[發(fā)明專利]一種低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)短時(shí)突發(fā)載波同步方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111144482.4
• 申請(qǐng)日: 2021-09-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113872908A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王杰;王艷峰;谷林海;周洋;鄭仁軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東方紅衛(wèi)星移動(dòng)通信有限公司
• 主分類號(hào): H04L27/26
• 分類號(hào): H04L27/26;H04W4/30;H04B7/185
• 代理公司: 重慶雙馬智翔專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50241
• 代理人: 顧曉玲

本發(fā)明提出了一種低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)短時(shí)突發(fā)載波同步方法及系統(tǒng)。該方法為：將短時(shí)突發(fā)載波信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，并捕獲與本地序號(hào)同步的幀頭，計(jì)算得到粗頻偏估計(jì)值；對(duì)粗頻偏估計(jì)后的信號(hào)進(jìn)行掃頻，實(shí)現(xiàn)精頻偏估計(jì)；在掃頻過(guò)程中進(jìn)行CRC校驗(yàn)，當(dāng)CRC校驗(yàn)正確時(shí)，退出掃頻，以此時(shí)計(jì)算得到的精頻偏估計(jì)值實(shí)現(xiàn)短時(shí)突發(fā)載波的同步；在掃頻過(guò)程中如果超出掃頻范圍，則退出掃頻，調(diào)整掃頻范圍后重新進(jìn)行掃頻，直至CRC校驗(yàn)正確時(shí)退出掃頻，完成短時(shí)突發(fā)載波同步。該低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)短時(shí)突發(fā)載波同步方法通過(guò)粗頻偏估計(jì)以及掃頻實(shí)現(xiàn)精頻偏估計(jì)結(jié)合的方式，可實(shí)現(xiàn)MF?TDMA的載波同步。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體涉及一種低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)短時(shí)突發(fā)載波同步方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年全世界物聯(lián)網(wǎng)連接將超過(guò)270億，物聯(lián)網(wǎng)將涉及人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域。但對(duì)于依靠無(wú)線接入的物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，除了物聯(lián)網(wǎng)終端外，必須要有廣覆蓋、海量接入的通信網(wǎng)絡(luò)。采用大量基站的地面網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于大部分陸地地區(qū)來(lái)說(shuō)，是可以滿足要求的。但是像海洋、戈壁等區(qū)域，基站建立與維護(hù)困難，建設(shè)資金昂貴，均難以建設(shè)大量基站。除了傳統(tǒng)陸地基站外，建立衛(wèi)星通信，使之成為地面通信的補(bǔ)充與延伸是可實(shí)現(xiàn)方案。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)利用衛(wèi)星作為中繼站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電波，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)終端之間的無(wú)線通信。低軌衛(wèi)星是相對(duì)距離地球較近的衛(wèi)星，可通過(guò)星間組網(wǎng)方式形成低軌衛(wèi)星星座。衛(wèi)星結(jié)為一個(gè)整體，對(duì)全球范圍實(shí)現(xiàn)全覆蓋，用戶可以隨時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)。低軌衛(wèi)星具有通信容量大、覆蓋面廣、全球無(wú)縫連接、抗毀滅性強(qiáng)等特點(diǎn)。從物聯(lián)網(wǎng)角度來(lái)說(shuō)，低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)，是利用低軌衛(wèi)星作為基站接入，實(shí)現(xiàn)全球萬(wàn)物互聯(lián)的商業(yè)價(jià)值。

低軌衛(wèi)星相對(duì)地球高速運(yùn)動(dòng)，在通信過(guò)程中，會(huì)形成多普勒頻偏。一方面，低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信的多普勒頻偏達(dá)到1200Hz，同時(shí)存在250Hz/s的頻偏變化率。另一方面，低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信數(shù)據(jù)量小，符號(hào)速率低，針對(duì)這種短突發(fā)通信，多普勒頻偏對(duì)于信號(hào)解調(diào)的影響巨大。如何進(jìn)行載波同步，消除多普勒頻偏影響，同時(shí)保證載波同步的精度和復(fù)雜度，是一項(xiàng)既具有挑戰(zhàn)性，又具有研究?jī)r(jià)值的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)短時(shí)突發(fā)載波同步方法及系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)短時(shí)突發(fā)載波同步方法，包括以下步驟：

將短時(shí)突發(fā)載波信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，并捕獲與本地前導(dǎo)序列同步的幀頭，計(jì)算得到粗頻偏估計(jì)值；

對(duì)粗頻偏估計(jì)后的信號(hào)在設(shè)置的各頻偏步長(zhǎng)及頻偏變化率步長(zhǎng)下進(jìn)行掃頻，實(shí)現(xiàn)精頻偏估計(jì)；

在掃頻過(guò)程中進(jìn)行CRC校驗(yàn)，當(dāng)CRC校驗(yàn)正確時(shí)，退出掃頻，以此時(shí)計(jì)算得到的精頻偏估計(jì)值實(shí)現(xiàn)短時(shí)突發(fā)載波的同步；在掃頻過(guò)程中如果超出掃頻范圍，則退出掃頻，調(diào)整掃頻范圍后重新進(jìn)行掃頻，直至CRC校驗(yàn)正確時(shí)退出掃頻，完成短時(shí)突發(fā)載波同步。

該低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)短時(shí)突發(fā)載波同步方法通過(guò)粗頻偏估計(jì)以及掃頻實(shí)現(xiàn)精頻偏估計(jì)結(jié)合的方式，可實(shí)現(xiàn)MF-TDMA的載波同步。

該低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)短時(shí)突發(fā)載波同步方法的優(yōu)選方案：

對(duì)匹配濾波后短時(shí)突發(fā)載波信號(hào)采用滑動(dòng)窗口依次滑動(dòng)取樣，將滑動(dòng)的信號(hào)x與本地序列y做相關(guān)運(yùn)算得到相關(guān)信號(hào)r；將相關(guān)信號(hào)r進(jìn)行FFT變換至頻域，尋找相關(guān)信號(hào)r的頻域信號(hào)峰值，以及該峰值所處序列位置，捕獲到與本地前導(dǎo)序列同步的幀頭，得到粗頻偏估計(jì)值。

粗頻偏估計(jì)值計(jì)算方法為：獲得最大相關(guān)峰對(duì)應(yīng)的頻域點(diǎn)數(shù)p，若pFFT點(diǎn)數(shù)/2，粗頻偏估計(jì)值＝-(FFT點(diǎn)數(shù)-p)*fs/FFT點(diǎn)數(shù)；若pFFT點(diǎn)數(shù)/2，粗頻偏估計(jì)值＝p*fs/FFT點(diǎn)數(shù)。

掃頻時(shí)，在每種頻偏步長(zhǎng)及頻偏變化率步長(zhǎng)下基于所述粗頻偏估計(jì)值計(jì)算頻偏補(bǔ)償，頻偏補(bǔ)償＝粗頻偏估計(jì)值+掃頻值，以CRC校驗(yàn)正確時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻偏補(bǔ)償作為精頻偏估計(jì)值。