专利名称：数字卫星广播系统的单频网适配方法
技术领域：
本发明涉及数字信息传输技术，尤其涉及在数字卫星广播单频网中将各发射机的载波频率调整到相同频点的方法。
背景技术：
数字广播具有覆盖面广、信号容量大等特点，其最大的特点是具有广播性，一点对多点、一点对面，并且广播信息的成本与用户数量的多少无关。因此，数字广播作为信息通信业的一个重要组成部分，在国家信息基础设施建设、实现普遍服务和国家信息安全战略中具有重要地位。
对于数字广播系统来说，由于具有强大的抗干扰能力和数字处理能力，所以单频网是非常有利的扩大覆盖的方式。单频网是目前卫星数字广播系统扩大覆盖范围的三种主要途径之一，即在一定的地理区域内，用若干部发射机同时按照相同的载波频率发射同样的广播信号，以便在该区域实现可靠的无缝覆盖。单频网允许覆盖区的重叠，大大改善了多频网覆盖边缘的峭壁效应，有利于提高覆盖质量并扩大覆盖范围。
单频网应用中最重要的技术，就是要求各个发射机所广播的信号在频率和时间上都保持同步。频率同步即要求每个单频网发射机的工作频率都相同。对于多载波调制而言，还要求每个子载波的频率相同。虽然频率同步可以通过与同一个参考频率(一般使用来自GPS卫星的10MHz参考频率)锁相同步来实现。但是由于各发射机的自由振荡频率很难达到完全相同，所以需要设计一种方法，用以将各发射机的载波频率调整到相同的频点。
发明内容
为解决已有技术提出的技术问题，本发明的目的在于提出一种数字卫星广播系统的单频网适配方法，用于将各发射机的载波频率调整到相同的频点，该方法包括以下步骤生成高精度的时钟信号；根据所生成的高精度时钟信号，生成基准频率；对卫星下行信号和所述基准频率进行混频，得到带有频偏的基带信号；根据对所述基带信号的频偏估计，估计出卫星下行信号与所述基准频率之间的频率偏差；根据所述频率偏差产生合适频率的中频信号；对中频信号进行射频上变频，生成卫星上行信号；由卫星对所述卫星上行信号进行变频和放大，生成卫星下行信号；循环进行以上步骤，从而实现对网络频率的同步。
本发明提出的数字卫星广播系统的单频网适配方法，通过改变所述激励器的输出频率而补偿各级频率误差，并在卫星信号中引入已知的随机信号，用于频偏估计。在频偏估计中，频偏估计器使用相关的方式实现分数频偏估计、使用扫频的方式实现整数频偏估计。
本发明的上述方法，通过闭环方式控制卫星下行信号频率，所以具有较高的频率同步精度；同时，各发射机的频率均锁定到基准频率上，通过保证基准频率的精度可保证全网的频率精度。
用于实现本方法的系统可以灵活配置，可控制单个或者多个卫星，且卫星间相互独立，无任何干扰，可以灵活应用于仅由卫星组成的单频网和由卫星与地面转发器共同组成的单频网。
图1为本发明第一实施例的数字卫星广播系统单频网适配方法流程图；图2为本发明第一实施例的数字卫星广播系统单频网适配方法的分数频偏估计流程图；图3为本发明第一实施例的数字卫星广播系统单频网适配方法的整数频偏估计流程图；图4为本发明第二实施例的由两颗卫星组成的数字卫星广播系统单频网适配方法流程图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。
图1为本发明第一实施例的数字卫星广播系统单频网适配方法流程图。实现该方法的数字卫星广播系统包括卫星和地面发射机，地面发射机的载波信号发射频率锁定在基准频率2647.5MHz上，该方法通过下文所述的闭环控制，将卫星下行信号的频率也锁定在2647.5MHz上。
本实施例中采用原子钟作为时钟源，其产生的时钟信号频率为10MHz，该时钟信号经过基准频率生成器264.75倍的倍频后生成频率为2647.5MHz的基准频率信号，本实施例中该信号为正弦波信号
f0(t)=ej2πfSTt---(1)]]>其中fST＝2647.5MHz。
此时，由激励器生成卫星基带信号fS(t)，其中包含相邻的两段完全相同的时域随机序列信号PN(t)，序列时间长度为T。同时，激励器还将该基带信号fS(t)变换为中频信号fIF(t)=fS(t)·ej2π(fI-Δf)t---(2)]]>其中fI是标称值为70MHz的中频，Δf为频率偏差补偿。
随后，由射频上变频器对该中频信号fIF(t)进行上变频，得到中心频率为14000MHz的卫星上行信号fUP(t)=fIF(t)·ej2πfUt---(3)]]>其中fU是标称值为13930MHz的上变频的频率。
然后，卫星对接收到的该卫星上行信号fUP(t)进行变频和放大，得到标称频率为2647.5MHz的卫星下行信号fDN(t)=fUP(t)·ej2πfSATt---(4)]]>其中fSAT是标称值为-11352.5MHz的卫星下变频的频率。
由于系统中各个设备在制造上引起的频率偏差以及在使用过程中由于老化和温漂等原因引起的频率偏差，上述的标称频率fI、fU、fSAT很难具有精确的标称值，导致卫星的下行信号不能精确地保持在2647.5Mhz的标称频率上，因此需要对系统进行调整。
先由混频器对卫星下行信号和基准频率信号进行混频，得到fMIX(t)=fDN(t)·f0*(t)=fDN(t)·e-j2πfSTt---(5)]]>其中f0*(t)是f0(t)的共轭。
由于上述fI、fU、fSAT的不精确，所以fMIX(t)的中心频点不是0，而是Δf，也就是各个设备部分所累积出来的频率偏差。
频偏估计器从混频后的信号中提取连续的两个随机序列PN1和PN2。当系统采样率为fP时，随机序列包含M＝T/fP个采样点。频偏估计过程如下1.分数频偏估计首先计算两个随机序列的相关函数Corr=Σk=0M-1PN2(k)·PN1*(k)---(6)]]>然后通过ΔfFrac＝arctan(imag(Corr)，real(Corr))×fP/(2π×M) (7)估计出分数频偏ΔfFrac。其中imag(Corr)，real(Corr)分别是Corr的实部与虚部，arctan(·)是反正切函数。该分数频偏估计流程如图2所示。
2.整数频偏估计分数频偏估计的范围为|ΔfFrac|≤fS/(2×M)，当载波频偏不在此范围之内时，就需要进行整数频偏估计。
首先根据分数频偏估计的结果ΔfFrac，纠正随机序列信号的分数频偏PN1′(k)=PN1(k)×e-j2πΔfFracfPk,k=0,1,···,M-1---(8)]]>然后对本地PN序列进行频偏调整PNL,n(k)=PNL(k)*e-j2πnfEkfP,k=0,1,···,M-1,n=-max,-max+1,......,max-1,max---(9)]]>其中，PNL(k)为本地长同步序列，fE是整数频偏扫频精度，且fE＝fP/M，max是整数频偏扫频范围。
经分数频偏纠正后的PNI′与整数频偏调整后的本地PN序列进行互相关，并求模平方
|Q(n)|2=|Σk=0M-1|PN1′(k)*PNL,N(k)||2---(10)]]>|Q(n)|2最大时的N即对应了整数频偏ΔfInt＝fE·N (11)该整数频偏估计流程如图3所示。
通过上述过程得到总频偏值Δf＝ΔfFrac+ΔfInt(12)最后将上述估计出的频偏值Δf送入激励器以改变输出的中频频点，从而实现对卫星下行信号频率的闭环控制。
图4为本发明第二实施例的由两颗卫星组成的数字卫星广播系统单频网适配方法流程图。本发明第二实施例的方法是由两颗卫星组成的数字卫星广播系统实现的，该系统中的时钟源是GPS时钟，图中所示的两个闭环控制系统结构完全相同，并共用同一个基准频率。两个环路工作过程与第一实施例的环路相同，但各自独立工作，锁定在基准频率上，因此相互间没有任何干扰。
本发明并不局限于上述特定实施例子，在不背离本发明精神及其实质情况下，熟悉本领域技术人员可根据本发明做出各种相应改变和变形，但这些相应改变和变形都应属于本发明所附权利要求保护范围之内。
权利要求
1.一种数字卫星广播系统的单频网适配方法，包括以下步骤生成高精度的时钟信号；根据所生成的高精度时钟信号，生成基准频率信号；对卫星下行信号和所述基准频率信号进行混频，得到带有频偏的基带信号；根据对所述基带信号的频偏估计，估计出卫星下行信号与所述基准频率信号之间的频率偏差；根据所述的频率偏差，产生合适频率的中频信号；对所述中频信号进行射频上变频，生成卫星上行信号；由卫星对所述卫星上行信号进行变频和放大，生成卫星下行信号；循环进行以上步骤，从而实现对网络频率的同步。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其通过对所述中频信号的调整和改变而补偿各级频率误差。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其在卫星信号中引入已知的随机信号，用于频偏估计。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在频偏估计中用相关的方式实现分数频偏估计。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在频偏估计中用扫频的方式实现整数频偏估计。
全文摘要
本发明提出一种数字卫星广播系统的单频网适配方法，用于将卫星广播系统中各发射机的载波频率调整到相同的频点，使各发射机按照相同的载波频率发送广播信号，从而实现卫星广播系统大范围的无缝覆盖，即单频网覆盖。本发明通过下述步骤实现根据时钟源生成的高精度时钟信号，生成基准频率信号；将卫星下行信号和所述基准频率信号进行混频，得到带有频差的基带信号；由频偏估计器对该基带信号中包含的频差进行频偏估计；根据频偏估计，产生合适频率的中频信号；对该中频信号进行射频上变频，生成卫星上行信号；卫星对所述卫星上行信号进行变频和放大，生成卫星下行信号；通过对以上步骤的循环进行，实现对卫星广播网络频率的同步。
文档编号H04B1/10GK1960204SQ20061008659
公开日2007年5月9日 申请日期2006年6月30日 优先权日2006年6月30日
发明者葛启宏, 陶涛, 刘辉, 杨庆华 申请人:北京泰美世纪科技有限公司