[发明专利]高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星移动通信时隙同步技术，特别涉及高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步系统及方法。

背景技术

卫星移动通信系统是指利用卫星提供移动通信业务的通信系统，其典型特征是利用卫星作中继站向用户提供移动业务。

基于第三代移动通信系统(3G)的卫星移动通信采用CDMA扩频模式。当多普勒频移达到40kHz时，移动通信系统工作于高动态环境下。在高动态环境中的终端接收信号的载波具有很大的多普勒频移，其中飞行器高速飞行时的多普勒频移可高达数十千赫兹。因此为了实现对卫星波束的搜索，卫星移动通信系统终端必须首先准确且快速的完成下行信号的时隙同步。在对下行信号时隙同步时，首先需要进行对下行信号的捕获。

在高动态环境下，对下行信号的捕获实际上是对接收信号载波频率和主同步码相位的一个二维搜索过程。载波捕获的目的是使本地信号载波频率与接收信号载波频率之差控制在载波环路滤波器的牵引范围之内，而主同步码捕获的目的就是使本地信号码相位与接收信号主同步码相位之差小于一个码片。

目前为了实现码相位同步通常采用相关搜索技术。常见的搜索技术有：串行搜索和并行搜索；常见的相关值的计算算法有：码捕获的单次逗留算法、码捕获的多次逗留串行捕获算法、固定单次逗留的检测器的并行搜索、固定检测器的并串搜索等。

对于码相位搜索技术，利用串行搜索的算法在进行码捕获时，存在捕获时间较长的缺点，尤其当同步码较长时捕获时间更难以满足终端的技术指标；而利用并行搜索算法，由于码相关运算单元采用并行结构，所以实现时会消耗大量硬件资源，导致终端的功耗和成本大大增加。

而对于相关值的计算，在卫星移动通信系统的地面终端相对于卫星处于高速的运动(速度大于60km/h)时，会引起严重的多普勒频移，终端必须同时对信号进行时域和频域的二维搜索，否则在码相位域内信号的自相关值将因频率响应的滚降特性而受到严重的衰减，导致永远捕获不到信号，因此为解决相关值的衰减问题必须对载波频率和相位进行捕获跟踪。目前用于频率捕获常见的方法就是采用锁频环路(FLL)和锁相环路(PLL)来实现，对于FLL，虽然捕获速度快，但精度低；对于PLL，虽然精度较高，但捕获速度慢。

因此，对于在高动态环境下，基于3G的GEO卫星移动通信系统时隙同步中存在的问题与现有技术，国内外均进行了一定的研究。相对于国外对码同步技术和载波同步技术展开的研究，由于我国由于还没有建立自己的卫星移动通信系统，卫星移动通信系统的研究还尚属起步阶段，关于同步技术的研究也多是针对地面移动通信系统。因此，使得这些算法很难直接应用到卫星移动通信的实际工程中去。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于基于3G设计的在GEO卫星移动通信中，适合于在高动态环境下，具有捕获速度快，跟踪精度高、资源消耗少的时隙同步系统及方法。

本发明的技术解决方案是：

高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步系统，包括天线、射频电路模块、A/D转换模块、正交下变频模块、低通滤波模块、数控振荡器模块，其特征在于还包括：匹配滤波模块、FFT模块、载波跟踪模块，

天线、射频电路用于接收GEO卫星的下行信号并进行射频处理后送入A/D转换模块，正交下变频模块的输入与A/D转换模块的输出相联，正交下变频模块利用数控振荡器模块产生的本地载波对经过A/D转换模块输出的采样信号进行相干解调，然后将解调后的信号送入低通滤波模块滤出其中的基带信号，基带信号同时送入载波跟踪模块和匹配滤波模块，匹配滤波模块在给出锁定指示的同时将输出送入FFT模块，FFT模块和载波跟踪模块的输出送入数控振荡器模块用于产生本地载波，其中：

所述的匹配滤波模块，用于快速捕获卫星下行信道主同步码，在系统时钟的驱动下，将基带信号中的同相和正交两路信号分别在匹配滤波模块中进行移位相加的相关运算；将两路相关值输出的同时进行平方求和运算求出最大峰值，根据最大峰值与门限的比较结果做出是否锁定的指示；

所述的FFT模块，用于对匹配滤波模块的输出进行粗频率偏移的估计，首先对输入的两路信号进行FFT处理，如果当处理后的两路信号的频差大于FFT阈值时，将输出送入数控振荡器模块；