[发明专利]一种测量和补偿卫星通信链路载波频偏的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星通信链路载波频率偏差的计算方法，用于MF-TDMA方式下发送的数据进行接收并去除通信链路中的载波频偏。

背景技术

数字卫星通信系统目前在国内外应用都相当广泛，尤其是欧美国家大量使用数字卫星通信系统作为地面通信系统的补充和延伸，其用户涉及银行、交通、娱乐、购物、邮政、电视直播等。近年来，我国的卫星应用业务飞速发展，建设了很多卫星通信系统，尤其是交互式电视服务系统和卫星电视直播业务也正在大力推广之中。卫星通信作为现代通信技术的重要组成部分，在国家信息基础设施建设和国家信息安全战略中具有重要地位。

在卫星通信系统中，频分多址和时分多址是最常用的两种多址方式，它们各有利弊，而MF-TDMA(多频时分多址)能够将二者的优点相结合，时隙分配可以动态改变，载波的频率也可以动态跳变。这样，就能够以较低的成本组建起高容量的卫星通信网络。因此，采用MF-TDMA方式的卫星通信系统得到了迅猛发展，成为卫星通信的重要发展方向之一。

在影响卫星通信系统性能的诸多因素之中，多普勒频移是比较重要的一个。多普勒频移是由于卫星和地面站之间的相对移动所产生的。此外，发射机与接收机的本振也并不会严格相等，这也会带来接收载波频率的偏差。

在采用MF-TDMA方式的通信系统中，数据是以突发的方式进行传送的，因此使用AFC(自动频率控制环路)环路来对下行数据进行捕获和载波频率跟踪几乎是无法实现的。这是因为突发数据持续的时间通常很短，环路收敛又需要一定时间，于是常常出现有效数据已经到来，而环路还未收敛的情况。这就需要找出一种方法，既能够对突发数据进行有效的捕获和频偏估计与补偿，又不能占用太多资源，增加太多的链路延迟。目前，比较常用的方法是由发送端在突发数据头部加入伪随机序列，同时在接收端对去调制后的数据流进行FFT运算，这种方法对数据处理的实时性要求很强，算法复杂度高，实现难度非常大。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种占用硬件资源少，附加链路延迟小，且实现简便的测量和补偿卫星通信链路载波频偏的方法。

本发明的技术解决方案是：一种测量和补偿卫星通信链路载波频偏的方法，步骤如下：

(1)对接收到的载波信号中的I、Q两路基带信号进行匹配滤波和去调制处理；

(2)将去调制处理后的基带信号分别与不同频率的正交载波信号分别进行相关运算，求取基带信号与各个频率正交载波信号的滑动内积，由此得到相关度s[n]和w[n]分别为基带信号和正交载波信号；

(3)找出步骤(2)相关运算结果中相关度的极大值点，并对所述极大值点附近的频率进行细分，以细分后的频率重新构建不同频率的正交载波并进行相关运算；

(4)重复步骤(2)和(3)的相关运算，直至找到相关度的最大值点，所述最大值点对应的频率作为载波频偏的大小；

(5)根据步骤(4)得到的载波频偏的大小分别产生I、Q两路单频补偿信号，利用所述补偿信号对步骤(1)中接收到的初始基带信号进行频率补偿。

所述步骤(2)中正交载波信号初始值的确定方法是：根据对载波频偏捕获范围的要求，在捕获范围内等间隔的设置正交载波信号的初始值。

所述步骤(5)中单频补偿信号的产生方法为：预先将1/4周期的正弦或者余弦信号波形存储至正余弦查找表，然后设置正余弦查找表的地址增量，根据载波频偏值和查找表地址增量之间的对应关系，通过正余弦查找表产生出与载波频偏大小相等的正弦信号或者余弦信号，并将其作为单频补偿信号。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明方法采用N路正交载波和M级相关运算对链路中的数据包进行捕获，并对其频偏进行估计，测量结果的准确度很高，频率分辨率可达1/(N^M)，能够极大地减轻后续处理的压力，尤其能够简化载波跟踪环路的设计，使其能够迅速收敛。另外，由于避免对输入信号进行复杂的FFT运算，减小了数据链路的传输延迟；

(2)本发明方法采用的多级相关运算可以通过将数据多次导入同一个相关运算单元来实现，使得本发明的实现非常简便，不仅频率分辨精度高，而且极大地节约了硬件资源；

(3)本发明方法频偏测量中用于相关运算的多路正交载波可以由直接频率合成(DDS)技术产生，绝大多数硬件描述语言都能够提供DDS核或可用的DDS模块，这有利于提高硬件程序的通用性，同时也缩短了开发周期；