CN114070703A - 基于低轨卫星dvb-rcs2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法及*** - Google Patents

基于低轨卫星dvb-rcs2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供基于低轨卫星DVB‑RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法及***，所述通用方法包括：S1，对接收信号进行去调制，得到去调制后的接收信号；S2，将去调制后的接收信号进行快速傅里叶变换，得到频域信号，并对频域信号进行数据搬移；S3，求取数据搬移之后的频域信号的绝对值最大值以及最大值位置；S4，根据最大值位置计算粗频偏估计值；S5，根据最大值位置以及数据搬移后的频域信号计算偏置值；S6，根据偏置值计算细频偏估计值；S7，根据粗频偏估计值和细频偏估计值得到总频偏值；S8，根据总频偏值对接收信号进行频偏跟踪补偿。本发明能够实现在低信噪比下小频偏信号的频偏估计跟踪与补偿。

Description

基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补 偿的通用方法及***
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，具体而言，涉及一种基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法及***。
背景技术
卫星按照轨道高度可以分为GEO(高轨道)卫星、MEO(中轨道)卫星、LEO(低轨道)卫星。高轨道(GEO)卫星拥有覆盖区域优势，卫星组网优势，卫星寿命优势等独特优势。但由于高轨卫星属于战略资源，其轨道资源相当紧张，因此非常有必要发展中低轨卫星。中低轨道方案为卫星的发展提供了新的空间，中低轨资源丰富，可实现三维立体布局：多种高度，多种轨道面。除了资源的扩充，中低轨道卫星具有通信时延远小于同步轨道卫星和单颗星的研制及发射成本远低于同步轨道的大卫星，可拓展新的应用领域，降低了参与商业应用的门槛。
由于低轨卫星的优势，20世纪90年代初，低轨星座***就开始研发部署。摩托罗拉设计的铱星于1997年首次发射，1998年正式提供移动通信业务，成为世界上第一个投入使用的大型低轨移动卫星***。然而由于过高的造星，发射和运营成本以及不充足的市场需求，铱星于2000年破产，但随后被美国政府并购并持续运营。2014年以来，随着航天技术的进步和商业航天公司的崛起，低轨星座的成本大大降低；加之互联网时代对数据的大量需求，OneWed、SpaceX等新一代航天企业涌入低轨卫星市场，瞄准卫星互联网的搭建，低轨星座市场强势复苏。铱星也于2019年完成二代***的部署，估值已达25亿美元，目前全球完成登记的新一代低轨星座总发射量将达到一万颗以上，低轨卫星迎来第二次产业浪潮。
在低轨卫星与终端通信中，由于高速相对运动，接收信号因为多普勒效应将存在一个变化的多普勒频偏，该多普勒频偏及其变化率会对载波捕获造成极大的影响，尤其在低信噪比下。卫星终端在发送反向信号时，需要预补偿频偏，在卫星收到反向信号是小频偏信号，因此在低信噪比下小频偏信号的频偏估计跟踪与补偿成为低轨卫星反向链路解调的一大瓶颈。
发明内容
本发明旨在提供一种基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法及***，以实现在低信噪比下小频偏信号的频偏估计跟踪与补偿。
本发明提供的一种基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法，包括如下步骤：
S1，对接收信号进行去调制，得到去调制后的接收信号；
S2，将去调制后的接收信号进行快速傅里叶变换，得到频域信号，并对频域信号进行数据搬移；
S3，求取数据搬移之后的频域信号的绝对值最大值以及最大值位置；
S4，根据最大值位置计算粗频偏估计值；
S5，根据最大值位置以及数据搬移后的频域信号计算偏置值；
S6，根据偏置值计算细频偏估计值；
S7，根据粗频偏估计值和细频偏估计值得到总频偏值；
S8，根据总频偏值对接收信号进行频偏跟踪补偿。
进一步的，步骤S1中对接收信号进行去调制的方法为：
(1)对于参考波形有导频时，本地序列包含了参考波形的前导、导频和后导；接收信号与本地序列的共轭进行相乘，得到去调制后的接收信号；
(2)对于参考波形没有导频时，对接收信号进行4次方处理，得到去调制后的接收信号。
进一步的，步骤S4中根据最大值位置计算粗频偏估计值的方法为：
用最大值位置的值减去进行快速傅里叶变换的点数的一半，再减去1，用所得结果与进行快速傅里叶变换的点数相除，相除后的结果与符号率相乘，乘积即为粗频偏估计值Δf1。
进一步的，步骤S5中根据最大值位置以及数据搬移后的频域信号计算偏置值的方法为：
对数据搬移后的频域信号进行平方操作，求取各点能量，分别取出最大值位置处的能量Ec，最大值位置左边的能量El，最大值位置右边的能量Er；
计算差值A＝Er-El；
计算差值B＝2×Ec-Er-El；
计算偏置值Δ＝0.5×A/B。
进一步的，步骤S6中根据偏置值计算细频偏估计值的方法为：
将偏置值Δ与进行快速傅里叶变换的点数相除，相除结果乘以符号率：
(1)对于参考波形有导频时，所得结果乘以符号率的乘积即为细频偏估计值Δf2；
(2)对于参考波形没有导频时，所得结果乘以符号率的乘积除以4即为细频偏估计值Δf2。
进一步的，步骤S7中根据粗频偏估计值和细频偏估计值得到总频偏值的方法为：
将粗频偏估计值Δf1与细频偏估计值Δf2相加得到总频偏值Δf＝Δf1+Δf2。
进一步的，步骤S8中根据总频偏值对接收信号进行频偏跟踪补偿：
计算接收信号长度L；
对接收信号乘以e-j×2πΔf×[0:L-1]进行频偏跟踪补偿，得到频偏跟踪补偿后的接收信号。
本发明提供的一种基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用***，包括：
去调制模块，用于对接收信号进行去调制，得到去调制后的接收信号；
FFT模块，用于将去调制后的接收信号进行快速傅里叶变换，得到频域信号，并对频域信号进行数据搬移；
求最大值模块，用于求取数据搬移之后的频域信号的绝对值最大值以及最大值位置；
粗频偏计算模块，用于根据最大值位置计算粗频偏估计值；
插值模块，用于根据最大值位置以及数据搬移后的频域信号计算偏置值；
细频偏计算模块，用于根据偏置值计算细频偏估计值；
总频偏计算模块，用于根据粗频偏估计值和细频偏估计值得到总频偏值；
频偏跟踪补偿模块，用于根据总频偏值对接收信号进行频偏跟踪补偿。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明能够实现在低信噪比下小频偏信号的频偏估计跟踪与补偿。并且能够同时对20种参考波形进行处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1的基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法的流程图。
图2为本发明实施例2的基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用***的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提出一种基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法，包括如下步骤：
S1，对接收信号进行去调制，得到去调制后的接收信号：
(1)对于参考波形有导频时，本地序列包含了参考波形的前导、导频和后导；接收信号与本地序列的共轭进行相乘，得到去调制后的接收信号；
(2)对于参考波形没有导频时，对接收信号进行4次方处理，得到去调制后的接收信号。
S2，将去调制后的接收信号进行快速傅里叶变换，得到频域信号，并对频域信号进行数据搬移：
(1)对于突发包长度为536的数据进行2048点的快速傅里叶变换(FFT)；
(2)对于突发包长度为1616的数据进行4096点的快速傅里叶变换(FFT)。
其中，所述数据搬移是指将频域数据中的左边一半频域数据与右边一半频域数据对调，即，将左边一半频域数据移到右边，右边一半频域数据移到左边，以实现负频域数据在前，正频域数据在后。
S3，求取数据搬移之后的频域信号的绝对值最大值以及最大值位置：
S4，根据最大值位置计算粗频偏估计值：
用最大值位置的值减去进行快速傅里叶变换的点数的一半，再减去1，用所得结果与进行快速傅里叶变换的点数相除，相除后的结果与符号率相乘，乘积即为粗频偏估计值Δf1。
S5，根据最大值位置以及数据搬移后的频域信号计算偏置值：
对数据搬移后的频域信号进行平方操作，求取各点能量，分别取出最大值位置处的能量Ec，最大值位置左边的能量El，最大值位置右边的能量Er；
计算差值A＝Er-El；
计算差值B＝2×Ec-Er-El；
计算偏置值Δ＝0.5×A/B。
S6，根据偏置值计算细频偏估计值：
将偏置值Δ与进行快速傅里叶变换的点数相除，相除结果乘以符号率：
(1)对于参考波形有导频时，所得结果乘以符号率的乘积即为细频偏估计值Δf2；
(2)对于参考波形没有导频时，所得结果乘以符号率的乘积除以4即为细频偏估计值Δf2。
S7，根据粗频偏估计值和细频偏估计值得到总频偏值：
将粗频偏估计值Δf1与细频偏估计值Δf2相加得到总频偏值Δf＝Δf1+Δf2。
S8，根据总频偏值对接收信号进行频偏跟踪补偿：
计算接收信号长度L；
对接收信号乘以e-j×2πΔf×[0:L-1]进行频偏跟踪补偿，得到频偏跟踪补偿后的接收信号。
基于低轨卫星DVB-RCS2***的物理帧突发包由前导、后导、导频、数据组成。有536和1616两种长度的突发包。参考波形有20种如表1所示。
表1：
Figure BDA0003361052120000061
Figure BDA0003361052120000071
从表1可以看出，参考波形13最低信噪比为-0.8dB，再考虑2dB余量，频偏跟踪最低工作信噪比为-2.8dB。本发明的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法可以同时对20种参考波形进行处理。
实施例2
基于实施例1提出的一种基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法，如图2所示，本实施例实现一种基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用***，包括：
去调制模块，用于对接收信号进行去调制，得到去调制后的接收信号；
FFT模块，用于将去调制后的接收信号进行快速傅里叶变换，得到频域信号，并对频域信号进行数据搬移；
求最大值模块，用于求取数据搬移之后的频域信号的绝对值最大值以及最大值位置；
粗频偏计算模块，用于根据最大值位置计算粗频偏估计值；
插值模块，用于根据最大值位置以及数据搬移后的频域信号计算偏置值；
细频偏计算模块，用于根据偏置值计算细频偏估计值；
总频偏计算模块，用于根据粗频偏估计值和细频偏估计值得到总频偏值；
频偏跟踪补偿模块，用于根据总频偏值对接收信号进行频偏跟踪补偿。
上述通用***中各功能模块参照实施例1的过程执行，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，对接收信号进行去调制，得到去调制后的接收信号；
S2，将去调制后的接收信号进行快速傅里叶变换，得到频域信号，并对频域信号进行数据搬移；
S3，求取数据搬移之后的频域信号的绝对值最大值以及最大值位置；
S4，根据最大值位置计算粗频偏估计值；
S5，根据最大值位置以及数据搬移后的频域信号计算偏置值；
S6，根据偏置值计算细频偏估计值；
S7，根据粗频偏估计值和细频偏估计值得到总频偏值；
S8，根据总频偏值对接收信号进行频偏跟踪补偿。
2.根据权利要求1所述的基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法，其特征在于，步骤S1中对接收信号进行去调制的方法为：
(1)对于参考波形有导频时，本地序列包含了参考波形的前导、导频和后导；接收信号与本地序列的共轭进行相乘，得到去调制后的接收信号；
(2)对于参考波形没有导频时，对接收信号进行4次方处理，得到去调制后的接收信号。
3.根据权利要求2所述的基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法，其特征在于，步骤S4中根据最大值位置计算粗频偏估计值的方法为：
用最大值位置的值减去进行快速傅里叶变换的点数的一半，再减去1，用所得结果与进行快速傅里叶变换的点数相除，相除后的结果与符号率相乘，乘积即为粗频偏估计值Δf1。
4.根据权利要求3所述的基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法，其特征在于，步骤S5中根据最大值位置以及数据搬移后的频域信号计算偏置值的方法为：
对数据搬移后的频域信号进行平方操作，求取各点能量，分别取出最大值位置处的能量Ec，最大值位置左边的能量El，最大值位置右边的能量Er；
计算差值A＝Er-El；
计算差值B＝2×Ec-Er-El；
计算偏置值Δ＝0.5×A/B。
5.根据权利要求4所述的基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法，其特征在于，步骤S6中根据偏置值计算细频偏估计值的方法为：
将偏置值Δ与进行快速傅里叶变换的点数相除，相除结果乘以符号率：
(1)对于参考波形有导频时，所得结果乘以符号率的乘积即为细频偏估计值Δf2；
(2)对于参考波形没有导频时，所得结果乘以符号率的乘积除以4即为细频偏估计值Δf2。
6.根据权利要求5所述的基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法，其特征在于，步骤S7中根据粗频偏估计值和细频偏估计值得到总频偏值的方法为：
将粗频偏估计值Δf1与细频偏估计值Δf2相加得到总频偏值Δf＝Δf1+Δf2。
7.根据权利要求6所述的基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用方法，其特征在于，步骤S8中根据总频偏值对接收信号进行频偏跟踪补偿：
计算接收信号长度L；
对接收信号乘以e-j×2πΔf×[0:L-1]进行频偏跟踪补偿，得到频偏跟踪补偿后的接收信号。
8.一种基于低轨卫星DVB-RCS2***的低信噪比下频偏估计跟踪与补偿的通用***，其特征在于，包括：
去调制模块，用于对接收信号进行去调制，得到去调制后的接收信号；
FFT模块，用于将去调制后的接收信号进行快速傅里叶变换，得到频域信号，并对频域信号进行数据搬移；
求最大值模块，用于求取数据搬移之后的频域信号的绝对值最大值以及最大值位置；
粗频偏计算模块，用于根据最大值位置计算粗频偏估计值；
插值模块，用于根据最大值位置以及数据搬移后的频域信号计算偏置值；
细频偏计算模块，用于根据偏置值计算细频偏估计值；
总频偏计算模块，用于根据粗频偏估计值和细频偏估计值得到总频偏值；
频偏跟踪补偿模块，用于根据总频偏值对接收信号进行频偏跟踪补偿。
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