一种新的卫星通信系统中的载波频率同步技术

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1、2012年12月第6期中国空间科学技术ChineseSpaceScienceandTechnology75一种新的卫星通信系统中的载波频率同步技术吕强齐维孔薛永(中国空间技术研究院通信卫星事业部，北京100094)摘要针对卫星通信中传统载波频偏估计算法精度低的问题，提出一种新的频偏估计方法。该方法首先利用传统方法在解调前端进行初始频偏估计，然后充分利用译码信息对残留频偏进行进一步估计和补偿。仿真结果表明，该方法可有效抑制传统频偏估计方法带来的残留频偏的波动，减少残留频偏对系统性能的影响，提高了系统译

2、码性能，降低了解调门限，在不占用系统频带的同时，提高了系统功率利用率。关键词频率同步频偏估计译码信息卫星通信DOI：10．3780／i．issn．1000一758X．2012．06．0111引言在卫星通信或其他无线通信过程中，如果通信双方中任何一方处于移动状态时，接收到的信号都会产生一个多普勒频移，多普勒频移是产生载波频差的一个重要原因。另外，由于通信双方载波振荡器以及传输过程中有关器件频率的精度所限，在接收信号与本地载波之间总会存在频差。为了实现信息在通信双方的正确传递，应该想办法消除掉这些频差[

3、1]。频偏估计算法[2。51可归纳为DA(Data-Aided)和NDA(Non—Data-Aided)两种。但不管是哪种算法，其频率估计的精度都是有限的，总有部分残留频偏会带到解调端，导致解调译码性能的下降和误码率的升高。本文提出的频偏估计方法的核心思想就是充分利用译码信息进行残留频偏估计，如果译码采用迭代方式，则可以进行联合迭代残留频偏估计和译码，随着迭代次数的增加，译码信息越来越精确，残留频偏估计也越来越充分，效果也将越明显。因此，本文可与迭代译码联合使用，比如与LDPC码、BICM—ID码、

4、Turbo码等编译码方式结合。由于该方法在频率利用率和功率利用率取得了很好的折中，尤其适合功率和频带均受限的卫星通信系统。2技术方案2．1传统频偏估计算法传统的频偏估计算法中的DA算法需要发送端发送专门的训练序列或导频序列，并在接收端认为该信息已知；NDA方法不需要任何已知符号序列信息，属于盲同步算法。由于DA算法利用了训练序列进行同步估计，所以其频率估计的范围和精度一般要优于NDA盲同步算法。但不管是DA算法还是NDA算法，其频率估计的精度都是有限的，总有部分残留频偏会带到解调端，导致解调译码性能

5、的下降，误码率的升高。下面就以3种典型的DA频偏估计算法[63为例，来简单介绍传统频率校正算法。收稿日期：2012一02—22。收修改稿日期：2012一08一0276中国空间科学技术2012年12月假设y(矗)为接收端经过信道后的训练序列符号，c。为接收端已知的训练序列符号，轭。两序列相乘得出2(忌)一y(惫)cf1)方法1：Kay估计。*表示共护赤善y@)arg{砌∥强_1))(2)式中。表示频率偏移的估计值．y(肛寻击[1一(半)2]，1≤忌≤Lo_1．L0为数据长度；T为符号周期。2)方法2：

6、Fitz估计。归丽击丽蚤ar“R(砌)，1

7、达到MCRB(口)。对于以上3种方法，其中，方法2和方法3涉及到参数N的选取，估计精度随着N的减小而降低，但同时，计算复杂度也降低，估计范围变大。因此在实际应用中要适当选取N，在估计精度、估计范围和计算复杂度之间寻求折中。2．2本文设计方法传统的频偏估计方法是独立于译码的，也就是数据在译码前端进行频偏估计和补偿后就进入解调译码。由于传统频偏方法的频偏估计精度有限，波动过大的残留频偏会导致译码性能下降。本文提出一种频偏估计方法，即首先在解调前端进行初始频偏估计，然后利用译码信息对其残留频偏进行进一步估

8、计和补偿，能有效抑制传统频偏估计后的残留频偏的波动，提高系统性能。本文方法的系统原理框图如图1所示。信息源数据添加训练序列(同步头)构成发送数据序列。在发送端，训练序列经过调制，信息数据经过编码、调制后，经过信道。在接收端，训练序列先被解调后，利用解调后的训练序列和已知的训练序列(接收端训练序列已知)进行初始频偏估计(传统估计方法)，用估计出的频偏对信息数据进行频偏校正后进行解调、译码。然后利用译码信息进行残留频偏估计，经反馈对残训练序列信息数据圈ll蠢壶幸信道I。薰