[發明專利]一種自適應的大規模MIMO低軌衛星多普勒頻偏補償方法

在審

• 申請號: 202210208126.2
• 申請日: 2022-03-04
• 公開（公告）號: CN114584442A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 李佳珉;劉蕊;張子楓;朱鵬程;王東明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00;H04L25/02;H04B7/185;H04B7/0413;H04B7/0456;H04W84/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 唐少群

1.一種自適應的大規模MIMO低軌衛星多普勒頻偏補償方法，其特征在于，所述補償方法包括如下步驟：

步驟S1、針對一大規模MIMO低軌衛星通信系統，確定其下行頻譜效率；

步驟S2、構建DFO估計補償系統，其包括三個階段來進行DFO估計和補償，其中，第一階段為衛星基站端基于先驗知識對衛星DFO進行估計和預補償，第二階段為衛星基站端基于先驗知識對用戶絕對DFO進行估計和預補償，第三階段為用戶終端采用波束對齊技術對用戶相對DFO進行估計和補償；

步驟S3、根據步驟S2中構建的DFO估計補償系統，執行基于三階段的自適應DFO補償算法，其中，在該算法中，若衛星DFO的方差大于第一控制閾值且小于第二控制閥值，則將DFO估計補償系統中的第一階段和第二階段進行級聯，并且對接收信號進行估計和補償；若衛星DFO的方差大于第二控制閾值，則將DFO估計補償系統中的三個階段進行級聯，并且對接收信號進行估計和補償。

2.根據權利要求1中所述的一種自適應的大規模MIMO低軌衛星多普勒頻偏補償方法，其特征在于，所述步驟S1，其具體包括：

步驟S101、針對一個基站天線數量為M，有N_u個單天線用戶的大規模MIMO低軌衛星通信系統，其中衛星采用均勻天線陣列，下行用戶k與衛星之間的多路徑信道模型為：

在公式(1)和公式(2)，P_k為下行用戶k的信道傳播路徑的總數量，為第p條路徑的復值增益，為天線陣列響應，為理想發射角，λ為波長，d為天線間距；表示為衛星DFO，表示絕對DFO，為相位旋轉矩陣，其為用戶相對DFO產生的影響；

步驟S102、經過信道估計，下行用戶k接收到的信號為：

在公式(3)中，為下行用戶k的傳輸功率，為下行用戶k的估計信道，為用戶k的下行預編碼，為下行用戶k的傳輸信號，為信道估計誤差，為下行高斯白噪聲，為用戶i的下行預編碼，為下行用戶i的傳輸信號；

步驟S103、假設用戶終端利用統計信道狀態信息進行信號解碼，則系統的下行可達速率為：

在公式(4)和公式(5)中，是信道估計誤差的方差，ρ^dl是下行鏈路的信噪比。

3.根據權利要求2中所述的一種自適應的大規模MIMO低軌衛星多普勒頻偏補償方法，其特征在于，所述第一階段，其具體包括：

估計出衛星其具體公式為：

在公式(6)和公式(7)中，f_c為載波頻率，c為光速，r_E為地球半徑，r為衛星和地面用戶之間的距離，ω_n為衛星相對于地心的角速度，φ_max表示最大通信仰角；

根據公式(6)和公式(7)，確定下行用戶k的衛星DFO補償矩陣為：

根據該公式(8)進行預補償，在進行該第一階段的預補償之后，下行用戶k接收到的信號R₁(k)為：

。

4.根據權利要求3中所述的一種自適應的大規模MIMO低軌衛星多普勒頻偏補償方法，其特征在于，所述第二階段，其具體包括：

用戶絕對DFO是由于長距離傳輸引起的，則其估計公式為：

在公式(10)中，v_k表示第k個下行用戶的運動速度；

根據該公式(10)，得到下行用戶k的用戶絕對DFO補償矩陣為：

根據該公式(11)進行預補償，經過第二階段預補償之后，下行用戶k接收到的信號R₂(k)為：

。