[发明专利]一种低轨卫星OFDM体制下行同步方法及系统

说明书

本发明公开了一种低轨卫星OFDM体制下行同步方法及系统，所述方法包括如下步骤：以子载波间隔的整数倍，确定单载波信标信号的频率真实值；根据子载波间隔大小，取对数后，确认该单载波信标信号可抗低信噪比的能力大小和单载波信标信号的功率；根据单载波信标信号的频率真实值和功率，将加入循环前缀的OFDM信号与单载波信标信号求和后得到新信号；对新信号进行FFT处理后得到功率谱，在功率谱中找到最大值，作为接收到的信标信号的频率实测值，并将该频率实测值与单载波信标信号的频率真实值进行做差处理后，得到多普勒测量值。本发明提高了OFDM体制下终端与卫星进行下行频率同步的速度，且不依赖于其他系统，提升了低轨卫星星座系统的接入效率。

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，尤其涉及一种低轨卫星OFDM体制下行同步方法及系统。

背景技术

由于LEO卫星的高动态特性，因此地面终端通过下行信道发现并同步卫星信号是星地通信建立的首要条件，是地面终端开机时首先要完成的任务。同样还是由于LEO卫星的高动态特性，用户链路下行信道的信号到达地面终端时，会产生较大的多普勒频移，使得地面终端首次同步卫星信号的过程变得漫长且复杂，极大的影响了用户体验。

文献一：Miaona Huang,et al,Synchronization for OFDM-Based SatelliteCommunication System,IEEE TRANSAC TIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY,2021.该文献使用了PSS和SSS完成下行同步，可适应的信噪比在-6dB，但其多普勒预置值仅为80kHz，采用的频率较低。因此不适用于Ka频段的高多普勒环境。

文献二：Shuo Ma,Synchronization of High Speed OFDM links usingVariations of Schmidl Cox for SNR Improvement,International Conference onWireless Communications,Signal Processing and Networking(WiSPNET),2016.该文献利用Schmidl Cox相关算法，主要利用CP进行多普勒求解和计算，其虽然可以适应达到0.9Fs的多普勒频偏，但信噪比仅能适应0dB。

文献三：王晗，低轨卫星通信中的LTE下行同步FPGA设计，西安电子科技大学，2019。该文献利用4G中PSS和SSS进行多普勒同步，适应频偏仅31kHz，不足以应用于Ka频段。

文献四：刘剑锋等，卫星移动通信多普勒频移补偿研究，重庆邮电大学学报(自然科学版)，2014。该文献用最大似然估计法对用户链路上的收发信号进行多普勒频移估计，但需要多次往返交互才能完成多普勒补偿，不是一种脱离地面终端的盲补偿。

文献五：林墨耘等，OFDM同步算法研究及实现，信息安全与通信保密，2014。该文献在OFDM中增加了特殊的训练序列，而不是单载波信号，且采用Schmidl Cox相关算法进行频偏估计，其频偏适应范围较大但信噪比适应能力较弱。

文献六：任光亮等，一种高动态环境下的OFDM同步方法，2017。该专利设计了基于ZC序列的多普勒同步方法，并采用迭代法进行频偏估计，降低了实现复杂度，但对低信噪比的适应性没有提及，也没有涉及信标信号的设计。

文献七：朱立东等，基于共轭CAZAC序列的卫星OFDM同步算法，2017。该专利设计了一种基于共轭CAZAC序列的卫星OFDM同步算法，适用于卫星大频偏和低信噪比环境，但未涉及与下行PSS和SSS信号的融合，会导致地面终端解调的复杂度提升。

从目前涉及OFDM下行同步的文献、系统中可以看出，目前下行同步算法均不能同时适应低信噪比和大多普勒频偏，或者依赖于其他系统(如GNSS系统)。

发明内容