tǒng)性能的諸多因素之中，多普勒頻移是比較重要的一個。多普勒頻移是由于衛(wèi)星和地面站之間的相對移動所產(chǎn)生的。此外，發(fā)射機與接收機的本振也并不會嚴格相等，這也會帶來接收載波頻率的偏差。

在采用MF-TDMA方式的通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)是以突發(fā)的方式進行傳送的，因此使用AFC(自動頻率控制環(huán)路)環(huán)路來對下行數(shù)據(jù)進行捕獲和載波頻率跟蹤幾乎是無法實現(xiàn)的。這是因為突發(fā)數(shù)據(jù)持續(xù)的時間通常很短，環(huán)路收斂又需要一定時間，于是常常出現(xiàn)有效數(shù)據(jù)已經(jīng)到來，而環(huán)路還未收斂的情況。這就需要找出一種方法，既能夠?qū)ν话l(fā)數(shù)據(jù)進行有效的捕獲和頻偏估計與補償，又不能占用太多資源，增加太多的鏈路延遲。目前，比較常用的方法是由發(fā)送端在突發(fā)數(shù)據(jù)頭部加入偽隨機序列，同時在接收端對去調(diào)制后的數(shù)據(jù)流進行FFT運算，這種方法對數(shù)據(jù)處理的實時性要求很強，算法復雜度高，實現(xiàn)難度非常大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術解決問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種占用硬件資源少，附加鏈路延遲小，且實現(xiàn)簡便的測量和補償衛(wèi)星通信鏈路載波頻偏的方法。

本發(fā)明的技術解決方案是：一種測量和補償衛(wèi)星通信鏈路載波頻偏的方法，步驟如下：

(1)對接收到的載波信號中的I、Q兩路基帶信號進行匹配濾波和去調(diào)制處理；

(2)將去調(diào)制處理后的基帶信號分別與不同頻率的正交載波信號分別進行相關運算，求取基帶信號與各個頻率正交載波信號的滑動內(nèi)積，由此得到相關度s[n]和w[n]分別為基帶信號和正交載波信號；

(3)找出步驟(2)相關運算結(jié)果中相關度的極大值點，并對所述極大值點附近的頻率進行細分，以細分后的頻率重新構建不同頻率的正交載波并進行相關運算；

(4)重復步驟(2)和(3)的相關運算，直至找到相關度的最大值點，所述最大值點對應的頻率作為載波頻偏的大小；

(5)根據(jù)步驟(4)得到的載波頻偏的大小分別產(chǎn)生I、Q兩路單頻補償信號，利用所述補償信號對步驟(1)中接收到的初始基帶信號進行頻率補償。

所述步驟(2)中正交載波信號初始值的確定方法是：根據(jù)對載波頻偏捕獲范圍的要求，在捕獲范圍內(nèi)等間隔的設置正交載波信號的初始值。

所述步驟(5)中單頻補償信號的產(chǎn)生方法為：預先將1/4周期的正弦或者余弦信號波形存儲至正余弦查找表，然后設置正余弦查找表的地址增量，根據(jù)載波頻偏值和查找表地址增量之間的對應關系，通過正余弦查找表產(chǎn)生出與載波頻偏大小相等的正弦信號或者余弦信號，并將其作為單頻補償信號。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明方法采用N路正交載波和M級相關運算對鏈路中的數(shù)據(jù)包進行捕獲，并對其頻偏進行估計，測量結(jié)果的準確度很高，頻率分辨率可達1/(N^M)，能夠極大地減輕后續(xù)處理的壓力，尤其能夠簡化載波跟蹤環(huán)路的設計，使其能夠迅速收斂。另外，由于避免對輸入信號進行復雜的FFT運算，減小了數(shù)據(jù)鏈路的傳輸延遲；

(2)本發(fā)明方法采用的多級相關運算可以通過將數(shù)據(jù)多次導入同一個相關運算單元來實現(xiàn)，使得本發(fā)明的實現(xiàn)非常簡便，不僅頻率分辨精度高，而且極大地節(jié)約了硬件資源；

(3)本發(fā)明方法頻偏測量中用于相關運算的多路正交載波可以由直接頻率合成(DDS)技術產(chǎn)生，絕大多數(shù)硬件描述語言都能夠提供DDS核或可用的DDS模塊，這有利于提高硬件程序的通用性，同時也縮短了開發(fā)周期；