CN109831821B - 一种卫星移动通信终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星移动通信终端，属于卫星移动通信技术领域。该装置执行以下步骤：(1)加速器对射频接收下来的无线信号进行解调处理，完成定时和频率的偏移估计；(2)利用定时估计信息调整定时器模块完成定时同步过程，同时将频率信息送入数字下变频处理单元完成基带解调的频率补偿；(3)在空闲待机状态，采用大间隔周期性下行接收方法达到同步跟踪；(4)在业务状态，利用当前业务的频率估计更新频率漂移率，并利用定时漂移率参数，在信号微弱状态下完成定时和频率的实时跟踪补偿。本发明可以有效完成无信号或微弱信号下定时和频率的跟踪补偿，能有效减少链路接收失败及发送信号频率的大范围偏移。

Description

一种卫星移动通信终端

技术领域

本发明属于卫星移动通信技术领域，特别是指一种卫星移动通信终端。

背景技术

在卫星移动通信系统中，通常采用TDMA\FDMA技术体制。其中，FDMA(FrequencyDivision Multiple Address，频分多址)系统上下行频谱资源完全独立分开使用，TDMA(Time Division Multiple Address，时分多址)系统帧结构由超高帧、超帧、复帧、帧和时隙号组成。卫星移动通信以GEO地球静止轨道卫星转发器为中继站完成终端与地面站间的通信，并且要求终端所有信号收发需要在卫星口对齐，所以卫星移动通信系统地面终端与地面移动通信相比具有上下行通信独立、传输时延大、定时漂移和频率偏移大等特点。但是，终端在地面移动过程中出现的不可避免的遮挡，会导致信号在一段时间内减弱，并且移动过程速度的差异多普勒差异也都会影响信道的解调接收。

目前，现有技术中对卫星移动通信中定时和频率的跟踪方法还没有详细的介绍，现有方法主要依赖于设备晶振的稳定度和温度的控制以保证终端定时和频率的稳定度，这种方法对硬件条件要求较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种卫星移动通信终端，该终端及方法不依赖于硬件条件，而是采用软件控制方式完成在无信号或微弱信号下定时和频率的跟踪补偿，能有效地减少链路接收失败及发送信号频率的大范围漂移。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种卫星移动通信终端，包括CPU、基带卫星通信加速器、定时器模块、数字下变频处理模块和上行发送频率补偿模块，所述基带卫星通信加速器包括基带解调模块，其中：

基带卫星通信加速器对射频接收下来的无线信号进行解调处理，完成频率估计和定时估计；

CPU利用定时估计信息调整定时器模块以完成定时同步过程，同时将频率估计信息送入数字下变频处理模块以完成基带解调的频率补偿；具体方式为，在空闲待机状态，CPU采用大间隔周期性下行接收方式进行同步跟踪，间隔期间利用先前的定时估计信息计算定时漂移率进行周期定时补偿；在业务状态，CPU利用当前业务的频率估计更新频率漂移率，并且利用定时漂移率参数，在信号遮挡或微弱状态下完成定时和频率的实时跟踪补偿；

定时和频率补偿的方式为：

(1)将每突发下行基带信号S输入基带卫星通信加速器，由基带卫星通信加速器的基带解调模块输出定时估计ΔT和频率估计ΔF；

(2)搜网完成进入读系统广播控制信道阶段，利用8×K的帧间隔做一次定时调整，对N帧的定时估计ΔT₁、ΔT₂、....、ΔT_N进行统计，获得初始频率漂移率

其中，广播信道8帧更新一次，K≥1；

(3)入网完成进行待机空闲低功耗状态后，CPU保持定时跟踪同步，间隔M帧配置广播控制信道接收，M≥32；具体方式为，利用步骤(1)输出的定时估计ΔT，通过求平均的方式计算M帧间隔下的定时漂移率ΔT’，并利用ΔT’实时修正步骤(2)所获得的ΔTime_rate，修正值为ΔTime_rate’：

ΔTime_rate’＝α·ΔTime_rate+(1-α)·ΔT’，α∈[1.0，1.5]，

CPU利用ΔTime_rate’进行空闲状态的定时跟踪补偿；

(4)在话音或数据业务工作状态下，对基带解调模块输出的频率估计ΔF进行N帧统计平均，得到平均值ΔF’，其中，N≥8，N帧间隔范围内频率漂移率输出为ΔFreq_rate，ΔFreq_rate＝ΔF’/N；若信道解调正确，则CPU采用ΔF’进行上下行链路频率跟踪补偿，否则，CPU采用上个N帧间隔估计输出的ΔFreq_rate进行上下行链路的频率跟踪补偿；

(5)在话音或数据业务工作状态下，利用基带解调模块输出的定时估计ΔT进行定时跟踪补偿，具体为：若信道解调正确，则CPU采用ΔT值进行定时模块的调整；否则，以α×ΔTime_rate的值进行定时跟踪补偿，α∈[1.0，1.5]。

采用上述技术方案取得的有益效果在于：

1、本发明基于卫星移动通信系统下行信道的解调处理模块，计算周期定时漂移率和频率漂移率，特别适用于低信噪比解调门限之下，即在信号遮挡或微弱状态下完成定时和频率的跟踪补偿，可以防止链路在信号恢复后接收失的步以及上行发送信号频率的大范围偏移，并且能够满足特征频率和间歇频率变化曲线。

2、本发明不依赖于硬件条件，而是采用软件控制的方法，可以有效地完成在无信号或微弱信号下定时和频率的跟踪补偿，能有效地减少链路接收失败及发送信号频率的大范围漂移。

附图说明

图1为本发明实施例的原理框图；

图2为本发明实施例中卫星移动通信系统的帧计划图；

图3为本发明实施例中广播信道的定时估计漂移率单元图；

图4为本发明实施例中业务状态定时估计和频率估计补偿单元图；

图5为本发明实施例中在特征态期间频率和定时的标准变化曲线图；

图6为本发明实施例中在稳态期间频率和定时测量曲线图；

图7为本发明实施例中在特征态期间频率测量曲线图；

图8为本发明实施例中在间歇状态期间频率测量曲线图；

图9为本发明实施例中在稳态、特征和间歇状态期间频率测量曲线图和定时误差的均值和均方根统计表。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

一种卫星移动通信终端，其包括CPU、基带卫星通信加速器、定时器模块、数字下变频处理模块和上行发送频率补偿模块，所述基带卫星通信加速器包括基带解调模块，其中：

基带卫星通信加速器对射频接收下来的无线信号进行解调处理，完成频率估计和定时估计；

CPU利用定时估计信息调整定时器模块以完成定时同步过程，同时将频率估计信息送入数字下变频处理模块以完成基带解调的频率补偿；具体方式为，在空闲待机状态，CPU采用大间隔周期性下行接收方式进行同步跟踪，间隔期间利用先前的定时估计信息计算定时漂移率进行周期定时补偿；在业务状态，CPU利用当前业务的频率估计更新频率漂移率，并且利用定时漂移率参数，在信号遮挡或微弱状态下完成定时和频率的实时跟踪补偿。

一种用于如上所述卫星移动通信终端的定时和频率跟踪补偿方法，其包括以下步骤：

(1)将每突发下行基带信号S输入基带卫星通信加速器，由基带卫星通信加速器的基带解调模块输出定时估计ΔT和频率估计ΔF；

(2)搜网完成进入读系统广播控制信道阶段，利用8×K的帧间隔做一次定时调整，对定时估计ΔT进行统计，获得初始频率漂移率ΔTime_rate；其中，广播信道8帧更新一次，K≥1；

(3)入网完成进行待机空闲低功耗状态后，CPU保持定时跟踪同步，间隔M帧配置广播控制信道接收，M≥32；具体方式为，利用步骤(1)输出的定时估计ΔT，通过求平均的方式计算M帧间隔下的定时漂移率ΔT’，并利用ΔT’实时修正步骤(2)所获得的ΔTime_rate，修正值为ΔTime_rate’，CPU利用ΔTime_rate’进行空闲状态的定时跟踪补偿；

(4)在话音或数据业务工作状态下，对基带解调模块输出的频率估计ΔF进行N帧统计平均，得到平均值ΔF’，其中，N≥8，N帧间隔范围内频率漂移率输出为ΔFreq_rate，ΔFreq_rate＝ΔF’/N；若信道解调正确，则CPU采用ΔF’进行上下行链路频率跟踪补偿，否则，CPU采用上个N帧间隔估计输出的ΔFreq_rate进行上下行链路的频率跟踪补偿；

(5)在话音或数据业务工作状态下，利用基带解调模块输出的定时估计ΔT进行定时跟踪补偿，具体为：若信道解调正确，则CPU采用ΔT值进行定时模块的调整；否则，以α×ΔTime_rate的值进行定时跟踪补偿，α∈[1.0，1.5]。

具体来说，参照图1中，卫星通信基带解调模块下行接收输出定时估计信息ΔT和频率估计信息ΔF，其中ΔT送入定时器模块进行定时调整，ΔF需要送入数字下变频模块进行解调的频率补偿，同时还需送入上行发送频率补偿模块进行上行频率的同步补偿。

参照图2的卫星移动通信的帧计划表，BCCH(Broadcast Control Channel，广播控制信道)8帧接收一次，故此处采用8×K(K≥1)的帧间隔进行定时漂移率的估计。

参照图3，假设每次间隔的调整值为ΔTb1、ΔTb2、…、ΔTbN，那么广播BCCH的频率漂移率ΔTime_rate(单位：主钟数目/帧)为：

进入待机空闲状态后，终端为了保持定时同步会间隔M(M≥32)帧周期配置BCCH信道接收，此时需要利用同样的方法统计计算M帧间隔定时漂移率为：

ΔTime_rateM＝ΔTbM/M (2)

其中ΔTbM为在待机低功耗情况下间隔M帧后广播BCCH的定时估计值，那么当前实时迭代更新修正值ΔTime_rate’为：

ΔTime_rate’＝α·ΔTime_rate+(1-α)·ΔTime_rateM (3)

参考图4，在话音或数据业务工作状态下，基带解调模块会实时每帧输出定时ΔTd和频率的估计ΔFd，其中频率的估计输出为每次N帧(N≥8)的平均估计值输出，那么每N帧间隔范围内频率漂移率为ΔFreq_rate＝ΔFd/N(单位：赫兹Hz/帧)，为了平稳输出设计采用滑框统计方法求最近K次(K≥3)的平均值，即：

当频率的变化处于稳态时，统计平均后的频率漂移率ΔFreq_rate_avg值会收敛到0左右。具体频率跟踪补偿方法为：若信道解调正确CPU采用ΔFd进行上下行链路频率跟踪补偿；若信道解调不正确CPU处理器采用上次有信号的情况下N帧间隔估计输出的ΔFreq_rate_avg进行上下行链路频率跟踪补偿。

仍见图4，在话音或数据业务工作状态下，其定时跟踪补偿方法为：若信道解调正确，CPU采用当前帧的ΔTd值进行定时模块的调整；若信道解调不正确，则采用上述ΔTime_rate参数，以α×ΔTime_rate值进行定时跟踪补偿，其中α值与终端类型和当前信道的传输带宽相关，α值取值范围为[1.0,1.5]。

以上实施例实现了卫星移动通信中的定时和频率跟踪补偿，该方法能够满足图5卫星移动标准的定时和频率测量变化曲线图。图6、图7和图8分别表示了在北京泰尔实验室入网认证测试中终端在稳态、特征和间歇状态的定时和频率跟踪曲线，图9为在稳态、特征和间歇状态期间频率测量曲线图和定时误差的均值和均方根统计表。可见，本发明达到了相应的设计标准，并且终端在实际上星中取得了良好的通信效果。

Claims (1)

1.一种卫星移动通信终端，其特征在于，包括CPU、基带卫星通信加速器、定时器模块、数字下变频处理模块和上行发送频率补偿模块，所述基带卫星通信加速器包括基带解调模块，其中：

基带卫星通信加速器对射频接收下来的无线信号进行解调处理，完成频率估计和定时估计；

CPU利用定时估计信息调整定时器模块以完成定时同步过程，同时将频率估计信息送入数字下变频处理模块以完成基带解调的频率补偿；具体方式为，在空闲待机状态，CPU采用大间隔周期性下行接收方式进行同步跟踪，间隔期间利用先前的定时估计信息计算定时漂移率进行周期定时补偿；在业务状态，CPU利用当前业务的频率估计更新频率漂移率，并且利用定时漂移率参数，在信号遮挡或微弱状态下完成定时和频率的实时跟踪补偿；

定时和频率补偿的方式为：

(1)将每突发下行基带信号S输入基带卫星通信加速器，由基带卫星通信加速器的基带解调模块输出定时估计ΔT和频率估计ΔF；

(2)搜网完成进入读系统广播控制信道阶段，利用8×K的帧间隔做一次定时调整，对N帧的定时估计ΔT₁、ΔT₂、....、ΔT_N进行统计，获得初始频率漂移率

N≥8；其中，广播信道8帧更新一次，K≥1；

(3)入网完成进行待机空闲低功耗状态后，CPU保持定时跟踪同步，间隔M帧配置广播控制信道接收，M≥32；具体方式为，利用步骤(1)输出的定时估计ΔT，通过求平均的方式计算M帧间隔下的定时漂移率ΔT’，并利用ΔT’实时修正步骤(2)所获得的ΔTime_rate，修正值为ΔTime_rate’：

ΔTime_rate’＝α·ΔTime_rate+(1-α)·ΔT’，α∈[1.0,1.5]，

CPU利用ΔTime_rate’进行空闲状态的定时跟踪补偿；

(4)在话音或数据业务工作状态下，对基带解调模块输出的频率估计ΔF进行N帧统计平均，得到平均值ΔF’，其中，N≥8，N帧间隔范围内频率漂移率输出为ΔFreq_rate，ΔFreq_rate＝ΔF’/N；若信道解调正确，则CPU采用ΔF’进行上下行链路频率跟踪补偿，否则，CPU采用上个N帧间隔估计输出的ΔFreq_rate进行上下行链路的频率跟踪补偿；

(5)在话音或数据业务工作状态下，利用基带解调模块输出的定时估计ΔT进行定时跟踪补偿，具体为：若信道解调正确，则CPU采用ΔT值进行定时模块的调整；否则，以α×ΔTime_rate的值进行定时跟踪补偿，α∈[1.0,1.5]。

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