CN113541766A - 低轨卫星通信系统快速频率捕获方法、系统及终端 - Google Patents

低轨卫星通信系统快速频率捕获方法、系统及终端 Download PDF

Info

Publication number
CN113541766A
CN113541766A CN202110750025.3A CN202110750025A CN113541766A CN 113541766 A CN113541766 A CN 113541766A CN 202110750025 A CN202110750025 A CN 202110750025A CN 113541766 A CN113541766 A CN 113541766A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
frequency offset
frequency
estimation
compensation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110750025.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113541766B (zh
Inventor
谷林海
邹光南
王文斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Star Network Application Co Ltd
Original Assignee
Dongfanghong Satellite Mobile Communication Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongfanghong Satellite Mobile Communication Co Ltd filed Critical Dongfanghong Satellite Mobile Communication Co Ltd
Priority to CN202110750025.3A priority Critical patent/CN113541766B/zh
Publication of CN113541766A publication Critical patent/CN113541766A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113541766B publication Critical patent/CN113541766B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14Relay systems
    • H04B7/15Active relay systems
    • H04B7/185Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18513Transmission in a satellite or space-based system
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/0014Carrier regulation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/10Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
    • H04L27/16Frequency regulation arrangements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

本发明属于空天地海一体化信息网络技术领域,具体公开了一种低轨卫星通信系统快速频率捕获方法、系统及终端,该系统包括,包括初始估计与补偿模块,粗频偏估计与补偿模块,细频偏估计与补偿模块,以及相位估计与补偿模块,该方法通过接收卫星周期播发的FCCH信道信号m(n)及语音DTB突发信号r(n),运算获得信号x(n),最后进行解调编译码。采用本技术方案,能够有效将通信的频率偏移量降低到最小范围,使移动终端在载波同步处理部分设计简单,便于提升终端的便捷性与稳定性,以及有效保障了整个卫星通信过程中的频率稳定性。

Description

低轨卫星通信系统快速频率捕获方法、系统及终端
技术领域
本发明属于空天地海一体化信息网络技术领域,涉及一种低轨卫星通信系统快速频率捕获方法、系统及终端。
背景技术
空天地海一体化信息网络是以地面网络为依托、天基网络为拓展,采用统一的技术架构、统一的技术体制、统一的标准规范,由天基信息网、互联网和移动通信网互联互通而成,具有多样化业务承载、异构网络互联、全域资源管理等特点。空天地海一体化信息网络作为国家重要的信息基础设施,对于国土安全、应急救灾、交通运输、经济发展等多个领域有着重大战略意义。
低轨卫星通信作为空天地海一体化信息网络中的重要组成部分,有着覆盖范围广、接入灵活等优势。在低轨卫星通信中,发送端与接收端的晶振不同步发送信号的传播时延,会导致载波相位的偏移,且低轨卫星相对于地面终端有非常高的运动速度,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。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低轨卫星移动通信系统的载波同步,提出了更为严格的要求。
为了对抗大载波频偏,传统的估计算法可以分为数据辅助、非数据辅助两大类。其中,非数据辅助这一类估计算法的信噪比门限和复杂度较数据辅助估计算法高,因此,在短突发通信中,普遍采用基于导频符号的数据辅助估计算法。
数据辅助估计算法可以分成频域估计算法和时域估计算法两类,时域频偏估计算法主要是采用基于最大似然的估计准则,通过相关函数法求解频偏,估计精度较高,但由于受Nyquist采样定理(奈奎斯特采样定律)的影响,在采样率为fs情况下,估计范围被限定在[-fs/2,fs/2]范围以内,甚至更小;而频域估计算法主要通过FFT将时域信号映射到频域,采用搜索峰值法估计频偏,其估计范围较大,但由于FFT无法克服栅栏效应,因此其估计精度受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低轨卫星通信系统快速频率捕获方法、系统及终端,能够有效将终端通信的频率偏移量降低到最小范围,保证整个卫星通信过程中的频率稳定性。
为了达到上述目的,本发明的基础方案为:一种低轨卫星通信系统快速频率捕获方法,包括如下步骤:
接收卫星周期播发的FCCH(Frequency Correction Channel,频率校正信道)信道信号m(n),并根据FCCH信道信号m(n)估计得到预补偿频偏估计值 fr
终端接收语音信号r(n),采用预先频偏估计值fr对语音信号进行预补偿得到信号r1(n);
对信号r1(n)进行降采样处理,得到信号r2(n);
提取信号r2(n)中的UW(Unique Word,单一字符)控制字,基于UW进行粗频偏估计,得到粗频偏估计值fe,对信号r2(n)进行频偏补偿得到信号r3(n);
对信号r3(n)进行细频偏估计,得到细频偏估计值fd,对信号r3(n)进行频偏补偿得到信号r4(n);
提取r4(n)信号中的UW控制字,进行相位估计,获取相位估计值,根据相位估计值对r4(n)信号进行相偏补偿,得到信号x(n),最后进行解调编译码。
本基础方案的工作原理和有益效果在于:FCCH周期广播,信噪比高,利于使用。对接收的语音信号先进行预补偿,这样频偏在较小范围内,然后采用本方案的粗频偏估计、细频偏估计,以及相位估计进一步补偿,提高频偏估计精度,能够有效将终端通信的频率偏移量降低到最小范围,
进一步,设置周期接收FCCH信道信号的时间间隔为t0
根据低轨卫星速度、高度特征理论计算最大多普勒频偏,设置FCCH信号采样速率大于低轨卫星最大频偏的2.5倍。
通过设置FCCH信号采样速率大于低轨卫星最大频偏的2.5倍,让本地Dual Chirp信号同样上采样到2.5倍,进行频偏估计,可获得较大频偏,估计精度小于10Hz。
进一步,在进行解调编译码后,判断接收处理语音信号的时间是否大于t0,若大于,返回接收卫星周期播发的FCCH信道信号的步骤处,否则返回接收语音信号的步骤处。
使FCCH估计的频偏有效用于语音频偏估计,否则FCCH估计的结果与接收语音信号时的频偏差异较大,不能更好的用于频偏预补偿。
进一步,采用上采样上下扫频法估计得到预补偿频偏估计值fr的具体操作步骤如下:
对本地生成的Dual-Chirp(双线性啁啾)上下扫频信号Su(n)、Sd(n)分别进行2倍插值成型滤波处理,然后经过变速率处理得到信号Su′(n)、Sd′(n),把基带符号速率由Tb变为接收信号符号速率Ts
将接收的FCCH信道信号m(n)分别与Su′(n)、Sd′(n)信号相乘,得到 Cu(n)、Cd(n),计算表达式如下:
Figure RE-GDA0003259066540000041
对Cu(n)、Cd(n)分别进行快速傅里叶FFT处理,并计算周期内频域最大值,其计算表达式如下:
Figure RE-GDA0003259066540000042
计算频偏估计值fr,其计算表达式如下:
Figure RE-GDA0003259066540000043
利用上采样上下扫频法估计频偏,获得较大频偏,运算简单,利于操作。频偏估计算法最大估计范围为fs/2,为了估计L频段较大频偏40KHz,而基带符号速率为16Ksps,因此需速率转化,将基带符号速率由Tb变为接收信号符号速率Ts
进一步,得到粗频偏估计值fe的步骤中,可采用VV算法、MM算法、LR算法、Fitz算法或插值FFT算法之一,进行粗频偏估计;
和/或得到细频偏估计值fd的步骤中,采用VV算法、MM算法、LR算法、Fitz算法或四次方滤波法之一,对信号r3(n)进行细频偏估计。
需要选取适当的算法进行粗频偏估计和细频偏估计,利于使用。
进一步,获取粗频偏估计值fe与信号r3(n)的具体操作步骤如下:
对本地UW控制字进行pi/4-CQPSK调制得到信号z(n);
提取r2(n)信号中的UW控制字符号,并进行归一化处理得到信号
Figure RE-GDA0003259066540000051
本地UW控制字与接收信号UW控制字符号结合运算,得到R(n),计算表达式如下:
Figure RE-GDA0003259066540000052
对R(n)快速傅里叶FFT处理,得到其频谱能量最大值及相对应的频率点 (ak,fk),及其相邻的频率点(ak-1,fk-1)和(ak+1,fk+1),利用插值法得到更近似的频偏估计值fe,其计算表达式为:
Figure RE-GDA0003259066540000053
其中,
Figure RE-GDA0003259066540000054
N为FFT点数;
信号r2(n)进行频偏补偿得到r3(n),其计算表达式为:
Figure RE-GDA0003259066540000055
利用插值FFT算法,先进行粗频偏估计,获取粗频偏估计值fe与信号r3(n),便于后续计算。
进一步,得到信号r4(n)及细频偏估计值fd的具体操作步骤如下:
对信号r3(n)预处理,即去pi/4调制信息,其计算表达式为:
Figure RE-GDA0003259066540000056
对信号
Figure RE-GDA0003259066540000061
进行四次方处理,得到信号
Figure RE-GDA0003259066540000062
其计算表达式为:
Figure RE-GDA0003259066540000063
对信号
Figure RE-GDA0003259066540000064
滤波处理,滤波器长度为33阶,系数h(n)为全1,其计算表达式为:
Figure RE-GDA0003259066540000065
其中,
Figure RE-GDA0003259066540000066
为卷积运算;
获得细频偏估计值fd和信号r4(n),计算表达式为:
fd=max(abs(FFT(r′3(n)))),
Figure RE-GDA0003259066540000067
采用四次方滤波法进行细频偏估计,该方法首先去除pi/4调制信息,然后四次方处理,由于四次方处理过程产生杂散影响频偏估计,因此设计了一种系数为1的滤波器进行滤波,可以有效提高频偏估计精度。
进一步,得到信号x(n)的具体操作步骤如下:
对本地UW控制字进行pi/4-CQPSK调制得到信号d(n);
提取r4(n)信号中的UW控制字符号,并进行归一化处理得到信号
Figure RE-GDA0003259066540000068
计算相位估计值θe,其计算表达式为:
Figure RE-GDA0003259066540000069
其中,L为UW控制字长度的1/2;
信号r4(n)进行相偏补偿得到x(n),其计算表达式为:
Figure RE-GDA00032590665400000610
采用UW控制字进行相位估计与相偏补偿,获得信号x(n),有效将终端通信的频率偏移量降低到最小范围,使移动终端在载波同步处理部分设计简单,便于提升终端的便捷性与稳定性,以及有效保障了整个卫星通信过程中的频率稳定性。
本发明还提供一种基于上述的低轨卫星通信系统快速频率捕获方法的频率捕获系统,包括初始估计与补偿模块,粗频偏估计与补偿模块,细频偏估计与补偿模块,以及相位估计与补偿模块;
所述初始估计与补偿模块,用于获取卫星周期播发的FCCH信道信号m(n),并根据FCCH信道信号m(n)得到预补偿频偏估计值fr
所述粗频偏估计与补偿模块,用于接收语音DTB突发信号r(n),并根据语音DTB突发信号r(n),得到粗频偏估计值fe及信号r3(n);
所述细频偏估计与补偿模块,用于接收粗频偏估计与补偿模块得到的信号 r3(n),对信号r3(n)进行频偏补偿得到信号r4(n),并获取细频偏估计值fd
所述相位估计与补偿模块,用于接收信号r4(n),通过对信号r4(n)进行相位估计及相偏补偿,得到信号x(n)。
各模块基于本发明的频率捕获方法,接收并分析相关参数,分工明确,利于操作使用。
进一步,所述初始估计与补偿模块中设有变速率处理模块,用于对初始估计与补偿模块中的信号进行变速率采样处理;
所述变速率处理模块包括多个半带滤波器和FIR滤波器,根据所需采样速率,自适应配置半带滤波器个数,以及FIR滤波器系数。
根据所需采样速率,自适应配置半带滤波器个数,以及FIR滤波器系数(支持3倍,5倍插值的滤波器系数),可以产生任意整数倍采样速率,该方法对带内平坦度影响小于0.9dB。
本发明还提供一种终端,包括处理器、存储器和信号接收单元;
所述存储器中存储有计算机程序,当计算机程序被处理器执行时,使得所述终端实现上述的方法。
将本发明的方法集成在终端上运行,利于使用。
本发明还提供一种计算机存储介质,存储有计算机可读指令,且所述计算机可读指令在被处理器执行时实现如上述的方法。
设置计算机存储介质存储指令,需要运行指令时,便于处理器提取,利于使用。计算机存储介质可制作为软件及其芯片,便于使用。
附图说明
图1是本发明低轨卫星通信系统快速频率捕获方法的流程示意图;
图2是本发明低轨卫星通信系统快速频率捕获系统的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,除非另有规定和限定,需要说明的是,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示,本发明公开了一种低轨卫星通信系统快速频率捕获方法,包括如下步骤:
终端初始化,终端接收卫星周期播发的FCCH(Frequency Correction Channel,频率校正信道)信道信号m(n),优选采用上采样上下扫频法估计得到预补偿频偏估计值fr,上采样上下扫频法性能较好,利于使用。设置周期接收FCCH信道信号的时间间隔为t0,根据低轨卫星速度、高度特征理论计算最大多普勒频偏,设置FCCH信号采样速率大于低轨卫星最大频偏的2.5倍。
终端接收语音信号r(n),优选语音信号为DTB突发信号。采用预先频偏估计值fr对DTB突发信号进行预补偿得到信号r1(n)。再对信号r1(n)进行降采样处理,得到信号r2(n)。
提取信号r2(n)中的UW控制字,基于UW控制字采用VV(Viterbi-Viterbi,载波恢复算法)算法、MM(MolrelliMellgali)算法、LR(Logistic Regression,逻辑回归)算法、Fitz算法或插值FFT(Fast Fourier Transformation,快速傅里叶变换)算法之一,进行粗频偏估计,得到粗频偏估计值fe,对信号r2(n) 进行频偏补偿得到信号r3(n)。
采用VV算法、MM算法、LR算法、Fitz算法或四次方滤波法之一,对信号 r3(n)进行细频偏估计,得到细频偏估计值fd,对信号r3(n)进行频偏补偿得到信号r4(n)。提取r4(n)信号中的UW控制字,进行相位估计,获取相位估计值,根据相位估计值对r4(n)信号进行相偏补偿,得到信号x(n),最后进行解调编译码。
在进行解调编译码后,判断接收处理语音DTB突发信号的时间是否大于t0,若大于,返回接收卫星周期播发的FCCH信道信号的步骤处;否则返回接收语音 DTB突发信号的步骤处。
本方案提出一种基于Dual Chirp信号接收预补偿联合频偏估计方法,一方面,由于FCCH周期广播,信噪比高,同时Dual Chirp信号估计频偏精度高;另一方面,对接收的DTB语音先进行预补偿,这样使频偏在较小范围内,然后采用本方案的粗频偏估计、细频偏估计,以及相位估计进一步补偿,能够有效将终端通信的频率偏移量降低到最小范围。采用上采样上下扫频法估计得到预补偿频偏估计值fr的具体操作步骤如下:
对本地生成的Dual-Chirp上下扫频信号Su(n)、Sd(n)分别进行2倍插值成型滤波处理,然后经过变速率处理得到信号Su′(n)、Sd′(n),把基带符号速率由Tb变为接收信号符号速率Ts
将接收的FCCH信道信号m(n)分别与Su′(n)、Sd′(n)信号相乘,得到 Cu(n)、Cd(n),计算表达式如下:
Figure RE-GDA0003259066540000101
对Cu(n)、Cd(n)分别进行快速FFT处理,并计算周期内频域最大值,其计算表达式如下:
Figure RE-GDA0003259066540000111
计算频偏估计值fr,其计算表达式如下:
Figure RE-GDA0003259066540000112
终端按照卫星周期播发的FCCH进行接收Dual Chirp信号,并采用上采样上下扫频法估计较大频偏。终端通过设置FCCH信号采样速率大于低轨卫星最大频偏的2.5倍,让本地Dual Chirp信号同样上采样到2.5倍,进行频偏估计,可获得较大频偏,估计精度小于10Hz。
本方案中,获取粗频偏估计值fe与信号r3(n)的具体操作步骤如下:
对本地UW控制字(终端本地存储的)进行pi/4-CQPSK调制得到信号z(n);
提取r2(n)信号中的UW控制字符号,并进行归一化处理得到信号
Figure RE-GDA0003259066540000113
本地UW控制字与接收信号UW控制字符号结合运算,得到R(n),计算表达式如下:
Figure RE-GDA0003259066540000114
对R(n)快速傅里叶FFT处理,得到其频谱能量最大值及相对应的频率点 (ak,fk),及其相邻的频率点(ak-1,fk-1)和(ak+1,fk+1),利用插值法得到更近似的频偏估计值fe,其计算表达式为:
Figure RE-GDA0003259066540000115
其中,
Figure RE-GDA0003259066540000116
N为FFT点数;
信号r2(n)进行频偏补偿得到r3(n),其计算表达式为:
Figure RE-GDA0003259066540000121
本频率捕获方法中,得到信号r4(n)及细频偏估计值fd的具体操作步骤如下:
对信号r3(n)预处理,即去pi/4调制信息,其计算表达式为:
Figure RE-GDA0003259066540000122
对信号
Figure RE-GDA0003259066540000123
进行四次方处理,得到信号
Figure RE-GDA0003259066540000124
其计算表达式为:
Figure RE-GDA0003259066540000125
对信号
Figure RE-GDA0003259066540000126
滤波处理,滤波器长度为33阶,系数h(n)为全1,其计算表达式为:
Figure RE-GDA0003259066540000127
其中,
Figure RE-GDA0003259066540000128
为卷积运算;
获得细频偏估计值fd和信号r4(n),计算表达式为:
fd=max(abs(FFT(r′3(n)))),
Figure RE-GDA0003259066540000129
本方案中,得到信号x(n)的具体操作步骤如下:
对本地UW控制字进行pi/4-CQPSK调制得到信号d(n);
提取r4(n)信号中的UW控制字符号,并进行归一化处理得到信号
Figure RE-GDA00032590665400001210
计算相位估计值θe,其计算表达式为:
Figure RE-GDA00032590665400001211
其中,L为UW控制字长度的1/2;
信号r4(n)进行相偏补偿得到x(n),其计算表达式为:
Figure RE-GDA0003259066540000131
如图2所示,本发明还提供一种基于上述的低轨卫星通信系统快速频率捕获方法的频率捕获系统,包括初始估计与补偿模块,粗频偏估计与补偿模块,细频偏估计与补偿模块,以及相位估计与补偿模块;
初始估计与补偿模块,用于获取卫星周期播发的FCCH信道信号m(n),并根据FCCH信道信号m(n)得到预补偿频偏估计值fr
粗频偏估计与补偿模块,用于接收语音DTB突发信号r(n),并根据语音 DTB突发信号r(n),得到粗频偏估计值fe及信号r3(n);
细频偏估计与补偿模块,用于接收粗频偏估计与补偿模块得到的信号r3(n),对信号r3(n)进行频偏补偿得到信号r4(n),并获取细频偏估计值fd
相位估计与补偿模块,用于接收信号r4(n),通过对信号r4(n)进行相位估计及相偏补偿,得到信号x(n)。
初始估计与补偿模块中设有变速率处理模块,用于对初始估计与补偿模块中的信号进行变速率采样处理;变速率处理模块包括多个半带滤波器和FIR 滤波器,根据所需采样速率,自适应配置半带滤波器个数,以及FIR滤波器系数。本系统采用四次方滤波法进行细频偏估计,首先去除pi/4调制信息,然后四次方处理,由于四次方处理过程产生杂散影响频偏估计,因此设计一种系数为1的滤波器进行滤波,可以有效提高频偏估计精度。
本发明还提供一种终端,包括处理器、存储器和信号接收单元;
存储器中存储有计算机程序,当计算机程序被处理器执行时,使得所述终端实现上述的方法。
本发明还提供一种计算机存储介质,存储有计算机可读指令,且所述计算机可读指令在被处理器执行时实现如上述的方法。
设置计算机存储介质存储指令,需要运行指令时,便于处理器提取,利于使用。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种低轨卫星通信系统快速频率捕获方法,其特征在于,包括如下步骤:
接收卫星周期播发的FCCH信道信号m(n),并根据FCCH信道信号m(n)估计得到预补偿频偏估计值fr
接收语音信号r(n),采用预先频偏估计值fr对语音信号进行预补偿得到信号r1(n);
对信号r1(n)进行降采样处理,得到信号r2(n);
提取信号r2(n)中的UW控制字,基于UW进行粗频偏估计,得到粗频偏估计值fe,对信号r2(n)进行频偏补偿得到信号r3(n);
对信号r3(n)进行细频偏估计,得到细频偏估计值fd,对信号r3(n)进行频偏补偿得到信号r4(n);
提取r4(n)信号中的UW控制字,进行相位估计,获取相位估计值,根据相位估计值对r4(n)信号进行相偏补偿,得到信号x(n),最后进行解调编译码。
2.如权利要求1所述的低轨卫星通信系统快速频率捕获方法,其特征在于,设置周期接收FCCH信道信号的时间间隔为t0
根据低轨卫星速度、高度特征计算最大多普勒频偏,设置FCCH信号采样速率大于低轨卫星最大频偏的2.5倍。
3.如权利要求2所述的低轨卫星通信系统快速频率捕获方法,其特征在于,在进行解调编译码后,判断接收处理语音信号的时间是否大于t0,若大于,返回接收卫星周期播发的FCCH信道信号的步骤处,否则返回接收语音信号的步骤处。
4.如权利要求1所述的低轨卫星通信系统快速频率捕获方法,其特征在于,采用上采样上下扫频法估计得到预补偿频偏估计值fr的具体操作步骤如下:
对本地生成的Dual-Chirp上下扫频信号Su(n)、Sd(n)分别进行2倍插值成型滤波处理,然后经过变速率处理得到信号Su′(n)、Sd′(n),把基带符号速率由Tb变为接收信号符号速率Ts
将接收的FCCH信道信号m(n)分别与Su′(n)、Sd′(n)信号相乘,得到Cu(n)、Cd(n),计算表达式如下:
Figure RE-FDA0003259066530000021
对Cu(n)、Cd(n)分别进行快速傅里叶FFT处理,并计算周期内频域最大值,其计算表达式如下:
Figure RE-FDA0003259066530000022
计算频偏估计值fr,其计算表达式如下:
Figure RE-FDA0003259066530000023
5.如权利要求1所述的低轨卫星通信系统快速频率捕获方法,其特征在于,得到粗频偏估计值fe的步骤中,可采用VV算法、MM算法、LR算法、Fitz算法或插值FFT算法之一,进行粗频偏估计;
和/或得到细频偏估计值fd的步骤中,采用VV算法、MM算法、LR算法、Fitz算法或四次方滤波法之一,对信号r3(n)进行细频偏估计。
6.如权利要求5所述的低轨卫星通信系统快速频率捕获方法,其特征在于,获取粗频偏估计值fe与信号r3(n)的具体操作步骤如下:
对本地UW控制字进行pi/4-CQPSK调制得到信号z(n);
提取r2(n)信号中的UW控制字符号,并进行归一化处理得到信号
Figure RE-FDA0003259066530000031
本地UW控制字与接收信号UW控制字符号结合运算,得到R(n),计算表达式如下:
Figure RE-FDA0003259066530000032
对R(n)快速傅里叶FFT处理,得到其频谱能量最大值及相对应的频率点(ak,fk),及其相邻的频率点(ak-1,fk-1)和(ak+1,fk+1),利用插值法得到更近似的频偏估计值fe,其计算表达式为:
Figure RE-FDA0003259066530000033
其中,
Figure RE-FDA0003259066530000034
N为FFT点数;
信号r2(n)进行频偏补偿得到r3(n),其计算表达式为:
Figure RE-FDA0003259066530000035
7.如权利要求5所述的低轨卫星通信系统快速频率捕获方法,其特征在于,得到信号r4(n)及细频偏估计值fd的具体操作步骤如下:
对信号r3(n)预处理,即去pi/4调制信息,其计算表达式为:
Figure RE-FDA0003259066530000036
对信号
Figure RE-FDA0003259066530000037
进行四次方处理,得到信号
Figure RE-FDA0003259066530000038
其计算表达式为:
Figure RE-FDA0003259066530000039
对信号
Figure RE-FDA00032590665300000310
滤波处理,滤波器长度为33阶,系数h(n)为全1,其计算表达式为:
Figure RE-FDA0003259066530000041
其中,
Figure RE-FDA0003259066530000042
为卷积运算;
获得细频偏估计值fd和信号r4(n),计算表达式为:
fd=max(abs(FFT(r′3(n)))),
Figure RE-FDA0003259066530000043
8.如权利要求1所述的低轨卫星通信系统快速频率捕获方法,其特征在于,得到信号x(n)的具体操作步骤如下:
对本地UW控制字进行pi/4-CQPSK调制得到信号d(n);
提取r4(n)信号中的UW控制字符号,并进行归一化处理得到信号
Figure RE-FDA0003259066530000044
计算相位估计值θe,其计算表达式为:
Figure RE-FDA0003259066530000045
其中,L为UW控制字长度的1/2;
信号r4(n)进行相偏补偿得到x(n),其计算表达式为:
Figure RE-FDA0003259066530000046
9.一种基于权利要求1-8之一所述的低轨卫星通信系统快速频率捕获方法的频率捕获系统,其特征在于,包括初始估计与补偿模块,粗频偏估计与补偿模块,细频偏估计与补偿模块,以及相位估计与补偿模块;
所述初始估计与补偿模块,用于获取卫星周期播发的FCCH信道信号m(n),并根据FCCH信道信号m(n)得到预补偿频偏估计值fr
所述粗频偏估计与补偿模块,用于接收语音DTB突发信号r(n),并根据语音DTB突发信号r(n),得到粗频偏估计值fe及信号r3(n);
所述细频偏估计与补偿模块,用于接收粗频偏估计与补偿模块得到的信号r3(n),对信号r3(n)进行频偏补偿得到信号r4(n),并获取细频偏估计值fd
所述相位估计与补偿模块,用于接收信号r4(n),通过对信号r4(n)进行相位估计及相偏补偿,得到信号x(n)。
10.如权利要求9所述的频率捕获系统,其特征在于,所述初始估计与补偿模块中设有变速率处理模块,用于对初始估计与补偿模块中的信号进行变速率采样处理;
所述变速率处理模块包括多个半带滤波器和FIR滤波器,根据所需采样速率,自适应配置半带滤波器个数,以及FIR滤波器系数。
11.一种终端,其特征在于,包括处理器、存储器和信号接收单元;
所述存储器中存储有计算机程序,当计算机程序被处理器执行时,使得所述终端实现如权利要求1-8任一项所述的方法。
12.一种计算机存储介质,其特征在于,存储有计算机可读指令,且所述计算机可读指令在被处理器执行时实现如权利要求1-8任意一项所述的方法。
CN202110750025.3A 2021-07-02 2021-07-02 低轨卫星通信系统快速频率捕获方法、系统及终端 Active CN113541766B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110750025.3A CN113541766B (zh) 2021-07-02 2021-07-02 低轨卫星通信系统快速频率捕获方法、系统及终端

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110750025.3A CN113541766B (zh) 2021-07-02 2021-07-02 低轨卫星通信系统快速频率捕获方法、系统及终端

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113541766A true CN113541766A (zh) 2021-10-22
CN113541766B CN113541766B (zh) 2022-07-26

Family

ID=78126517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110750025.3A Active CN113541766B (zh) 2021-07-02 2021-07-02 低轨卫星通信系统快速频率捕获方法、系统及终端

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113541766B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114070703A (zh) * 2021-11-18 2022-02-18 成都中科微信息技术研究院有限公司 基于低轨卫星dvb-rcs2系统的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法及系统
CN114337982A (zh) * 2022-03-16 2022-04-12 深圳市华普微电子有限公司 一种啁啾导频信号的产生及时频估计方法
CN114362811A (zh) * 2022-01-13 2022-04-15 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种天通卫星星载终端多普勒频率补偿装置及方法
CN115913339A (zh) * 2023-01-05 2023-04-04 北京太极疆泰科技发展有限公司 低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法、服务器及存储介质
CN116073892A (zh) * 2023-03-21 2023-05-05 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种低轨卫星通信系统业务信道的解调方法及装置
CN116318342A (zh) * 2023-02-28 2023-06-23 北京扬铭科技发展有限责任公司 低轨卫星信号监测方法以及设备

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2232283C (en) * 1992-01-10 2001-03-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Adaptive equalizer and receiver
CN101414990A (zh) * 2008-12-02 2009-04-22 北京韦加航通科技有限责任公司 一种单载波频域均衡系统中的载波频偏和时延的捕获方法
US20120195401A1 (en) * 2011-02-01 2012-08-02 Neal Becker System and method for correlating received signal over time and frequency
CN105721375A (zh) * 2016-03-28 2016-06-29 电子科技大学 一种低信噪比短前导突发信号的解调系统及方法
CN106411799A (zh) * 2016-10-12 2017-02-15 哈尔滨工业大学 低轨卫星移动通信单载波频域均衡方法
CN107769841A (zh) * 2017-10-19 2018-03-06 中国人民解放军陆军工程大学 高动态极低信噪比下卫星通信Turbo码迭代解调方法
CN108880661A (zh) * 2018-07-02 2018-11-23 成都国恒空间技术工程有限公司 一种非相干门限判决帧同步方法
CN109495410A (zh) * 2018-09-28 2019-03-19 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) 高动态pcm/fm信号载波频率精确估计方法
CN111123312A (zh) * 2019-12-13 2020-05-08 南京六九零二科技有限公司 一种高动态低信噪比环境下的卫星弱信号捕获方法及系统
CN111446984A (zh) * 2020-03-05 2020-07-24 熊军 一种单载波相位快速修正方法及装置
CN111698015A (zh) * 2020-01-16 2020-09-22 东方红卫星移动通信有限公司 一种低轨卫星低信噪比高动态突发信号载波同步方法
CN111884973A (zh) * 2020-07-14 2020-11-03 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种用于单载波频域均衡系统接收端的数据接收方法
US20210168001A1 (en) * 2015-07-24 2021-06-03 Brian G. Agee Resilient Reception Of Navigation Signals, Using Known Self-Coherence Features Of Those Signals
CN112965089A (zh) * 2021-02-05 2021-06-15 重庆两江卫星移动通信有限公司 一种获取通导一体低轨卫星高精度信号的方法及系统

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2232283C (en) * 1992-01-10 2001-03-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Adaptive equalizer and receiver
CN101414990A (zh) * 2008-12-02 2009-04-22 北京韦加航通科技有限责任公司 一种单载波频域均衡系统中的载波频偏和时延的捕获方法
US20120195401A1 (en) * 2011-02-01 2012-08-02 Neal Becker System and method for correlating received signal over time and frequency
US20210168001A1 (en) * 2015-07-24 2021-06-03 Brian G. Agee Resilient Reception Of Navigation Signals, Using Known Self-Coherence Features Of Those Signals
CN105721375A (zh) * 2016-03-28 2016-06-29 电子科技大学 一种低信噪比短前导突发信号的解调系统及方法
CN106411799A (zh) * 2016-10-12 2017-02-15 哈尔滨工业大学 低轨卫星移动通信单载波频域均衡方法
CN107769841A (zh) * 2017-10-19 2018-03-06 中国人民解放军陆军工程大学 高动态极低信噪比下卫星通信Turbo码迭代解调方法
CN108880661A (zh) * 2018-07-02 2018-11-23 成都国恒空间技术工程有限公司 一种非相干门限判决帧同步方法
CN109495410A (zh) * 2018-09-28 2019-03-19 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) 高动态pcm/fm信号载波频率精确估计方法
CN111123312A (zh) * 2019-12-13 2020-05-08 南京六九零二科技有限公司 一种高动态低信噪比环境下的卫星弱信号捕获方法及系统
CN111698015A (zh) * 2020-01-16 2020-09-22 东方红卫星移动通信有限公司 一种低轨卫星低信噪比高动态突发信号载波同步方法
CN111446984A (zh) * 2020-03-05 2020-07-24 熊军 一种单载波相位快速修正方法及装置
CN111884973A (zh) * 2020-07-14 2020-11-03 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种用于单载波频域均衡系统接收端的数据接收方法
CN112965089A (zh) * 2021-02-05 2021-06-15 重庆两江卫星移动通信有限公司 一种获取通导一体低轨卫星高精度信号的方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIU YAOQI: "Frequency Offset Estimation for High Dynamic LEO Satellite Communication Systems", 《2019 11TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON WIRELESS COMMUNICATIONS AND SIGNAL PROCESSING(WCSP) 》 *
柳井刚: "基于FPGA高速软件无线电模块设计与实现", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库-信息科技辑》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114070703A (zh) * 2021-11-18 2022-02-18 成都中科微信息技术研究院有限公司 基于低轨卫星dvb-rcs2系统的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法及系统
CN114070703B (zh) * 2021-11-18 2024-01-19 成都中科微信息技术研究院有限公司 低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法及系统
CN114362811A (zh) * 2022-01-13 2022-04-15 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种天通卫星星载终端多普勒频率补偿装置及方法
CN114362811B (zh) * 2022-01-13 2023-12-29 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种天通卫星星载终端多普勒频率补偿装置及方法
CN114337982A (zh) * 2022-03-16 2022-04-12 深圳市华普微电子有限公司 一种啁啾导频信号的产生及时频估计方法
CN114337982B (zh) * 2022-03-16 2022-07-15 深圳市华普微电子有限公司 一种啁啾导频信号的产生及时频估计方法
CN115913339A (zh) * 2023-01-05 2023-04-04 北京太极疆泰科技发展有限公司 低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法、服务器及存储介质
CN115913339B (zh) * 2023-01-05 2023-05-30 北京太极疆泰科技发展有限公司 低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法、服务器及存储介质
CN116318342A (zh) * 2023-02-28 2023-06-23 北京扬铭科技发展有限责任公司 低轨卫星信号监测方法以及设备
CN116318342B (zh) * 2023-02-28 2024-03-19 北京扬铭科技发展有限责任公司 低轨卫星信号监测方法以及设备
CN116073892A (zh) * 2023-03-21 2023-05-05 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种低轨卫星通信系统业务信道的解调方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113541766B (zh) 2022-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113541766B (zh) 低轨卫星通信系统快速频率捕获方法、系统及终端
US7548199B2 (en) Radiation-hardened fast acquisition/weak signal tracking system and method
US9729374B2 (en) Co-channel spatial separation using matched doppler filtering
CN107769841A (zh) 高动态极低信噪比下卫星通信Turbo码迭代解调方法
CN104038454A (zh) 一种Alpha稳定分布噪声下PSK信号的载波频率估计方法
US7706470B2 (en) Acquisition method for global positioning system
EP2387189B1 (fr) Procédé de démodulation de signaux d'un système multi-accès pouvant entrer en collision et équipement de mise en oeuvre
CN103346756A (zh) 一种空时自适应滤波方法及装置
CN104898136A (zh) 一种北斗二代卫星b1信号的捕获方法及其系统
CN105704081A (zh) 多个偏移载波调幅信号的优选和解调方法
CN113824517A (zh) 一种基于数字波束合成的无线在轨自适应幅相校正系统
CN105119701A (zh) 一种卫星ais船舶定位系统的低复杂度同步方法
CN105406956A (zh) 基于对称帧的载波同步方法
CN104901907A (zh) 一种动态环境下基于数据辅助的稳健信噪比估计方法
CN116073892B (zh) 一种低轨卫星通信系统业务信道的解调方法及装置
US6748030B2 (en) Differential phase demodulator incorporating 4th order coherent phase tracking
CN114172771B (zh) 一种基于突发通信的快速频偏估计和补偿的方法及系统
Meng et al. Frequency offset estimation of satellite-based AIS signals based on interpolated FFT
KR100950726B1 (ko) 통신 시스템에서의 채널 상태 검출 장치 및 그 방법
CN114285713A (zh) 一种低轨宽带卫星时频偏估计方法及系统
CN109547129B (zh) 一种步进加权Tong检测方法
CN114221843A (zh) 一种无星历辅助的极轨气象卫星lrpt信号自动采集方法
EP3148101B1 (en) Receiving device and receiving method
Zhuravlev Synchronization algorithm for a satellite communication signals demodulator in high carrier shift conditions
EP1422848A2 (en) Frequency burst SNR estimation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address
CP03 Change of name, title or address

Address after: 401120 39-1, Building 1, No. 64, Middle Huangshan Avenue, Yubei District, Chongqing

Patentee after: China Star Network Application Co.,Ltd.

Address before: 618 Liangjiang Avenue, Longxing Town, Yubei District, Chongqing

Patentee before: Dongfanghong Satellite Mobile Communication Co.,Ltd.