CN101888258B - 高动态环境下基于3g的geo卫星移动通信时隙同步系统及方法 - Google Patents

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Abstract

高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步系统及方法,包括天线、射频电路模块、A/D转换模块、正交下变频模块、低通滤波模块、数控振荡器模块,其特征在于包括:匹配滤波模块、FFT模块、载波跟踪模块,其中匹配滤波模块中关键的折叠匹配滤波模块的设计在同等捕获速度的基础上大大节省了硬件资源;结合FFT模块和载波跟踪模块使得对载波频率的捕获速度更快、精度更高。同时,利用该发明可以在多普勒频移为40KHz的高动态环境下实现对GEO卫星下行信道的时隙同步。

Description

高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及卫星移动通信时隙同步技术,特别涉及高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步系统及方法。

背景技术

[0002] 卫星移动通信系统是指利用卫星提供移动通信业务的通信系统,其典型特征是利用卫星作中继站向用户提供移动业务。

[0003] 基于第三代移动通信系统(3G)的卫星移动通信采用CDMA扩频模式。当多普勒频移达到40kHz时,移动通信系统工作于高动态环境下。在高动态环境中的终端接收信号的载波具有很大的多普勒频移,其中飞行器高速飞行时的多普勒频移可高达数十千赫兹。因此为了实现对卫星波束的搜索,卫星移动通信系统终端必须首先准确且快速的完成下行信号的时隙同步。在对下行信号时隙同步时,首先需要进行对下行信号的捕获。

[0004] 在高动态环境下,对下行信号的捕获实际上是对接收信号载波频率和主同步码相位的一个二维搜索过程。载波捕获的目的是使本地信号载波频率与接收信号载波频率之差控制在载波环路滤波器的牵引范围之内,而主同步码捕获的目的就是使本地信号码相位与接收信号主同步码相位之差小于一个码片。

[0005]目前为了实现码相位同步通常采用相关搜索技术。常见的搜索技术有:串行搜索和并行搜索;常见的相关值的计算算法有:码捕获的单次逗留算法、码捕获的多次逗留串行捕获算法、固定单次逗留的检测器的并行搜索、固定检测器的并串搜索等。

[0006] 对于码相位搜索技术,利用串行搜索的算法在进行码捕获时,存在捕获时间较长的缺点,尤其当同步码较长时捕获时间更难以满足终端的技术指标;而利用并行搜索算法,由于码相关运算单元采用并行结构,所以实现时会消耗大量硬件资源,导致终端的功耗和成本大大增加。

[0007] 而对于相关值的计算,在卫星移动通信系统的地面终端相对于卫星处于高速的运动(速度大于60km/h)时,会引起严重的多普勒频移,终端必须同时对信号进行时域和频域的二维搜索,否则在码相位域内信号的自相关值将因频率响应的滚降特性而受到严重的衰减,导致永远捕获不到信号,因此为解决相关值的衰减问题必须对载波频率和相位进行捕获跟踪。目前用于频率捕获常见的方法就是采用锁频环路(FLL)和锁相环路(PLL)来实现,对于FLL,虽然捕获速度快,但精度低;对于PLL,虽然精度较高,但捕获速度慢。

[0008] 因此,对于在高动态环境下,基于3G的GEO卫星移动通信系统时隙同步中存在的问题与现有技术,国内外均进行了一定的研究。相对于国外对码同步技术和载波同步技术展开的研究,由于我国由于还没有建立自己的卫星移动通信系统,卫星移动通信系统的研究还尚属起步阶段,关于同步技术的研究也多是针对地面移动通信系统。因此,使得这些算法很难直接应用到卫星移动通信的实际工程中去。发明内容

[0009] 本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供了一种适用于基于3G设计的在GEO卫星移动通信中,适合于在高动态环境下,具有捕获速度快,跟踪精度高、资源消耗少的时隙同步系统及方法。

[0010] 本发明的技术解决方案是:

[0011] 高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步系统,包括天线、射频电路模块、A/D转换模块、正交下变频模块、低通滤波模块、数控振荡器模块,其特征在于还包括:匹配滤波模块、FFT模块、载波跟踪模块,

[0012] 天线、射频电路用于接收GEO卫星的下行信号并进行射频处理后送入A/D转换模块,正交下变频模块的输入与A/D转换模块的输出相联,正交下变频模块利用数控振荡器模块产生的本地载波对经过A/D转换模块输出的采样信号进行相干解调,然后将解调后的信号送入低通滤波模块滤出其中的基带信号,基带信号同时送入载波跟踪模块和匹配滤波模块,匹配滤波模块在给出锁定指示的同时将输出送入FFT模块,FFT模块和载波跟踪模块的输出送入数控振荡器模块用于产生本地载波,其中:

[0013] 所述的匹配滤波模块,用于快速捕获卫星下行信道主同步码,在系统时钟的驱动下,将基带信号中的同相和正交两路信号分别在匹配滤波模块中进行移位相加的相关运算;将两路相关值输出的同时进行平方求和运算求出最大峰值,根据最大峰值与门限的比较结果做出是否锁定的指示;

[0014] 所述的FFT模块,用于对匹配滤波模块的输出进行粗频率偏移的估计,首先对输入的两路信号进行FFT处理,如果当处理后的两路信号的频差大于FFT阈值时,将输出送入数控振荡器模块;

[0015] 所述的载波跟踪模块,用于跟踪载波频率及相位的变化并给出用于辅助数控振荡器模块产生本地载波的频率和相位控制信号,对输入的两路正交的基带信号进行叉积鉴频处理和二阶FLL环路滤波后输出频率控制信号,其中当连续多次叉积鉴频输出信号的频差小于鉴频阈值时,进行正切鉴相处理及一阶PLL环路滤波后输出相位的控制信号;而当连续多次叉积鉴频的输出频差大于鉴频阈值时,则不再进行正切鉴相处理和一阶PLL环路滤波处理。

[0016] 所述的匹配滤波模块包括:

[0017] 折叠匹配滤波模块,用于在系统时钟的驱动下对基带信号的同相和正交两路信号进行相关处理,包括256个复系数存储单元、16个加法器、16个延时单元、I个保持器和I个二选一,所述的复系数存储单元,通过16个深度为16的复系数队列存储本地共256位的同步码;所述的加法器,用于将复系数队列输出的本地同步码、输入的数据信号和第三个输入端口的数据进行相加,其中第I个加法器的第三个输入端口为二选一的输出,其他15个加法器的第三个输入端口为前一个延时单元的输出;所述的延时单元可以提供31个延时,延时单兀的输入与前一个加法器的输出相连,其中第16个延时单兀的输出送入保持器,其它15个延时单元的输出与后一个加法器的第三个输入端口相连;所述的保持器,用于存储第16个延时单元输出中的最大数据,在第16个时钟周期,保持器将最大值输出,同时反馈回二选一;所述的二选一,用于将输入的两个信号选择输出,二选一的两个输入分别连接O值和反馈回的保持器的输出,在第I个周期,输出0,在其他周期输出保持器的反馈,保持器无输出时则二选一输出O ;

[0018] FIFO模块,用于对折叠匹配滤波模块中保持器的输出进行缓冲,通过先入先出的排队方式降低输入信号的速率;

[0019] 平方求和模块,用于对折叠匹配滤波模块中保持器输出的同相和正交两路的相关值进行平方求和运算,获得最大峰值;

[0020] 门限判决模块,用于将最大峰值与门限进行比较,并输出判决的结果;

[0021] 锁定指示模块,用于根据门限判决的结果给出是否锁定的指示。

[0022] 所述的复系数折叠匹配滤波模块中的复系数队列通过将本地同步码按序号从小到大,从左下角到右上角按照从左至右、从下到上的顺序排列成16个队列,其中左下角复系数的序号为0,右上角复系数的序号为255,每I个周期循环输出队列头部的复系数,然后再将头部的复系数排于队尾并依次循环。

[0023] 所述的A/D转换模块的采样率为10MHz,采用2倍速率的采样,数据精度为8bit。

[0024] 高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步方法,其特征在于通过以下步骤实现:

[0025] 第一步,将通过天线接收到的GEO卫星移动通信下行信号进行射频处理;

[0026] 第二步,对经过射频处理的信号进行A/D采样获得数字信号;

[0027] 第三步,对数字信号进行本地混频和低通滤波后获得同相和正交的两路基带信号分别送入第四步和第六步;

[0028] 第四步,对基带信号按同相和正交两路同时进行匹配滤波

[0029] a,对基带信号在系统周期的驱动下进行16轮运算,每轮包括16次的相加延时的相关运算,所述的相关运算通过16个加法处理和16个延时处理依次交替进行,其中将第16个延时处理获得的输出同时反馈用于辅助完成第I个加法处理的运算,在每轮相关运算中,将数字信号首先同时送入16个加法处理处并与本地同步码和经前一个延时处理后输出的数据相加,然后再输出到下一个延时处理;第16个延时处理在完成每轮运算后将获得的相关值输出,始终比较输出的相关值并保留其中的最大相关值,在完成全部16轮相加延时运算后,将最大相关值输出并同时反馈到第I个加法处理处,其中第I个加法处理在进行第I轮运算的时刻,不接受反馈回的最大相关值,而是插入O值,在其他时刻第I个加法处理均将反馈回的最大相关值作为加数;其中所述的最大相关值包括对同相信号处理后获得的同相相关值和对正交信号处理后获得的正交相关值;

[0030] b,将a步输出的两路相关值分别通过FIFO处理降低速率后输出;同时,将a步输出的同相和正交的相关值进行平方求和,并输出平方和;

[0031] C,对平方和进行门限比较判断,根据结果给出锁定指示;

[0032] 第五步,粗频率捕获

[0033] 对FIFO输出的两路相关值同时进行FFT运算,若FFT运算后两路信号的频差大于FFT阈值,则将进行FFT运算后的信号送入第七步同时重复进行频差和阈值的比较,并按比较结果选择步骤的跳转;

[0034] 第六步,产生本地载波频率控制信号

[0035] a,当FFT模块运算后两路信号的频差小于FFT阈值时,对经过低通滤波后产生的两路相互正交的信号进行叉积鉴频处理及二阶FLL环路滤波后输出频率控制信号;[0036] b,对经过叉积鉴频处理的信号的频差进行判断,若连续多次叉积鉴频信号的频差小于鉴频阈值,则对数据进行正切鉴相处理再进行一阶PLL环路滤波后输出相位控制信号,如果连续多次叉积鉴频信号的频差大于鉴频阈值,则取消正切鉴频和一阶环路滤波的处理;

[0037] 第七步,产生本地载波

[0038] 结合频率控制信号和相位控制信号或当频差大于FFT阈值时,利用第五步产生的信号,通过数控振荡处理产生本地载波,送入第三步用于混频处理。

[0039] 6、根据权利要求5所述的高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步方法,其特征在于所述的第四步中本地同步码分为同相同步码和正交同步码,均为256位,按照从左到右,从下到上分16个队列按序号从小到大进行排序,左下角为同步码第O位,右上角为同步码第255位,16个队列的头部分别为16个加法处理的I个加数,在16轮加法延时运算中16个队列中的本地同步码按队列顺序循环送出;每个延时处理具有31位的延时,每轮运算延时I位。

[0040] 所述的第二步中进行采样率为IOMHz的2倍A/D采样,数据精度为8bit。

[0041] 本发明与现有技术相比具有如下优点:

[0042] (I)本发明可以在多普勒频移为40KHz的高动态范围内可以实现GEO卫星下行信道的时隙同步。

[0043] (2)本发明所使用的载波频率同步的技术由于采用了 FFT牵引、叉积鉴频结合正切鉴相,使得载波的频率捕获具有速度快、精度高的特点。

[0044] (3)本发明针对基于3G的GEO卫星移动通信系统的同步码特点,设计了具有16折叠复系数的匹配滤波器模块和匹配算法,该模块的实现与算法的应用在同等捕获速度的基础上节省了 15/16的硬件资源。

附图说明

[0045] 图1为本发明结构框图;

[0046] 图2为本发明中折叠匹配滤波模块的原理结构图;

[0047] 图3为本发明中GEO卫星移动通信下行链路同步信道帧结构;

[0048] 图4为本发明中FFT模块和载波跟踪模块工作流程图;

[0049] 图5为本发明细化结构框图。

具体实施方式

[0050] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

[0051] 如图5所示,为本发明细化框图。天线与射频电路模块中的前置放大器和下变频器相互串联,用于接收卫星的下行信号,然后送入A/D转换模块进行采样处理;采样后的信号采用数控振荡器模块输出的本地相互正交的载波通过在正交下变频模块内相乘完成正交下变频的处理即相关解调,然后送入低通滤波模块,低通滤波模块在实现时采用2个低通滤波器的结构分别对正交与同相两路信号进行低通滤波;产生的两路基带信号分别送入载波跟踪模块和2个匹配滤波模块;2个匹配滤波模块同样分正交和同相两路对信号进行处理,匹配滤波模块中的折叠匹配滤波模块首先对信号进行相关运算处理,输出信号一路送入FIFO(First Input First Output)模块进行缓冲后输出,一路送到平方求和模块将两路信号的输出进行平方求和,同门限进行判断后给出锁定指示,而经过缓冲输出的两路信号一起输入FFT (快速傅立叶变换)模块,载波跟踪模块利用输入的两路信号产生频率控制信号和相位控制信号;FFT模块的输出与载波跟踪模块输出的频率控制信号和相位控制信号均送入数控振荡器模块,当频偏较小时,数控振荡器模块利用频率控制信号和相位控制信号产生本地的两路载波;当频偏较大时,数控振荡器模块将利用FFT模块的输出辅助频率控制信号和相位控制信号产生本地的两路载波。

[0052] 一、关键部件设计原理

[0053] 1、匹配滤波模块

[0054] 如图2所示,为匹配滤波模块中关键部件折叠匹配滤波模块的原理结构图,折叠匹配滤波模块主要由256个ROM、16个加法器、16个延时单元和反馈逻辑组成,反馈逻辑包括I个保持器和I个选择器,ROM则用于实现16个复系数队列,各个部件的连接关系如图2所示。

[0055] 复系数队列用于存储本地同步码,在GEO卫星移动通信系统的同步信道如图3所示,同步信道的一帧为10ms,每帧分为15个时隙,每个时隙为2560个码片,每个时隙的前256个码片为主同步码(a。。)。因此,在设计时,利用16个抽头滤波器,每个抽头连接一个深度为16、宽度为2bit的R0M,实现了存储256个码长本地同步码的、深度为16的复系数队列的循环输出。每个ROM同时存储同相和正交两位系数,在对同相和正交信号处理时送出对应的系数;

[0056] 每个延时单元有31个移位寄存器,并与前面的加法器一起构成32个移位寄存器,在系统时钟(160MHz)的驱动下工作。输入采样数据宽度为8bit,采样速率为10MHz,每出现一个采样数据系统进行16轮运算。

[0057] 选择器用于实现二选一的操作,选择向第I个加法器注入O或保持器的反馈。

[0058] 保持器用于暂存相关运算结果,并始终保留最大的相关值。

[0059] 折叠匹配滤波模块在160MHz的系统周期中,共进行16轮加法运算和延时的相关运算。在接收到一个主同步码周期的信号后,将同相和正交两路折叠匹配滤波模块的输出送入平方求和模块进行平方求和运算,然后将会产生一个最大峰值,通过最大峰值与门限的比较,给出同步码是否捕获的锁定指示。

[0060] FIFO模块可以将折叠匹配滤波模块输出的信号进行缓冲,以降低输入信号的速度,在经过FIFO模块的缓冲信号速率降到50KHz。

[0061] 2、FFT 模块

[0062] FFT模块中,FFT运算频偏估计的精度与信号的采样率和FFT运算的点数有关,其中,对信号的采样采用样速率为IOMHz的2倍采样,在经过匹配滤波模块中的FIFO模块后,信号速率为50KHz,在保证精度的前提下,可选择16384点的FFT运算,则运算后载波频偏估计精度约为3Hz。如果信号的频偏大于FFT阈值,则FFT模块将会把估计的频偏值送入数控振荡器模块。

[0063] 3、载波跟踪模块

[0064] FLL环路带宽相对较宽,可以迅速减少系统的载波频差。一阶PLL跟踪环路带宽较窄,精度较高。在初始载波频率估计的时候,由于载波频偏较大,可以采用叉积鉴频和二阶FLL环进行频偏的快速捕获;当频偏较小时,可以采用正切鉴相和一阶PLL环进行载波相位的精确估计,最终产生频率控制信号和相位控制信号。

[0065] 二、工作流程

[0066] 1、射频信号的初步处理

[0067] 利用天线接收GEO卫星的下行信号,通过前置放大和下变频处理后,进行采样频率为IOMHz的2倍A/D采样,将采样后获得的信号利用本地载波进行正交下变频处理,其中Cq(t)和C1U)分别为正交和同相两路输出信号,如式(I)、(2)所示,

[0068]

Figure CN101888258BD00101

[0070] 其中,Q(t)为原信号中的正交分量,I (t)为原信号中的同相分量,ω。为信号载波频率,^^为本地载波频率;

[0071] 当氧=%时,本地载波与接收信号的载波同步,因此可以得到:

[0072]

Figure CN101888258BD00102

[0074] 经过低通滤波后,高频信号被滤除,得到:

Figure CN101888258BD00103

[0076] 当时,本地载波与接收信号的载波不同步,因此,经低通滤波后,两路信号

的向量式为:

[0077]

Figure CN101888258BD00104

[0078] 2、匹配滤波

[0079] 对采样信号进行匹配滤波,匹配滤波的实现流程为:采样数据到来后,第I个系统时钟周期,由CodeO,1,2,...,15送出匹配滤波器的抽头系数,在CodeO加法器中注入0,各级同时进行相加移位运算,第32个延时单元中的最后一个移位寄存器数据送入保持寄存器中;第2个时钟周期,由Codel6,17,18,...,31送出的抽头系数,第I个加法器的前级输入来自保持寄存器,各级同时进行相加移位运算,第16个延时单元中的最末一个移位寄存器数据送入保持寄存器中。第3、4、5、6---16个时钟周期的情况与前面情况相似。直到第16个时钟周期结束时,第16个加法器的结果被送入保持器中。保持器中的值就是折叠匹配

滤波模块的输出。下一个米样数据出现后重复上述过程,CodeO, 1,2......Code255分别表

示本地存储的同步码,对于正交和同相两路信号分别进行相同处理,仅在进行相加运算时选择不同的系数。

[0080] 在接收到一个主同步码周期的信号后,将同相和正交路匹配滤波器的输出送入平方求和模块,将会产生一个最大峰值,通过最大峰值与门限的比较,给出同步码是否被捕获的指示。

[0081] 3、频率捕获

[0082] 针对卫星移动通信系统可以用于高速移动的终端实际情况,设定终端的多普勒频率范围为[-40KHz,40KHz]。对于频率搜索,频域步进量要选取适当,步长太大容易出现漏捕,步长太小则捕获时间较长。由仿真初步分析可知当同步码完全对齐时,多普勒频差为±3KHz时,相关峰值下降达到3dB,正负有6KHz的频率范围。为避免漏捕,选取IKHz作为多普勒频移步进量。这样,系统中总的多普勒频移范围为80KHz,考虑到频率采用并行搜索会增加硬件的复杂度,所以采用频率串行搜索的方法,这样共需要搜索81个频点。同步码捕获后,载波频率估计误差已经降到一个频率搜索单元IKHz以内,而精确的载波相位及多普勒频移跟踪则通过载波跟踪环路实现。

[0083] 3.1、通过FFT运算进行粗频率搜索,

[0084] 经匹配滤波器后的信号经过FIFO缓冲后进入FFT进行载波频率估计,此时FFT对频偏估计的精度与信号的采样率和FFT运算的点数有关。经过FIFO后将信号速率降到50KHz,然后进行如前所述的16384点的FFT运算,载波频偏估计精度约为3Hz。如果信号的频偏大于FFT阈值时,则FFT模块将会把估计后的频偏值直接送入数控振荡器模块用于辅助产生本地载波信号,其中对于FFT阈值的选择,在经过多次实验并结合具体的实际情况选定为效果较为良好的ΙΚΗζ。

[0085] 3.2、利用载波跟踪和FFT进行精确频偏的估计

[0086] 如图4为结合FFT运算,进行的载波跟踪处理工作流程图。载波跟踪模块的输入为低通滤波模块输出的两路相互正交的信号。经过实际情况的分析判断,采用连续三次判断法和固定频差转化,实现FLL(锁频环)和PLL(锁相环)环的切换。首先进行叉积鉴频和二阶FLL环路滤波并输出频率控制信号,当叉积鉴频的频差连续多次小于鉴频阈值时,自动转入正切鉴相和PLL环路跟踪,其中结合多次实验与对系统的具体要求,可选定为连续3次进行判断,鉴频阈值选定为10Hz。当环路进入PLL环路跟踪以后,叉积鉴频和二阶FLL环路也在同时工作,如果发现连续多次频差大于鉴频阈值时,将从PLL环跟踪中跳出,重新进入FLL环跟踪,同时使用FFT进行辅助频率估计,结合多次实验与对系统的具体要求,可选定为连续5次进行判断。当FFT模块发现频差过大时,转回初始状态,重新开始载波串行搜索捕获。

[0087] 其中,叉积鉴频和正切鉴相的原理为:假定经过低通滤波器后I路和Q路的第k个接收数据为T1GO和rQ(k),信号的数据速率为fs,估计频率为/ ,则叉积鉴频算法的原理如

式⑵,

[0088]

Figure CN101888258BD00121

[0089] 正切鉴相算法用于对对信号采用进行相位估计,设估计值为卢,则原理如式(8)

[0090]

Figure CN101888258BD00122

[0091] 4、本地载波的产生

[0092] 数控振荡器模块将载波跟踪模块输出的频率控制信号和相位控制信号作为频率控制字和相位控制字,进而产生本地载波信号;当频偏较大时间,将同时结合FFT模块的输出,生成本地的载波信号。然后,将本地载波返回I进行正交下变频处理。

[0093] 在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

[0094] 本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步系统,包括天线、射频电路模块、A/D转换模块、正交下变频模块、低通滤波模块、数控振荡器模块,其特征在于还包括:匹配滤波模块、FFT模块、载波跟踪模块, 天线、射频电路用于接收GEO卫星的下行信号并进行射频处理后送入A/D转换模块,正交下变频模块的输入与A/D转换模块的输出相联,正交下变频模块利用数控振荡器模块产生的本地载波对经过A/D转换模块输出的采样信号进行相干解调,然后将解调后的信号送入低通滤波模块滤出其中的基带信号,基带信号同时送入载波跟踪模块和匹配滤波模块,匹配滤波模块在给出锁定指示的同时将输出送入FFT模块,FFT模块和载波跟踪模块的输出送入数控振荡器模块用于产生本地载波,其中: 所述的匹配滤波模块,用于快速捕获卫星下行信道主同步码,在系统时钟的驱动下,将基带信号中的同相和正交两路信号分别在匹配滤波模块中进行移位相加的相关运算;将两路相关值输出的同时进行平方求和运算求出最大峰值,根据最大峰值与门限的比较结果做出是否锁定的指示;所述匹配滤波模块包括折叠匹配滤波模块 所述的FFT模块,用于对匹配滤波模块的输出进行粗频率偏移的估计,首先对输入的两路信号进行FFT处理,如果当处理后的两路信号的频差大于FFT阈值时,将输出送入数控振荡器模块; 所述的载波跟踪模块,用于跟踪载波频率及相位的变化并给出用于辅助数控振荡器模块产生本地载波的频率和相位控制信号,对输入的两路正交的基带信号进行叉积鉴频处理和二阶FLL环路滤波后输出频率控制信号,其中当连续多次叉积鉴频输出信号的频差小于鉴频阈值时,进行正切鉴相处理及一阶PLL环路滤波后输出相位的控制信号;而当连续多次叉积鉴频的输出频差大于鉴频阈值时,则不再进行正切鉴相处理和一阶PLL环路滤波处理。
2.根据权利要求1所述的`高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步系统,其特征在于所述的匹配滤波模块还包括FIFO模块、平方求和模块、门限判决模块和锁定指示模块: 折叠匹配滤波模块,用于在系统时钟的驱动下对基带信号的同相和正交两路信号进行相关处理,包括256个复系数存储单元、16个加法器、16个延时单元、I个保持器和I个二选一,所述的复系数存储单元,通过16个深度为16的复系数队列存储本地共256位的同步码;所述的加法器,用于将复系数队列输出的本地同步码、输入的数据信号和第三个输入端口的数据进行相加,其中第I个加法器的第三个输入端口为二选一的输出,其他15个加法器的第三个输入端口为前一个延时单元的输出;所述的延时单元可以提供31个延时,延时单兀的输入与前一个加法器的输出相连,其中第16个延时单兀的输出送入保持器,其它15个延时单元的输出与后一个加法器的第三个输入端口相连;所述的保持器,用于存储第16个延时单元输出中的最大数据,在第16个时钟周期,保持器将最大值输出,同时反馈回二选一;所述的二选一,用于将输入的两个信号选择输出,二选一的两个输入分别连接O值和反馈回的保持器的输出,在第I个周期,输出0,在其他周期输出保持器的反馈,保持器无输出时则二选一输出O ; FIFO模块,用于对折叠匹配滤波模块中保持器的输出进行缓冲,通过先入先出的排队方式降低输入信号的速率;平方求和模块,用于对折叠匹配滤波模块中保持器输出的同相和正交两路的相关值进行平方求和运算,获得最大峰值; 门限判决模块,用于将最大峰值与门限进行比较,并输出判决的结果; 锁定指示模块,用于根据门限判决的结果给出是否锁定的指示。
3.根据权利要求2所述的高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步系统,其特征在于所述的复系数折叠匹配滤波模块中的复系数队列通过将本地同步码按序号从小到大,从左下角到右上角按照从左至右、从下到上的顺序排列成16个队列,其中左下角复系数的序号为0,右上角复系数的序号为255,每I个周期循环输出队列头部的复系数,然后再将头部的复系数排于队尾并依次循环。
4.根据权利要求1所述的高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步系统,其特征在于所述的A/D转换模块的采样率为10MHz,采用2倍速率的采样,数据精度为8bit。
5.高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步方法,其特征在于通过以下步骤实现: 第一步,将通过天线接收到的GEO卫星移动通信下行信号进行射频处理; 第二步,对经过射频处理的信号进行A/D采样获得数字信号; 第三步,对数字信号进行本地混频和低通滤波后获得同相和正交的两路基带信号分别送入第四步和 第六步; 第四步,对基带信号按同相和正交两路同时进行匹配滤波 a,对基带信号在系统周期的驱动下进行16轮运算,每轮包括16次的相加延时的相关运算,所述的相关运算通过16个加法处理和16个延时处理依次交替进行,其中将第16个延时处理获得的输出同时反馈用于辅助完成第I个加法处理的运算,在每轮相关运算中,将数字信号首先同时送入16个加法处理处并与本地同步码和经前一个延时处理后输出的数据相加,然后再输出到下一个延时处理;第16个延时处理在完成每轮运算后将获得的相关值输出,始终比较输出的相关值并保留其中的最大相关值,在完成全部16轮相加延时运算后,将最大相关值输出并同时反馈到第I个加法处理处,其中第I个加法处理在进行第I轮运算的时刻,不接受反馈回的最大相关值,而是插入O值,在其他时刻第I个加法处理均将反馈回的最大相关值作为加数;其中所述的最大相关值包括对同相信号处理后获得的同相相关值和对正交信号处理后获得的正交相关值; b,将a步输出的两路相关值分别通过FIFO处理降低速率后输出;同时,将a步输出的同相和正交的相关值进行平方求和,并输出平方和; c,对平方和进行门限比较判断,根据结果给出锁定指示; 第五步,粗频率捕获 对FIFO输出的两路相关值同时进行FFT运算,若FFT运算后两路信号的频差大于FFT阈值,则将进行FFT运算后的信号送入第七步同时重复进行频差和阈值的比较,并按比较结果选择步骤的跳转; 第六步,产生本地载波频率控制信号 a,当FFT模块运算后两路信号的频差小于FFT阈值时,对经过低通滤波后产生的两路相互正交的信号进行叉积鉴频处理及二阶FLL环路滤波后输出频率控制信号; b,对经过叉积鉴频处理的信号的频差进行判断,若连续多次叉积鉴频信号的频差小于鉴频阈值,则对数据进行正切鉴相处理再进行一阶PLL环路滤波后输出相位控制信号,如果连续多次叉积鉴频信号的频差大于鉴频阈值,则取消正切鉴相和一阶环路滤波的处理; 第七步,产生本地载波 结合频率控制信号和相位控制信号或当频差大于FFT阈值时,利用第五步产生的信号,通过数控振荡处理产生本地载波,送入第三步用于混频处理。
6.根据权利要求5所述的高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步方法,其特征在于所述的第四步中本地同步码分为同相同步码和正交同步码,均为256位,按照从左到右,从下到上分16个队列按序号从小到大进行排序,左下角为同步码第O位,右上角为同步码第255位,16个队列的头部分别为16个加法处理的I个加数,在16轮加法延时运算中16个队列中的本地同步码按队列顺序循环送出;每个延时处理具有31位的延时,每轮运算延时I位。
7.根据权利要求5所述的高动态环境下基于3G的GEO卫星移动通信时隙同步方法,其特征在于所述的第二步 中进行采样率为IOMHz的2倍A/D采样,数据精度为8bit。
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