CN117896820B - 一种低轨卫星通信系统下行初始时频同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低轨卫星通信系统下行初始时频同步方法，涉及无线通信领域。其包括以下步骤：将突发集中所有N个PSS序列分别与本地PSS序列共轭相乘；将每个共轭相关的结果分为M段，前后相邻两段序列进行相关处理，对所有的相关结果求和并取平均；对平均结果取模值，获得定时位置；基于定时位置，对平均结果的相位进行频偏粗估计，并将估计值补偿至接收序列；将补偿后的接收序列的突发集中的N个PSS序列与本地PSS序列再次进行共轭相关、分段及求平均；进行频偏精细估计，并将估计值补偿至接收序列；将频偏粗估计与频偏精细估计值累加，得到最终频偏估计值。本发明复杂度低，频偏估计性能优异，能够满足低轨卫星系统用户终端快速同步的需求。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种低轨卫星通信系统下行初始时频同步方法。
背景技术
空天地一体网络是面向未来的通信网络，低轨卫星互联网具备广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点，是空天地一体网络的重要组成部分。但是，低轨卫星系统也面临巨大挑战，其中，卫星高速运动带来的大多普勒频移就是亟需解决的一个问题。
目前，国内低轨卫星通信主要以5G为主要发展方向，多普勒频移会对5G体制的OFDM波形造成巨大的不利影响，不但会造成信号相位旋转，甚至会引起子载波间串扰，导致信号检测难度急剧增加。对于没有GNSS功能的终端，无法基于星历信息进行频偏预补偿，使用传统的互相关方法对主同步信号PSS进行检测时，通常无法获得明显的峰值，难以实现定时和频率同步。
现有技术中，有研究将低轨卫星系统中的大频偏估计问题转化为整数倍频偏和小数倍频偏问题，这需要对整数倍频偏进行遍历搜索，或需要FFT变换进行整数倍频偏估计，这些算法的复杂度均相对较高且同步时间较长。
可见，现有技术中的低轨卫星系统存在大多普勒频移导致的下行信号检测难度大、频率同步慢和实现复杂度高等问题。
发明内容
为了解决低轨卫星系统初始下行频率快速同步问题，本发明提出了一种低轨卫星通信系统下行初始时频同步方法，该方法复杂度低，频偏估计性能优异，能够满足低轨卫星系统用户终端快速同步的需求。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种低轨卫星通信系统下行初始时频同步方法，包括以下步骤：
步骤1，生成本地PSS序列，根据接收序列中的SSB突发集结构，将突发集中所有N个PSS序列提取出来，分别与本地PSS序列共轭相乘，；
步骤2，将每个共轭相关的结果分为M段，，前后相邻两段序列进行相关处理，共得到N×(M-1)个相关结果，对所有的相关结果求和并取平均；
步骤3，对平均结果取模值，判定是否达到定时同步门限，若达到门限则获得定时位置，转到步骤4，否则，继续步骤1-步骤3；
步骤4，基于定时位置，对平均结果的相位进行频偏粗估计，并将估计值补偿至接收序列，至此第一次迭代完成，转至步骤5开始第二次迭代；
步骤5，将补偿后的接收序列的突发集中的N个PSS序列提取出来，分别与本地PSS序列再次进行共轭相关；
步骤6，将步骤5中的每个共轭相关的结果分为两段，前后两段序列进行相关处理，对所有N个相关结果求和并取平均；
步骤7，对步骤6中平均结果的相位进行频偏精细估计，并将估计值补偿至接收序列，至此，第二次迭代完成；
步骤8，将步骤4中的频偏粗估计与步骤7中的频偏精细估计值累加，得到最终频偏估计值。
进一步地，频偏粗估计的频偏估计范围为，频偏精细估计的频偏估计范围为/>，其中/>表示子载波间隔。
本发明的有益效果是：
1、本发明与地面移动通信系统初始同步不同，能够支持低轨卫星通信系统±480kHz的大多普勒频偏，低信噪比下估计性能依然优异。
2、本发明不需要整数倍频偏的遍历搜索，也不需要进行FFT变换进行整数倍频偏估计，实现复杂度低，且估计精度较高，可以实现低轨卫星场景下行快速时频同步。
附图说明
图1为本发明提出的下行初始时频同步方法第一次迭代示意图。
图2为本发明提出的下行初始时频同步方法第二迭代示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
一种低轨卫星通信系统下行初始时频同步方法，包括以下步骤：
（1）生成本地PSS序列，根据接收序列中的SSB突发集结构，将突发集中所有N个PSS序列提取出来，分别与本地PSS序列共轭相乘，；
（2）将N份PSS序列的每个PSS序列相乘的结果分为M段，相邻两段序列进行相关处理，对所有的N×(M-1)个相关结果求和并求平均；
（3）对平均结果取模值，判定是否达到定时同步门限，若达到门限则获得定时位置，转到步骤（4），否则，继续步骤（1）-（3）；
（4）基于定时位置，对平均结果的相位进行频偏粗估计，并将估计值补偿至接收序列；
（5）将补偿后的接收序列的突发集中的N个PSS序列提取出来，分别与本地PSS序列再次进行共轭相关；
（6）将步骤（5）中的每个PSS序列相乘的结果分为两段，前后两段序列进行相关处理，对所有N个相关结果求和并平均；
（7）对步骤（6）中平均结果的相位进行频偏精细估计，并将估计值补偿至接收序列；
（8）将步骤（4）中的频偏粗估计与步骤（7）中的频偏精细估计值累加得到最终频偏估计值。
下面为一个更具体的例子：
一种低轨卫星通信系统下行初始时频同步方法，如图1、图2所示，包括步骤如下：
（1）生成本地PSS序列，将本地PSS序列按照SSB突发集结构复制16份，与接收序列按照各PSS所在位置，进行梳状滑动共轭相关；
（2）将突发集中每个PSS序列相乘的结果分为10段，相邻两段序列进行相关处理，对所有的相关结果求和并求平均，得到平均结果的峰值x、相位和定时位置t0；
（3）峰值x大于预设门限20转至步骤（4）；
（4）基于定时位置t0，对相关结果的累加相位进行频偏粗估计，得到频偏估计值freOffset1，并将freOffset1补偿至接收序列；
（5）补偿后的序列与本地PSS序列再次进行共轭相关；
（6）将突发集中每个PSS序列相乘的结果分为两段，前后两段序列进行相关处理，对所有相关结果累加，得到累加相位；
（7）对相关结果的累加相位进行频偏精细估计，得到频偏估计值freOffset2，并将freOffset2补偿至接收序列；
（8）最终频偏估计值freOffset= freOffset1+ freOffset2；
完成低轨卫星通信系统下行初始时频同步过程。
Claims (2)
1.一种低轨卫星通信系统下行初始时频同步方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，生成本地PSS序列，根据接收序列中的SSB突发集结构，将突发集中所有N个PSS序列提取出来，按照各PSS所在位置，将提取出的N个PSS序列分别与本地PSS序列共轭相乘，；
步骤2，将每个共轭相关的结果分为M段，，前后相邻两段序列进行相关处理，共得到N×(M-1)个相关结果，对所有的相关结果求和并取平均；
步骤3，对平均结果取模值，得到平均结果的峰值、相位和定时位置；判定是否达到定时同步门限，若峰值大于门限则获得定时位置，转到步骤4，否则，继续步骤1-步骤3；
步骤4，基于定时位置，对平均结果的相位进行频偏粗估计，并将估计值补偿至接收序列，至此第一次迭代完成，转至步骤5开始第二次迭代；
步骤5，将补偿后的接收序列的突发集中的N个PSS序列提取出来，分别与本地PSS序列再次进行共轭相关；
步骤6，将步骤5中的每个共轭相关的结果分为两段，前后两段序列进行相关处理，对所有N个相关结果求和并取平均；
步骤7，对步骤6中平均结果的相位进行频偏精细估计，并将估计值补偿至接收序列，至此，第二次迭代完成；
步骤8，将步骤4中的频偏粗估计与步骤7中的频偏精细估计值累加，得到最终频偏估计值。
2.根据权利要求1所述的一种低轨卫星通信系统下行初始时频同步方法，其特征在于，频偏粗估计的频偏估计范围为，频偏精细估计的频偏估计范围为/>，其中表示子载波间隔。
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