[发明专利]一种低轨卫星星地链路同步序列设计及频偏估计方法

说明书

本发明提出一种低轨卫星星地链路同步序列设计及频偏估计方法，属于无线通信领域。本发明采用m序列作为下行链路的同步序列，m序列的长度可变，取值为31、63或127；本发明先对包含同步信号的时域OFDM符号依次进行一次小数倍频偏估计和补偿、一次整数倍频偏估计和补偿，再对补偿后的时域OFDM符号执行带通滤波，得到只包含同步子载波的时域OFDM信号，然后对该信号再进行第二次小数倍频偏估计，对经过整数倍频偏补偿后的时域OFDM符号进行补偿。本发明有效避免在卫星大动态频偏条件下由数据子载波引入的估计误差问题，提高了卫星星地链路大尺度频偏的估计性能，实现了信号的精确频率同步，提升了卫星移动通信的传输质量。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种低轨卫星移动通信系统的星地链路同步序列设计及频偏估计方法。

背景技术

在无线通信系统中，信息以电磁波为媒介，从通信发射机发送至无线信道，并从接收机接收信号实现通信。信号通过无线信道质量容易受到噪声、干扰等信道因素影响，导致接收信号产生幅度和相位的变化，影响通信质量。多载波传输技术将信号调制到多个子载波上，形成了多个相对平坦的子信道，可有效避免频率选择性衰落。正交频分复用(OFDM)技术作为地面第四代移动通信(4G)和第五代移动通信(5G)的关键技术之一，是一种典型的多载波技术。OFDM信号的多个子载波相互正交，显著提升了频谱效率，可提供高速数据传输的能力。在卫星通信场景中，现有的卫星通信传输体制主要基于单载波传输方式，频谱利用效率相对较低。第三代合作伙伴计划(3GPP)组织在制定5G标准时，在卫星与5G融合方向提出了很多提案，在卫星移动通信中采用以OFDM作为多载波基础波形的方案正成为研究的热点。然而，OFDM系统应用于卫星系统面临一些问题，其需要解决的关键问题之一是在卫星场景下，尤其在低地球轨道(LEO)卫星通信场景下，由于卫星和终端高速运动造成的大尺度大动态多普勒频偏会在OFDM系统引入较大的子载波间干扰(ICI)。因此，卫星移动通信系统的接收机上需要实现精确的频率同步，从而保证多载波系统的传输质量。在地面5G系统中，频率同步通过频率放置固定长度的m序列作为同步信号来完成频偏估计。在卫星系统中，由于L频段单波束的带宽受限，无法放置较长的同步序列进行频率同步，Ka频段单波束的带宽资源更多，但在采用大子载波宽度的情形下，仍会出现无法放置长m序列的情形。

目前，在卫星通信场景中的低轨卫星移动通信系统中，存在的问题有二：第一，由于可用带宽受限，固定长度的同步序列无法满足不同帧参数结构的卫星通信同步流程；第二，现有的频偏估计算法不能很好地应用于卫星大动态多普勒频偏估计和信号同步。现有卫星通信多载波传输技术方案中，针对卫星移动通信系统中大动态频偏问题，暂无支持多种带宽条件的同步序列设计方案和相应的频偏估计方法。

发明内容

本发明针对目前现有技术中针对卫星移动通信系统中的不同带宽条件下的同步序列设计问题和大动态频偏问题，提供了一种低轨卫星星地链路同步序列设计及频偏估计方法，设计了一种新型的可变长度的序列设计方案，并提出了一种适用于卫星场景的多次小数倍频偏估计方法，以提高卫星移动通信系统在不同带宽条件下的同步性能，保证信号传输质量。

本发明的低轨卫星星地链路同步序列设计及频偏估计方法，包括：

步骤一，采用m序列作为下行链路的同步序列，m序列映射到连续的M个子载波上，在同步子载波的两侧设置保护子载波，在保护子载波外是数据子载波；m序列的长度可变，取值为31、63或127；M为正整数；

步骤二，基于m序列进行多次小数倍频偏估计，包括：对包含同步信号的时域OFDM符号依次进行第一次小数倍频偏估计和补偿，第一次整数倍频偏估计和补偿，然后对补偿后的时域OFDM符号执行带通滤波，再对带通滤波后得到的时域OFDM信号进行第二次小数倍频偏估计；利用估计的第二次小数倍频偏再对经第一次整数倍频偏补偿后的时域OFDM符号进行补偿。