一种上下行时频偏联合估计补偿方法与流程

本发明涉及无线通信，特别是涉及一种上下行时频偏联合估计补偿方法。

背景技术：

1、卫星通信系统中，由于卫星和终端存在较大相对运动，以及卫星和终端配备的晶振频率稳定性不够精确，这两方面将会导致星地通信链路存在较大的多普勒效应以及采样频率偏差。具体表现为，在卫星与终端相互靠近时，接收信号的频率会高于实际发射频率；两者相互远离时，接收信号的频率又会低于实际发射频率。同时，多普勒效应还会导致一个时域符号持续时间被拉伸或者压缩，这样接收端采样位置与实际最佳采样位置存在偏差，这就是采样偏的来源。晶振不一致导致的频偏和采样偏，原理与之类似。无论是频偏还是采样偏都会导致正交频分复用(ofdm)通信系统的子载波间干扰(ici)、信号衰减以及相位旋转。在卫星系统中，存在较大的多普勒频偏以及无法忽视的采样偏，如果不进行补偿，将会导致接收端完全无法恢复发射信号。

2、现有专利文献cn 114760171a中公开了一种卫星场景上行频偏预补偿的方案。这个方案利用终端位置信息以及卫星星历信息，计算出下行频偏；利用导航接收机时钟模块的秒脉冲校准时钟信息得到晶振偏差。再根据上下行相关性，折算到上行预补偿的频偏大小。现有专利文献cn 113422639a中也公开了一种低轨卫星系统下的上行频偏预补偿方案。这种方案根据卫星的行李数据和终端的位置信息，计算出卫星运动带来的多普勒。再根据下行pch信号估计得到的频偏值，减掉卫星运动的影响得到由于终端运动和晶振带来的多普勒频偏。在上行信号发射时，对卫星运动频偏和由终端运动、晶振漂移带来的频偏进行预补偿。

3、在上述两种方案中，都没有考虑到相对运动带来的多普勒频偏和有晶振漂移带来的多普勒频偏在补偿机制上是不同的。对于运动带来的频偏，应该采用负补偿机制，也就是估计出频偏为正时，预补偿应该取负值；估计频偏值为负值，预补偿应该取正值。而晶振带来的频偏与之相反。如果利用下行信号估计出的晶振偏移，预补偿取值应该与之相同。这两种方案统一采用负补偿的方式，会引入新的频偏误差。另外，上述方案一中，只是将下行信号估计的频偏直接预补偿到上行信号，没有考虑到上行发送时间与接收下行信号并不一致，这个时间内，卫星和终端仍然在运动，简单地将估计值补偿在上行信号，补偿的精度并不高。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种上下行时频偏联合估计补偿方法和装置，能够提高上行频偏预补偿精度，且能够以更低复杂度实现下行的频偏与采样偏估计补偿。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种下行时频偏联合估计补偿方法，包括以下步骤：

3、接收卫星广播的星历，获取自身位置信息；

4、根据所述星历外推下行信号接收时刻的卫星位置和速度，并结合自身位置信息计算卫星运动带来的下行频偏；

5、根据参考信号估计晶振带来的下行残余频偏以及下行采样偏；

6、根据卫星运动带来的下行频偏和晶振带来的下行残余频偏计算对下行信号的频偏补偿值；

7、采用所述对下行信号的频偏补偿值对接收到的时域信号进行调整，采用所述下行采样偏对接收到的频域信号进行调整。

8、所述根据所述星历外推下行信号接收时刻的卫星位置和速度，并结合自身位置信息计算卫星运动带来的下行频偏，具体包括：

9、利用参考时刻的卫星轨道六根数外推到下行信号接收时刻的星历数据；

10、基于下行信号接收时刻的星历数据计算出卫星坐标位置和卫星的速度；

11、根据卫星坐标位置、卫星的速度、以及自身位置信息计算卫星速度在下行信号传播方向的分量；

12、根据卫星速度在信号传播方向的分量计算卫星运动带来的下行频偏。

13、所述卫星速度在下行信号传播方向的分量通过计算得到，其中，v为卫星速度在下行信号传播方向的分量，xue,yue,zue为自身位置信息，xs,ys,zs为下行信号接收时刻的卫星坐标位置，vx,sat,vy,sat,vz,sat为下行信号接收时刻的卫星速度。

14、所述卫星运动带来的下行频偏通过计算得到，其中，为卫星运动带来的下行频偏，v为卫星速度在下行信号传播方向的分量，c为光速，fc为下行载频。

15、所述根据参考信号估计晶振带来的下行残余频偏以及下行采样偏，具体包括：

16、根据参考信号计算瞬时频率，计算方式为：其中，δfk为瞬时频率，为第i个符号在频域上第k个参考信号对应的信道估计值，arg()表示求相角，t为符号间隔；

17、根据所述瞬时频率计算晶振带来的下行采样偏，计算方式为：其中，为晶振带来的下行采样偏，k为参考信号的数量，δn表示第k个参考信号和第k-1个参考信号的频率间隔；

18、根据所述瞬时频率和晶振带来的下行采样偏计算晶振带来的下行残余频偏，计算方式为：其中，为晶振带来的下行残余频偏。

19、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种上行时频偏联合估计补偿方法，包括以下步骤：

20、接收卫星广播的星历，获取自身位置信息和速度信息；

21、根据所述星历外推下行信号接收时刻和上行信号达到卫星时刻的卫星位置和速度，并结合自身位置信息计算卫星运动带来的下行频偏和上行频偏；

22、根据参考信号估计晶振带来的下行残余频偏以及下行采样偏；

23、根据所述晶振带来的下行残余频偏计算晶振带来的上行残余频偏，并结合卫星运动带来的上行频偏计算对上行信号的频偏补偿值；

24、根据晶振带来的下行采样偏计算晶振带来的上行采样偏；

25、采用所述对上行信号的频偏补偿值对发送的时域信号进行调整，采用所述上行采样偏对发送的频域信号进行调整。

26、所述根据所述星历外推下行信号接收时刻和上行信号达到卫星时刻的卫星位置和速度，并结合自身位置信息计算卫星运动带来的下行频偏和上行频偏，具体包括：

27、利用参考时刻的卫星轨道六根数外推到下行信号接收时刻和上行信号达到卫星时刻的星历数据；

28、基于下行信号接收时刻的星历数据计算出下行信号接收时刻的卫星坐标位置和卫星的速度，基于上行信号达到卫星时刻的星历数据计算出上行信号达到卫星时刻的卫星坐标位置和卫星的速度；

29、根据下行信号接收时刻的卫星坐标位置、卫星的速度、以及自身位置信息和速度信息计算卫星速度在下行信号传播方向的分量，根据上行信号达到卫星时刻的卫星坐标位置、卫星的速度、以及自身位置信息和速度信息计算卫星速度在上行信号传播方向的分量；

30、根据卫星速度在下行信号传播方向的分量计算卫星运动带来的下行频偏，根据卫星速度在上行信号传播方向的分量计算卫星运动带来的上行频偏。

31、所述卫星速度在下行信号传播方向的分量通过

32、计算得到，所述卫星速度在上行信号传播方向的分量通过

33、计算得到，其中，vdl为卫星速度在下行信号传播方向的分量，vul为卫星速度在上行信号传播方向的分量，xue,yue,zue为自身位置信息，vx,ue,vy,ue,vz,ue为自身速度信息，xsat,dl,ysat,dl,zsat,dl为下行信号接收时刻的卫星坐标位置，xsat,ul,ysat,ul,zsat,ul为上行信号达到卫星时刻的卫星坐标位置，vx,sat,dl,vy,sat,dl,vz,sat,dl为下行信号接收时刻的卫星速度，vx,sat,ul,vy,sat,ul,vz,sat,ul为上行信号达到卫星时刻的卫星速度。

34、所述卫星运动带来的下行频偏通过计算得到，所述卫星运动带来的上行频偏通过计算得到，其中，为卫星运动带来的下行频偏，为卫星运动带来的上行频偏，vdl为卫星速度在下行信号传播方向的分量，vul为卫星速度在上行信号传播方向的分量，c为光速，fc,dl为下行载频，fc,ul为上行载频。

35、所述根据参考信号估计晶振带来的下行残余频偏以及下行采样偏，具体包括：

36、根据参考信号计算瞬时频率，计算方式为：其中，δfk为瞬时频率，为第i个符号在频域上第k个参考信号对应的信道估计值，arg()表示求相角，t为符号间隔；

37、根据所述瞬时频率计算晶振带来的下行采样偏，计算方式为：其中，为晶振带来的下行采样偏，k为参考信号的数量，δn表示第k个参考信号和第k-1个参考信号的频率间隔；

38、根据所述瞬时频率和晶振带来的下行采样偏计算晶振带来的下行残余频偏，计算方式为：其中，为晶振带来的下行残余频偏。

39、所述晶振带来的上行残余频偏通过计算得到，所述晶振带来的上行采样偏通过计算得到，其中，flocal,ul为晶振带来的上行残余频偏，为晶振带来的下行残余频偏，fc,dl为下行载频，fc,ul为上行载频，为晶振带来的上行采样偏，为晶振带来的下行采样偏，srul为上行采样率，srdl为下行采样率。

40、有益效果

41、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明在下行信号方面，利用星历信息对卫星运动产生的多普勒频偏进行外推补偿，再利用下行信号对终端运动和晶振带来的残余频偏以及采样偏进行联合估计，最终，对接收信号进行频偏和采样偏的补偿；在上行信号发送方面，利用星历信息获取到自身的位置和速度信息，再利用下行信号估计总频偏以及晶振引入的频偏，再将下行估计的采样偏折算到上行，通过该方式不仅能够实现更高精度的上行频偏预补偿，还能够实现卫星通信场景中下行信号更优的接收性能。

网址：一种上下行时频偏联合估计补偿方法与流程 https://mxgxt.com/news/view/1632360

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