基于线性调频的低轨卫星宽带通信同步序列生成方法技术

本发明专利技术公开一种基于线性调频的低轨卫星宽带通信同步序列生成方法，该方法包括步骤为：利用线性调频扩频调制的小数倍斜率系数生成上下啁啾频率信号；利用相位和频率关系生成上啁啾和下啁啾的相位信号；通过相位信号指数生成上啁啾和下啁啾的时域信号；利用线性调频扩频的斜率系数和调制符号值生成信令信号；利用生成的上啁啾、下啁啾以及信令信号生成同步序列帧结构。本发明专利技术应用于低轨卫星宽带通信系统中，可以实现在低信噪比及大尺度多普勒频移环境下的时频同步，同时可以灵活调整序列频域位置，避免同步信道部分干扰问题，提高了同步系统的抗干扰能力。系统的抗干扰能力。系统的抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】
基于线性调频的低轨卫星宽带通信同步序列生成方法


[0001]本专利技术属于通信
，更进一步涉及卫星通信
中的一种基于线性调频的低轨卫星宽带通信同步序列生成方法。本专利技术可用于生成低轨卫星宽带系统中所需帧同步序列，实现低轨卫星宽带系统精确时频同步。

技术介绍

[0002]低轨卫星通信相对于地面通信主要存在着由于传输距离远而引起的传播时延大、路径损耗大以及卫星高速移动引起的大多普勒频移的问题。低轨卫星绕地球做高速运动，这导致信号在传输过程中会产生几十至几百千赫兹的多普勒频移，而地面移动通信系统中一般只需要考虑几百、几千的频偏。低轨卫星通信场景对接收机频偏估计能力提出了更高的要求，同时，由于传播距离所导致的信号大程度衰落也对接收机提出了更低信噪比下的高可靠同步要求。在OFDM系统中，时间偏差和频率偏差都是无法忽视的问题，精确的定时同步和频偏估计对于以OFDM为基础波形的宽带移动通信系统的正确解调至关重要。
[0003]成都星联芯通科技有限公司、无锡星联芯通科技有限公司在其共同申请的专利文献“一种对抗低轨宽带卫星系统大频偏大时延的联合估计方法”(专利申请号202110358118.1，申请公布号CN 113179233 A)公开一种对抗低轨宽带卫星系统大频偏大时延的低轨卫星宽带通信同步方法。该方法的实现步骤是，该方法使用单一导频即可估计出频偏值与时延值，能够及时对用户信号进行校正，而不必等待多个导频；同时，该方法可以一步地同时估计出时延与频偏值，一次计算即可估计出两个量，比两步估计的方法更为简单；再次，该方法将频偏分为整数倍频偏和小数倍频偏两步估计，没有频偏估计范围的限制，频偏估计范围不受导频在时域上分配间隔的限制。最后，该方法定时与小数倍频偏估计共同进行，避免了传统ZC序列定时受整数倍频偏影响的问题。但是，该方法所使用的同步序列实现时频同步仍然存在的不足之处是，在更低信噪比情况下，同步性能有限，采用的单一导频序列频偏估计的范围十分有限，最大估计范围仅为OFDM子载波间隔的1/6，难以满足低轨卫星通信大尺度多普勒频移场景中的同步需求，另外，该方法也无法满足同步信道受干扰情况下的时频同步问题。
[0004]重庆两江卫星移动通信有限公司在其申请的专利文献“一种低轨宽带卫星时频偏估计方法及系统”(专利申请号202111653150.9，申请公布号CN 114285713 A)公开一种种低轨宽带卫星时频偏估计方法。该方法的实现步骤包括S1：获取时域信号；S2：将所述时域信号经粗频偏估计后变换为频域信号；S3：对所述频域信号进行解资源映射，提取出导频信号；S4：获取本地导频，将所述导频信号与本地导频共轭相乘，得到所述导频信号位置的信道估计值；S5：对所述信道估计值进行时偏估计，得到时偏精估计值；对所述信道估计值进行频偏精估计，得到频偏精估计值。该专利技术能够提高频偏估计的精度，从而提高整个信道的抗频偏性能和捕获概率；也能够降低频偏估计方法的计算复杂度。但是，该方法所使用的同步序列实现时频同步仍然存在的不足之处是，考虑频偏估计的范围太小，无法满足低轨卫星高速移动产生的大范围的频偏，同样也未考虑低轨卫星通信过程中同步信道受干扰时对
低轨卫星宽带系统时频同步系统的干扰。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于线性调频的低轨卫星宽带通信同步序列生成方法，用于解决在低轨卫星通信场景中，宽带通信系统在低信噪比、大多普勒频移信道环境下时频同步困难，以及在同步信道受干扰情况下时频同步性能严重恶化的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的思路是，在低轨卫星宽带系统同步序列构造方法中，首次引入了线性调频扩频技术用于生成同步序列的基本单元，由于线性调频扩频技术具有抗干扰能力强，抗多径、抗频偏能力强的特点，所以生成同步序列同样具有以上特点，可以用于低轨卫星低信噪比、大多普勒频移通信场景下的宽带系统时频同步，同时，在线性调频扩频技术中引入小数倍斜率系数，通过调整斜率系数和调制符号值可以使生成同步序列做到在频域位置和带宽上的灵活调整，适合解决同步信道受干扰场景下的时频同步问题。首先，根据实际通信信道情况确定生成序列具体参数，然后，根据参数确定同步序列中上下啁啾序列频率随时间变化信号f
up
(t；a)和f
down
(t；a+KM)，利用相位和频率的关系处理f
up
(t；a)和f
down
(t；a+KM)得到构成同步序列的基本单元，上啁啾和下啁啾的时域信号，接着，通过线性调频扩频技术产生信令序列，用于携带同步序列频域位置信息，最后，将生成上啁啾、下啁啾以及信令序列按照固定格式组合同步序列帧，完成同步序列生成。
[0007]为实现上述目的，本专利技术实现的具体步骤如下：
[0008]步骤1，利用线性调频扩频调制的小数倍斜率系数生成上下啁啾频率信号；
[0009]步骤2，利用相位和频率关系生成上啁啾和下啁啾的相位信号；
[0010]步骤3，通过相位信号指数生成上啁啾和下啁啾的时域信号；
[0011]步骤4，利用线性调频扩频的斜率系数和调制符号值生成信令信号；
[0012]步骤5，利用生成的上啁啾、下啁啾以及信令信号生成同步序列帧结构。
[0013]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0014]第一，本专利技术在低轨卫星宽带系统同步序列生成过程中，首先引入线性调频扩频技术用于构造同步序列的基本单元，生成同步序列具有抗干扰能力强，抗多径、抗频偏能力强的特点，克服了现有技术生成序列在低轨卫星通信系统中定时同步性能差、频偏估计范围小的不足。使得本专利技术具有在低轨卫星低信噪比、大多普勒频偏的场景下，可实现精确时频同步的优点。
[0015]第二，本专利技术在线性调频扩频技术中引入小数倍斜率系数的设计，斜率系数采用小数倍结合动态调制符号生成同步序列能够做到频域位置灵活调整，对干扰信号进行避让，克服了现有技术在同步信道受干扰时同步性能下降的不足。使得本专利技术低轨卫星宽带系统时频同步中具有抗干扰能力强的优点。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的流程图；
[0017]图2是本专利技术生成的帧同步序列结构示意图；
[0018]图3是本专利技术的仿真实验1中同步序列频率随时间变化曲线及频谱位置关系图；
[0019]图4是本专利技术的仿真实验2中同步序列频率随时间变化曲线及频谱位置关系图。
具体实施方式
[0020]以下结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0021]参照图1，对本专利技术实施例实现的具体步骤做进一步的描述。
[0022]步骤1，按照下式，生成上下啁啾频率信号：
[0023][0024]其中，f
up
(t；a)表示低轨卫星宽带系统中同步序列生成的调制符号a频率随时间t上升变化的上啁啾信号，0≤t≤T
s
；T
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于线性调频的低轨卫星宽带通信同步序列生成方法，其特征在于，利用线性调频扩频调制的小数倍斜率系数生成上下啁啾频率信号，利用生成的上啁啾、下啁啾以及信令信号生成同步序列帧结构；该增强方法的步骤包括如下：步骤1，利用线性调频扩频调制的小数倍斜率系数生成上下啁啾频率信号；步骤2，利用相位和频率关系生成上啁啾和下啁啾的相位信号；步骤3，通过相位信号指数生成上啁啾和下啁啾的时域信号；步骤4，利用线性调频扩频的斜率系数和调制符号值生成信令信号；步骤5，利用生成的上啁啾、下啁啾以及信令信号生成同步序列帧结构。2.根据权利要求1所述的基于线性调频的低轨卫星宽带通信同步序列生成方法，其特征在于，步骤1中所述上下啁啾频率信号是由下式生成的：其中，f
up
(t；a)表示低轨卫星宽带系统中同步序列生成的调制符号a频率随时间t上升变化的上啁啾频率信号，0≤t≤T
s
；T
s
表示低轨卫星宽带系统的一个符号周期长度，B表示低轨卫星宽带系统的信号带宽，M表示低轨卫星宽带系统中一个符号周期内传输码片的总数，M＝2
SF
；SF表示线性调频扩频调制的扩频因子，其取值由低轨卫星宽带系统OFDM子载波的个数决定，K表示线性调频扩频调制的斜率系数，0&lt;K&lt;1，f
down
(t；a+KM)表示低轨卫星宽带系统中同步序列生成所需的调制符号a+KM频率随时间t上升变化的下啁啾频率信号。3.根据权利要求2所述的基于线性调频的低轨卫星宽带通信同步序列生成方法，其特征在于，步骤2中所述上啁啾和下啁啾的相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张顺，王杰，程绪龙，马建鹏，何先灯，申鹏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：