CN111988257B - 前后同步码联合频率估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了前后同步码联合频率估计方法，本发明采用存在间距的两段已知符号(前同步码与后同步码)的相位偏差反推频率偏差，包括步骤：计算前同步码的中心符号角度；计算后同步码的中心符号角度；计算频率偏差。本发明实现简单，只需要较少的已知符号数量，即可较准确的估计小范围内的频率偏差，其频率估计性能远远大于使用相同已知符号数量的其他算法。

Description

前后同步码联合频率估计方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及有前后同步码的突发的频率精估计方法。
背景技术
在MF-TDMA体制的卫星通信系统中，系统发射信息均按TDMA机制，以突发为最小单位。由于收发设备间的频率偏差和多普勒频移，导致接收的基带信号存在一定的频偏，严重影响了信号的接收性能。因此，能否快速正确地估计和校准频偏是正确接收数据的前提，是卫星通信系统中必不可少的步骤。
在MF-TDMA系统中，当系统完成捕获同步后，系统即根据捕获到的同步突发频偏及时间信息校正接收其他突发的时间和频率，使得系统在退出捕获模式后可在预知的时刻去接收小频率偏差的其他突发；另外通常接收机采用锁相环来调整本地载波的频率，获得发送和接收数据之间的载波同步，但MF-TDMA系统的短突发通信体制不适合使用跟踪环。
现有对频率估计的算法常用的有M&M、Kay、Fitz和L&R等，四种算法在高信噪比下均可以达到克拉美罗界，但用在频率精估计时有以下缺点：
M&M算法纠偏范围大，门限比较低，大约为0dB，实现过程相对复杂，适合进行频偏粗估计；Kay算法纠偏范围大、实现较为简单，但是门限非常高，大约为9dB，不适合在中低信噪比下工作，如需在中低信噪比下工作，需先对信号进行累加再进行Kay算法，所需已知符号数量较大，对突发结构要求较高；Fitz算法与L&R算法纠偏范围都较小，算法性能相差不大且没有明显的界限，仅适合用于频率精估计，但随着信噪比的降低，算法的均方根误差性能越来越偏离克拉美罗界，并且要进行求相关运算，实现较为复杂。
综上所述，现有算法在做频率精估计时，都需要较大数量连续的已知符号，已知符号数越多，频率估计性能越好，计算过程也越复杂；针对连续的已知符号数较少的突发来说，现有算法的频率精估计性能较差，且计算更为复杂。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题，而提供的一种前后同步码联合频率估计方法，该方法包括如下步骤：
S1:计算前同步码的中心符号角度：选取的前同步码已知符号为qk，接收机接收到选取的前同步码符号为q'k，
Figure BDA0002657755780000021
为qk的共轭，选取的前同步码符号数为Lq，选取的前同步码的中心符号的角度
Figure BDA0002657755780000022
其中arg为求角度函数；
S2:计算后同步码的中心符号角度：后同步码已知符号为hk，接收机接收到的后同步码符号为h'k，
Figure BDA0002657755780000023
为hk的共轭，后同步码符号数为Lh，后同步码的中心符号的角度
Figure BDA0002657755780000024
S3:计算频率偏差：Ln为选取的前同步码的第一个符号和后同步码的最后一个符号之间的间隔符号数，Ls为选取的前同步码中心符号和后同步码中心符号之间的间隔符号数，
Figure BDA0002657755780000025
Δf为频率偏差，Ts为符号周期，rem为求余数函数，则频率偏差为：
Figure BDA0002657755780000026
本发明的有益效果在于：本发明实现简单，只需要较少的已知符号数量，即可较准确的估计频率偏差；支持在小范围内的频率偏差估计，且频偏精度高，其频率估计性能远远大于使用相同已知符号数量的其他算法。
附图说明
图1是突发典型示意图；
图2是本发明的工作原理流程图；
图3是前后同步码位置示意图；图中：qk-选取的前同步码已知符号；q'k-接收机接收到选取的前同步码符号；hk-后同步码已知符号；h'k-接收机接收到后同步码符号；Lq-选取的前同步码符号数，Lh-后同步码符号数；Ln-选取的前同步码的第一个符号和后同步码的最后一个符号之间的间隔符号数；Ls-选取的前同步码中心符号和后同步码中心符号之间的间隔符号数。
图4是DVB-RCS2标准低层协议(ETSI EN 301 545-2)附录A表A-1中8号参考波形前后同步码联合频率估计仿真图；
图5是DVB-RCS2标准低层协议(ETSI EN 301 545-2)附录A表A-1中18号参考波形前后同步码联合频率估计仿真图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如附图1所示突发结构的典型示意图，MF-TDMA卫星通信系统中前反向链路突发采用线性调制的通用突发构造，在每一个突发中存在一个或多个突发的若干用户有效载荷段，其它段为已知符号，如前同步码和后同步码。前同步码通常在每一个突发中都存在，处于突发的前端，后同步码可能存在。
如附图2所示，本发明前后同步码联合频率估计方法，包括如下步骤：
S1:设前同步码已知符号为qk，接收到的前同步码符号为q'k，
Figure BDA0002657755780000031
为qk的共轭，L为前同步码符号数，计算前同步码的中心符号角度
Figure BDA0002657755780000032
其中arg为求角度函数；
S2:设后同步码已知符号为hk，接收到的后同步码符号为h'k，
Figure BDA0002657755780000041
为hk的共轭，L为后同步码符号数，与选取的前同步码符号数相同。计算后同步码的中心符号角度
Figure BDA0002657755780000042
S3:计算频率偏差：设Ln为前同步码的第一个符号与后同步码段的最后一个符号间的间隔符号数，设Ls为前同步码中心符号与后同步码中心符号间的间隔符号数，Ls＝Ln-L，Δf为频率偏差，Ts为符号周期，rem为求余数函数，则频率偏差为：
Figure BDA0002657755780000043
具体的，采用所述发明的信号频率偏差Δf应满足的条件：
Figure BDA0002657755780000044
本发明采用具有一定间距的(间距单位为符号数)两段已知符号(前同步码和后同步码)的相位偏差反推频率偏差。
采用DVB-RCS2标准低层协议(ETSI EN 301 545-2)附录A表A-1中突发总长为536符号的8号参考波形以及总长为1616符号的18号参考波形进行前后同步码联合频率估计仿真，选取的前后同步码符号数L均为9，仿真得到估计出的频偏与实际频偏的标准差，如图4和图5所示，横轴为信噪比，纵轴为频偏标准差。假设信号符号率为R，图4中，预设实际频率偏差为[-0.5‰,+0.5‰]×R，采用8号参考波形在信噪比大于5时，估计的频偏标准差在符号速率6×10-5内；图5中，预设实际频率偏差为[-0.25‰,+0.25‰]×R，采用18号参考波形在信噪比大于5时，估计的频偏标准差均在符号速率2×10-5内。
本发明充分利用信号突发结构，采用存在间距的两段已知符号(前同步码、后同步码)的相位偏差反推频率偏差，在满足其频偏范围的情况下，相比常用的频偏估计算法，实现简单，只需要较少的已知符号数量，即可较准确的估计频率偏差，频率估计性能远远大于使用相同已知符号数量的其他算法。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.前后同步码联合频率估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:计算前同步码的中心符号角度：选取的前同步码已知符号为qk，接收机接收到选取的前同步码符号为q'k，
Figure FDA0002657755770000011
为qk的共轭，选取的前同步码符号数为Lq，选取的前同步码的中心符号的角度
Figure FDA0002657755770000012
其中arg为求角度函数；
S2:计算后同步码的中心符号角度：后同步码已知符号为hk，接收机接收到的后同步码符号为h'k，
Figure FDA0002657755770000013
为hk的共轭，后同步码符号数为Lh，后同步码的中心符号的角度
Figure FDA0002657755770000014
S3:计算频率偏差：Ln为选取的前同步码的第一个符号和后同步码的最后一个符号之间的间隔符号数，Ls为选取的前同步码中心符号和后同步码中心符号之间的间隔符号数，
Figure FDA0002657755770000015
Δf为频率偏差，Ts为符号周期，rem为求余数函数，则频率偏差为：
Figure FDA0002657755770000016
2.根据权利要求1所述前后同步码联合频率估计方法，其特征在于，采用所述方法的信号频率偏差Δf应满足的条件：
Figure FDA0002657755770000017
其中，Ts为符号周期，Ls为选取的前同步码中心符号和后同步码中心符号之间的间隔符号数。
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