[发明专利]低轨卫星移动通信系统中频偏校正方法

说明书

本发明公开了一种低轨卫星移动通信系统中频偏校正方法，包括：将卫星轨道高度及卫星下行波束俯视角作为已知参数，推导得到卫星与波束中心点处俯视角与地心角之间的关系，随后计算卫星与波束中心点处的相对运动速度，并根据多普勒频偏公式计算得到波束中心点处的多普勒频偏，利用该频偏值对本波束内的发送信号和接收信号进行频偏校正。与现有技术相比，本发明提出的基于波束俯视角的频偏校正技术计算简单，所需参数数目少，可实现多普勒频偏的快速估计和实时补偿，将频偏控制在较小的范围内，结合传统的频偏估计方法，以较低的实现复杂度，保证系统稳定可靠的工作，在实际卫星移动通信系统中具有较高的实用价值。

技术领域

本发明涉及一种低轨卫星移动通信系统中多普勒频偏校正方法，属于卫星移 动通信技术领域。

背景技术

随着未来通信需求和通信业务的不断增长，卫星通信所具有的无缝覆盖等优 势将在未来天地一体化通信系统中发挥关键性作用。在低轨卫星通信链路中，由 于卫星与地面站、用户终端之间存在的相对运动产生多普勒频偏，接收端需要对 多普勒频偏进行估计和补偿之后，才能进行后续解调解码。解决由卫星高速移动 所产生的多普勒频偏问题，是提高通信可靠性，提高通信质量的关键保障。针对 低轨卫星移动通信过程中由于卫星高速运动所产生的多普勒频偏问题，传统方法 在接收端通过对接收信号的处理完成多普勒频偏的捕获和跟踪，研究者们围绕解 决多普勒频偏的宽带捕捉和大动态范围跟踪做了大量的工作以扩大捕捉范围、改 善跟踪能力，但每种解决方案相应的都会带来其他性能的下降，例如解调门限、 捕获时间、估计精度以及增加系统复杂度等，因而需要在各项性能间进行折中设 计。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明目的在于提出一种低复杂度的低轨 卫星移动通信系统中频偏校正方法，可将低轨卫星移动通信系统的多普勒频偏补 偿至一个较小的范围内，再配合传统的频偏估计方案实现精确频偏估计及补偿， 可以以较低的代价获得较高的估计精度，具有很高的实用价值。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

低轨卫星移动通信系统中频偏校正方法，该方法包括：

(1)获取低轨卫星的轨道参数，包括轨道高度及波束俯视角信息；

(2)根据立体几何关系及数学关系推导得到卫星相对地面终端波束中心点 处的俯视角与地心角之间的关系；

(3)计算得到卫星与该波束中心点相对距离d的表达式，从而根据d对时 间求导得到卫星相对地面接收端的运动速度v；

(4)根据步骤(3)得到的相对速度v及系统载波频率f_c，计算得到该波束 中心点的多普勒频偏f_d，所述多普勒频偏是关于波束俯视角的函数；

(5)由给定的卫星轨道高度及波束俯视角信息，在整个波束覆盖范围内， 根据计算所得波束中心点处的多普勒频偏作为整个波束覆盖范围内的多普勒频 偏值，对收发信号进行频偏校正。

作为优选，卫星与地面接收端波束中心点处由于相对运动产生的多普勒频偏 是关于波束俯视角的函数，其表达式为：

其中，R为地球半径，r＝R+h，h为卫星轨道高度，μ为开普勒常数，β、β₁分别为卫星与地球中心点的连线和与地面移动终端连线之间的夹角、卫星与地球 中心点的连线和与地面移动终端到星下点轨迹上投影点连线之间的夹角。

作为优选，所述步骤(5)中利用卫星波束中心点处的多普勒频偏作为整个 波束的频偏值，或利用波束覆盖范围内任意一点的多普勒频偏值，对收发信号进 行频偏校正。

作为优选，所述步骤(5)中在根据波束俯视角获得多普勒频偏值之后，星 上发射设备对发送信号进行频偏校正，星上接收设备对接收信号进行频偏校正。