[发明专利]一种低轨宽带卫星系统小数倍子载波间隔频偏估算方法

权利要求书

1.一种低轨宽带卫星系统小数倍子载波间隔频偏估算方法，其特征在于，包括：

1)定义发射信号模型：

假设小区内共有M个用户，定义用户m的物理层信道导频参考信号为P_m(k){k＝0…N_m-1}，则导频基带发送信号可以表示为：

其中，m是用户索引，p代表是导频信号，上角标T代表发射，n为接收信号时域采样值，n＝0…2047，n的取值为协议规定的，N_m为频域导频序列长度，P_m(k)为物理信道中的导频，定义为P_m(k)根值μ的ZC序列，

2)定义接收信号模型：

在基站，接收到的基带信号r(n)，是M个用户信号的叠加：

其中，w(n)为噪声，为接收到的第m个用户的导频信号，上角标R代表接收，导频信号接收模型为：

其中，N为导频长度，L_m为第m个用户的多径数量，H_m(k)是信道冲击响应h_m(l)的DFT，h_m(l)＝[h_m(0) … h_m(L_m-1)]为第m个用户的离散信道冲击响应(CIR)向量，ε_m为频率偏差，l为搜索值索引，θ_m＝int(τ_m/TS)为采样周期整数倍的时间偏移，T_s为采样时间τ_m为用户m的多径时延；

3)频偏估计：

定义用户m的频偏超出[-0.5，+0.5]倍子载波间隔的范围之外，将用户频偏划分为整数倍频偏ε_m,I和小数倍频偏ε_m,F两部分，则接收到的用户m导频信号为：

对接收时域信号做傅里叶变换到频域后，与本地导频做相关，搜索相关峰最大值的位置，即可得到整数倍频偏ε_m,I的估计值；

得到整数倍频偏ε_m,I估计值后，找到峰值位置，并在峰值位置上取相应的N个频域值，与本地参考频域导频的共轭对应一一相乘，然后对共轭相乘后的数据进行傅里叶逆变换，搜索峰值，利用主峰值与次峰值进行小数倍频偏ε_m,F估计值，其方法为：

接收到的时域信号的傅里叶变换R(k')为：

其中，k'为频率索引值，X_m(k)＝H_m(k)P_m(k)，将R(k')乘以本地频域参考信号的共轭：

然后做傅里叶逆变换：

如果频域导频为ZC序列，则上式IDFT后的结果，是另外一个ZC序列的时域相关，而另外一个ZC序列可以看做是频域导频P_m(k)的逆傅里叶变换结果；

发送信号经过信道后到达接收端，由于发射机和接收机的相对运动因素影响，在接收端接收到的信号，相对于发射信号，会产生一个频偏；在时域接收到的信号为：

其中，Δf为频偏，f_scs为用户m物理信道的子载波间隔，在接收端对接r(n)进行FFT后，搜索频域序列的最大相关值，定出频域整数倍偏移，然后在相应位置取出频域接收序列与本地频域参考序列的共轭相乘，相乘后做逆傅里叶变换；频域共轭相乘等效于时域相关，因此定义相关值R(l,Δf)如下，

其中，表示运算公式中不受Δf影响的部分，μ'为μ的对偶，满足的绝对值为定值，所以R(l,Δf)的绝对值大小取决于同时由于频偏的影响，R(l,Δf)在l≠0处的值不再为零；为了估计小数倍的频偏，首先计算l＝0处的R(0,Δf)值；

假设：

则：

然后，计算较大副峰处的|R(l',Δf)|²值，其中l'为较大副峰处的索引，mod(μ'l',N)＝±1，取1还是-1，取决于频偏为负还是为正，假设频偏为正，则mod(μ'l',N)＝-1；

则：

当N较大时，取如下近似：

假设频偏为正切在0.5倍子载波间隔内，则0＜γ＜0.5，所以：

因此：

最终，小数倍频偏的估计为：

2.根据权利要求1所述的一种低轨宽带卫星系统小数倍子载波间隔频偏估算方法，其特征在于，所述第m个用户的导频接收信号模型：

在接收信号中分离出信道、频偏与时延参数，则得到所述导频信号接收模型，其中，τ_l为第l径的时延。