[发明专利]一种自适应的大规模MIMO低轨卫星多普勒频偏补偿方法

权利要求书

1.一种自适应的大规模MIMO低轨卫星多普勒频偏补偿方法，其特征在于，所述补偿方法包括如下步骤：

步骤S1、针对一大规模MIMO低轨卫星通信系统，确定其下行频谱效率；

步骤S2、构建DFO估计补偿系统，其包括三个阶段来进行DFO估计和补偿，其中，第一阶段为卫星基站端基于先验知识对卫星DFO进行估计和预补偿，第二阶段为卫星基站端基于先验知识对用户绝对DFO进行估计和预补偿，第三阶段为用户终端采用波束对齐技术对用户相对DFO进行估计和补偿；

步骤S3、根据步骤S2中构建的DFO估计补偿系统，执行基于三阶段的自适应DFO补偿算法，其中，在该算法中，若卫星DFO的方差大于第一控制阈值且小于第二控制阀值，则将DFO估计补偿系统中的第一阶段和第二阶段进行级联，并且对接收信号进行估计和补偿；若卫星DFO的方差大于第二控制阈值，则将DFO估计补偿系统中的三个阶段进行级联，并且对接收信号进行估计和补偿。

2.根据权利要求1中所述的一种自适应的大规模MIMO低轨卫星多普勒频偏补偿方法，其特征在于，所述步骤S1，其具体包括：

步骤S101、针对一个基站天线数量为M，有N_u个单天线用户的大规模MIMO低轨卫星通信系统，其中卫星采用均匀天线阵列，下行用户k与卫星之间的多路径信道模型为：

在公式(1)和公式(2)，P_k为下行用户k的信道传播路径的总数量，为第p条路径的复值增益，为天线阵列响应，为理想发射角，λ为波长，d为天线间距；表示为卫星DFO，表示绝对DFO，为相位旋转矩阵，其为用户相对DFO产生的影响；

步骤S102、经过信道估计，下行用户k接收到的信号为：

在公式(3)中，为下行用户k的传输功率，为下行用户k的估计信道，为用户k的下行预编码，为下行用户k的传输信号，为信道估计误差，为下行高斯白噪声，为用户i的下行预编码，为下行用户i的传输信号；

步骤S103、假设用户终端利用统计信道状态信息进行信号解码，则系统的下行可达速率为：

在公式(4)和公式(5)中，是信道估计误差的方差，ρ^dl是下行链路的信噪比。

3.根据权利要求2中所述的一种自适应的大规模MIMO低轨卫星多普勒频偏补偿方法，其特征在于，所述第一阶段，其具体包括：

估计出卫星其具体公式为：

在公式(6)和公式(7)中，f_c为载波频率，c为光速，r_E为地球半径，r为卫星和地面用户之间的距离，ω_n为卫星相对于地心的角速度，φ_max表示最大通信仰角；

根据公式(6)和公式(7)，确定下行用户k的卫星DFO补偿矩阵为：

根据该公式(8)进行预补偿，在进行该第一阶段的预补偿之后，下行用户k接收到的信号R₁(k)为：

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4.根据权利要求3中所述的一种自适应的大规模MIMO低轨卫星多普勒频偏补偿方法，其特征在于，所述第二阶段，其具体包括：

用户绝对DFO是由于长距离传输引起的，则其估计公式为：

在公式(10)中，v_k表示第k个下行用户的运动速度；

根据该公式(10)，得到下行用户k的用户绝对DFO补偿矩阵为：

根据该公式(11)进行预补偿，经过第二阶段预补偿之后，下行用户k接收到的信号R₂(k)为：

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