[发明专利]一种低轨卫星宽带OFDM通信系统的载波同步方法

说明书

本发明涉及OFDM载波同步技术领域，具体涉及一种低轨卫星宽带OFDM通信系统的载波同步方法；针对低轨卫星信道大多普勒频移及其频偏变化率的特征，采用两个长度相等且相互共轭的CAZAC序列设计训练序列，利用接收端的本地CAZAC序列与接收到的信号，可以同时估计出定时偏差和整数倍频偏，当定时偏差得到准确的修正时，然后，再利用训练序列中的共轭部分和本地训练序列可以实现小数倍频偏估计，最后，利用残余频偏造成解调数据相位旋转的特点估算出频偏值，实现对残余频偏的跟踪，从而有效地提高了低轨卫星宽带OFDM通信系统的性能。

技术领域

本发明涉及OFDM载波同步技术领域，具体涉及一种低轨卫星宽带OFDM通信系统的载波同步方法。

背景技术

在未来空天地移动通信中，低轨卫星通信起着越来越重要的作用。与地面通信系统相比，低轨卫星通信的覆盖面积更广，更适合在沙漠、深林、高原等无人区进行全球通信；与高轨卫星通信系统相比，低轨卫星通信具有路径衰耗小、传输时延短、研制周期短、发射成本低等优点。因此，对低轨卫星通信进行研究和设计为构建空天地一体化通信具有深远的意义。

随着移动互联网、智能终端在日常生活中的逐渐普及，人们对高速率、高质量的数据传输需求日益加大，低轨卫星通信作为构建全球无缝网络的重要一环，需要具备数据高速率传输的能力。为了提升卫星系统的传输能力，正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)技术被建议在低轨卫星通信上使用。低轨卫星通信系统采用OFDM技术，不但可以有效提升卫星系统的频带资源利用效率，而且还有利于与地面移动网络融合，优势明显。

然而，在OFDM用于低轨卫星通信系统时，对载波频差敏感这一缺点表现得尤为突出。由于低轨卫星相对于地面终端有非常高的运动速度，因此即使接收卫星信号的终端保持位置不变，收到的信号频率与卫星发送端的载波频率之间也会产生相当大的多普勒频移，而且低轨卫星距离移动终端相比地面基站要远的多，信噪比很低。大的频移和低信噪比对系统的载波同步，提出了更为严格的要求。

目前，在卫星通信系统中研究最多的是基于训练序列的OFDM载波同步算法，其基本思想是将训练序列放置于每一帧数据的起始处，用于载波同步。这种方法虽然会占用额外频带资源，但可以快速、有效地实现载波同步，其代价是可以接受的。然而，未考虑低轨卫星通信有相当大的多普勒频移及其频偏变化率等特点。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种低轨卫星宽带OFDM通信系统的载波同步方法，能够有效进行估计低轨卫星通信的大多普勒频移及其频偏变化率，并进行补偿。

一方面，本发明提供了一种低轨卫星宽带OFDM通信系统的载波同步方法，所述方法包括如下述步骤：

S1：输入信号r(n)经过相关窗R1运算，得到相关峰搜索窗的起始位置d′₁；

S2：输入信号r(n)延迟N个符号经过相关窗R2运算，得到相关峰搜索窗的起始位置d′₂；

S3：根据d′₁和d′₂可以估计出定时偏差和整数倍频偏

S4：将输入信号r(n)与相乘得到r₁(n)，完成整数倍频偏补偿，其中，π＝3.14，e为自然指数，N为OFDM长度；

S5：根据估计出的定时位置将补偿后的信号r₁(n)与起始位置为的相关窗R3运算，并将结果与本地CAZAC序列的平方相乘，得到小数倍频偏估计

S6：将经过整数倍频偏补偿后的信号r₁(n)与相乘得到r₂(n)，完成小数倍频偏补偿；