本發(fā)明涉及無(wú)線通信，具體涉及一種基于ofdm系統(tǒng)的低軌衛(wèi)星寬帶多普勒模擬和補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

1、近兩年5g-advanded通信技術(shù)迅速發(fā)展，衛(wèi)星通信技術(shù)是其中的研究熱點(diǎn)。研究的主要目的是將其作為5g?nr的擴(kuò)展，使5g終端設(shè)備在傳統(tǒng)地面基站難以覆蓋的地區(qū)(如無(wú)人區(qū)、欠發(fā)達(dá)地區(qū)等)仍可以保持對(duì)5g網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)。相對(duì)于高軌衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，低軌衛(wèi)星的傳輸時(shí)延短，發(fā)射功率低，可以降低基站和終端的設(shè)計(jì)成本和復(fù)雜度，所以低軌衛(wèi)星通信技術(shù)是5g-a中的一個(gè)重點(diǎn)研究方向。

2、由于低軌衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)速度快，其傳輸給地面的信號(hào)必然存在較大的多普勒頻移，且隨著時(shí)間變化，當(dāng)衛(wèi)星朝向地面終端的正上方運(yùn)動(dòng)時(shí)多普勒逐漸減小，到達(dá)終端正上方時(shí)多普勒為0，接下來(lái)衛(wèi)星將逐漸遠(yuǎn)離地面終端，此時(shí)多普勒將逐漸增大。根據(jù)3gpp協(xié)議，離地600km的低軌衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)在20ghz載波頻率下帶來(lái)的最大多普勒頻移可達(dá)480khz，這是目前基于ofdm系統(tǒng)的5g通信所不能容忍的。而且，5g-a相對(duì)于5g在吞吐量上提出了更高的要求，高吞吐量不可避免地需要使用大帶寬來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，大帶寬信號(hào)上不同子載波將受到不同程度多普勒頻移的影響，進(jìn)而產(chǎn)生子載波間干擾，使通信質(zhì)量惡化。

3、一般的衛(wèi)星多普勒模擬技術(shù)沒(méi)有考慮寬帶多普勒的影響，也就沒(méi)有相應(yīng)的寬帶多普勒補(bǔ)償方案，這會(huì)導(dǎo)致寬帶低軌衛(wèi)星信號(hào)的誤碼率高、通信質(zhì)量差等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于ofdm系統(tǒng)的低軌衛(wèi)星寬帶多普勒模擬和補(bǔ)償方法。本發(fā)明提供的寬帶多普勒模擬方法，可以生成更加符合真實(shí)星地通信場(chǎng)景的無(wú)線信號(hào)，基于該模擬信號(hào)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)的地面終端接收機(jī)可以獲得更好的性能。本發(fā)明提供的寬帶多普勒時(shí)域補(bǔ)償方法，適用于高吞吐量、大帶寬和高階調(diào)制場(chǎng)景，可以準(zhǔn)確地補(bǔ)償多普勒頻移的干擾，提高解調(diào)性能。本發(fā)明提供的寬帶多普勒頻域補(bǔ)償方法，適用于低時(shí)延、小帶寬和低階調(diào)制場(chǎng)景，基本無(wú)需修改原有的地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)終端接收方案，可以在開(kāi)發(fā)成本的情況下獲得更好的解調(diào)性能。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種基于ofdm系統(tǒng)的低軌衛(wèi)星寬帶多普勒模擬和補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

4、步驟1：配置多普勒參數(shù)，包括載波頻率fc、中值多普勒頻移值δfc、子載波間隔δf、系統(tǒng)采樣率fs、fft點(diǎn)數(shù)即頻點(diǎn)數(shù)n、循環(huán)前綴長(zhǎng)度ncp和連續(xù)發(fā)送的ofdm符號(hào)數(shù)l；同時(shí)根據(jù)ofdm符號(hào)數(shù)l及頻點(diǎn)數(shù)n生成l*n組發(fā)送數(shù)據(jù)xl(k),k＝0,1,…,n-1；l＝0,1,…,l；

5、步驟2：根據(jù)所配置的多普勒參數(shù)計(jì)算各頻點(diǎn)的歸一化多普勒頻移值δfnorm(k)：

6、

7、步驟3：將n×l的資源網(wǎng)格復(fù)制n份并填充0，然后將位于同一頻點(diǎn)不同符號(hào)的l個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)依次填入n個(gè)n×l的資源網(wǎng)格中，得到單一資源網(wǎng)格映射后的發(fā)送數(shù)據(jù)x'l,j(k)：

8、j代表第j個(gè)資源網(wǎng)格；

9、步驟4：對(duì)資源網(wǎng)格映射后的發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行ifft變換，變換為時(shí)域數(shù)據(jù)xl,j(n)：

10、

11、步驟5：對(duì)n×l組長(zhǎng)度為n的時(shí)域數(shù)據(jù)添加循環(huán)前綴，即將原來(lái)長(zhǎng)度為n的時(shí)域數(shù)據(jù)的末尾ncp長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)復(fù)制并拼接到時(shí)域數(shù)據(jù)的開(kāi)頭，組成長(zhǎng)度為n+ncp的數(shù)據(jù)

12、

13、步驟6：進(jìn)行同頻點(diǎn)多符號(hào)時(shí)域信號(hào)拼接，即將相同頻點(diǎn)的時(shí)域信號(hào)按符號(hào)順序拼接為一組長(zhǎng)度為l*(n+ncp)的時(shí)域信號(hào)xj(m),m＝0,1,…,l*(n+ncp)-1；

14、步驟7：對(duì)不同頻點(diǎn)的長(zhǎng)度為l*(n+ncp)的時(shí)域信號(hào)添加多普勒頻移，得到x'j(m)：

15、

16、步驟8：將不同頻點(diǎn)的時(shí)域信號(hào)累加為一組時(shí)域信號(hào)x'(m)，并發(fā)送：

17、

18、步驟9：接收端接收時(shí)域信號(hào)y(m)，然后進(jìn)行時(shí)域補(bǔ)償和頻域補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)。

19、進(jìn)一步的，步驟9中時(shí)域補(bǔ)償具體過(guò)程包括：

20、步驟101：將接收到的長(zhǎng)度為l*(n+ncp)的時(shí)域信號(hào)y(m)分段為l個(gè)符號(hào)的時(shí)域數(shù)據(jù)，并進(jìn)行循環(huán)前綴去除：

21、yl(n)＝y(tǒng)(l*n+(l+1)*ncp+n)

22、yl＝[yl(0),yl(1),…,yl(n-1)]；

23、步驟102：計(jì)算中值多普勒δfc

24、

25、其中，fc表示載波頻率，δv表示低軌衛(wèi)星與地面終端間的相對(duì)速度，cosθ表示星地相對(duì)速度矢量與星地連線間的夾角，c表示光速；

26、步驟103：根據(jù)配置參數(shù)計(jì)算各頻點(diǎn)的歸一化多普勒頻移δfnorm(k)：

27、

28、步驟104：計(jì)算各符號(hào)的時(shí)域多普勒補(bǔ)償矩陣b：

29、β＝(l+1)·ncp+l·n

30、

31、步驟105：對(duì)各符號(hào)的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行多普勒補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的時(shí)域數(shù)據(jù)

32、

33、進(jìn)一步的，步驟9中頻域補(bǔ)償具體過(guò)程包括：

34、步驟201：將接收到的長(zhǎng)度為l*(n+ncp)的時(shí)域信號(hào)y(m)分段為l個(gè)符號(hào)的時(shí)域數(shù)據(jù)，并進(jìn)行循環(huán)前綴去除：

35、yl(n)＝y(tǒng)(l*n+(l+1)*ncp+n)

36、yl＝[yl(0),yl(1),…,yl(n-1)]；

37、步驟202：對(duì)各符號(hào)的時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行fft，得到受寬帶多普勒影響的頻域數(shù)據(jù)：yl(k)

38、

39、步驟203：計(jì)算中值多普勒δfc：

40、

41、其中，fc表示載波頻率，δv表示低軌衛(wèi)星與地面終端間的相對(duì)速度，cosθ表示星地相對(duì)速度矢量與星地連線間的夾角，c表示光速；

42、步驟204：根據(jù)配置參數(shù)計(jì)算各頻點(diǎn)的歸一化多普勒頻移δfnorm(k)：

43、

44、步驟205：對(duì)各符號(hào)的頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行多普勒補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的頻域數(shù)據(jù)

45、

46、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

47、1、本發(fā)明可以生成基于ofdm系統(tǒng)的低軌衛(wèi)星受寬帶多普勒影響的模擬信號(hào)，更符合實(shí)際環(huán)境下的無(wú)線信號(hào)，有助于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的仿真分析。

48、2、本發(fā)明提出的時(shí)域?qū)拵Ф嗥绽昭a(bǔ)償方案，可以很精確地補(bǔ)償寬帶多普勒的影響，最大程度地提高信號(hào)質(zhì)量和地面終端的解調(diào)性能，適用于高吞吐量的大帶寬和高階調(diào)制場(chǎng)景。

49、3、本發(fā)明提出的頻域?qū)拵Ф嗥绽昭a(bǔ)償方案，計(jì)算量小且基本無(wú)需修改原有的地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)終端接收方案，可以粗略地補(bǔ)償寬帶多普勒的影響，將地面終端接收信號(hào)質(zhì)量恢復(fù)到可以接收的程度，適用于對(duì)接收解調(diào)性能要求不高的低時(shí)延小帶寬低階調(diào)制場(chǎng)景。

技術(shù)特征：

1.一種基于ofdm系統(tǒng)的低軌衛(wèi)星寬帶多普勒模擬和補(bǔ)償方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ofdm系統(tǒng)的低軌衛(wèi)星寬帶多普勒模擬和補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟9中時(shí)域補(bǔ)償具體過(guò)程包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ofdm系統(tǒng)的低軌衛(wèi)星寬帶多普勒模擬和補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟9中頻域補(bǔ)償具體過(guò)程包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于OFDM系統(tǒng)的低軌衛(wèi)星寬帶多普勒模擬和補(bǔ)償方法，包括模擬和補(bǔ)償兩個(gè)過(guò)程，補(bǔ)償包括時(shí)域補(bǔ)償和頻域補(bǔ)償。本發(fā)明提供的寬帶多普勒模擬方法，可以生成更加符合真實(shí)星地通信場(chǎng)景的無(wú)線信號(hào)，基于該模擬信號(hào)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)的地面終端接收機(jī)可以獲得更好的性能。本發(fā)明提供的寬帶多普勒時(shí)域補(bǔ)償方法，適用于高吞吐量、大帶寬和高階調(diào)制場(chǎng)景，可以準(zhǔn)確地補(bǔ)償多普勒頻移的干擾，提高解調(diào)性能。本發(fā)明提供的寬帶多普勒頻域補(bǔ)償方法，適用于低時(shí)延、小帶寬和低階調(diào)制場(chǎng)景，基本無(wú)需修改原有的地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)終端接收方案，可以在開(kāi)發(fā)成本的情況下獲得更好的解調(diào)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：林宏,徐玉婷,張濤,馬育才,葉曉平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2