一种卫星移动通信系统突发信号频率及初相估计方法与流程

本发明属于通信技术领域，涉及一种突发信号频率及初相估计方法。特别适用于卫星移动通信系统信关站及终端突发信号的解调。

背景技术：

mpsk调制目前已被广泛应用于各种数字通信领域，在卫星移动通信系统的接收信号由于接收机的的本地载波和理想频率存在偏差，加上卫星运动以及接收机运动在接收机端产生的多普勒频移，种种因素都表现为接收的信号存在频率偏差和初始相位偏差，导致接收机无法正常解调出数据。频率估计算法可以分为数据辅助频率估计方法和非数据辅助频率估计方法，数据辅助频率估计方法性能优良，但是需要已知前导训练序列，占用信道传输容量，非数据辅助频率估计方法应用广泛。但是对于短突发信号存在符号长度较短、独特码较短等特点，传统的频率和相位估计方法不适用于卫星移动通信系统。

因此，设计一种可靠性高的相位估计方法，对卫星移动通信系统具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是针对卫星移动通信系统中突发信号符号长度短、独特码少的特点，采用步进扫频运算估计出突发信号的频率，结合独特码对信号的初相进行多次迭代运算，估计出突发的相位。

本发明的目的是这样实现的：

一种卫星移动通信系统突发信号频率及初相估计方法，包括如下步骤：

(1)去调制模块对输入的突发信号进行去调制运算，将去调制后的突发信号输出至频率步进搜索模块；

(2)频率步进搜索模块对去调制后的突发信号进行频率步进搜索运算，估计出突发信号的频率，输出至多帧频率平滑滤波模块；

(3)多帧频率平滑滤波模块对步骤(2)估计出的多帧突发信号的频率进行平滑滤波得到稳定的频率，将稳定的频率分别输出至去频差模块和外部；

(4)去频差模块根据步骤(3)得到的稳定的频率，对输入的当前突发信号进行去频差运算，得到去频差后的突发信号，输出至独特码迭代相位估计模块；

(5)独特码迭代相位估计模块利用当前突发信号中存在的已知独特码对去频差后的突发信号进行初相估计，得到当前突发信号的初相估计值；利用初相估计值消除去频差后的突发信号的初始相位，并统计消除初始相位后的当前突发信号的独特码错误比特数目，根据独特码错误比特数目进行反复迭代操作，得到当前突发信号的初相估计值并输出；

完成卫星移动通信系统突发信号频率及初相估计。

其中，所述步骤(2)中频率步进搜索运算的计算公式为：

其中表示给定频率的相关值，r1(n)为去调制后的突发信号，fk为当前扫频的频率，fk的取值范围是(-fs/4，fs/4)，其中fs为突发信号的速率，ts为突发信号的符号周期，findex{.}函数表示最大值对应的扫频频率fk，fest表示估计出的突发信号的频率。

其中，所述步骤(5)具体包括以下步骤：

(501)计数器清0；

(502)将去频差后的突发信号的独特码与当前突发信号中已知独特码进行相关运算得到当前突发信号的初相估计值；

(503)根据初相估计值消除去频差后的突发信号的初始相位，得到去完初相后的突发信号；

(504)对去完初相后的突发信号进行独特码错误统计，并记录独特码错误比特数，同时计数器加1；

(505)比较计数器是否大于预设的迭代次数，如果大于预设的迭代次数，则转入步骤(506)，否则，转入步骤(507)；

(506)把预设的迭代次数中独特码错误比特数最少时对应的当前突发信号的初相估计值输出；

(507)判断独特码错误比特数是否小于门限值，如果是，则输出当前突发信号的初相估计值，转入步骤(509)；否则，转入步骤(508)；

(508)将去完初相后的突发信号作为去频差后的突发信号，转到步骤(502)；

(509)计算结束，完成初相估计。

其中，步骤(502)的计算公式为：

其中，φest为当前突发信号的初相估计值，r2(n)为去频差后的突发信号，k1是当前突发信号独特码开始位置，k2是当前突发信号独特码结束位置，uw为突发信号中已知独特码，argtan(.)为求相位运算。

其中，步骤(503)的计算公式为：

r3(n)＝r2(n)*exp(-j*φest)

其中，r3(n)为去完初相后的突发信号。

本发明与背景技术相比，具有以下优点：

实现简单，各个模块算法成熟，可靠性高，模块计算量小，适合dsp等硬件实现。

附图说明

图1为本发明的模块框图；

图2为本发明的流程图；

图3为本发明突发信号的结构示意图；

图4为本发明独特码迭代去初相的流程示意图。

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。

参照图1模块框图，本发明包括以下模块：去调制模块、频率步进搜索模块、多帧频率平滑滤波模块、去频差模块、独特码迭代相位估计模块。

本发明方法简单快速，计算量小，可靠性高，利于硬件实现。

可参考图2，本发明所述方法包括以下步骤：

s101:去调制模块是突发信号频率及初相估计输入的开始，输入的信号为定时完成的突发信号，该模块的功能是去掉突发信号的调制信息。

r(n)是输入的接收符号序列，αn是发送调制符号序列，f0表示信道存在的频率，表示突发信号的初相，其中n表示突发信号的第n个符号，n∈(0,n-1)，突发信号的符号长度为n。

假设突发信号调制方式是qpsk，那么对输入的接收符号序列进行4次方，接收序列变成：

经过4次方后，(αn)⁴恒等于1，那么接收序列就去掉了调制信号。

s102:频率步进搜索模块的输入是去完调制后的突发信号，通过对去完调制后的突发信号在一定频率范围内，以一定步进频率步进搜索运算，对各个频率的结果进行求取最大值运算，最大值对应的频率即为估计出的突发信号频率。如下式

其中表示给定频率的相关值，r1(n)为去调制后的突发信号数据，fk为当前扫频的频率，它的取值范围是(-fs/4，fs/4)(其中fs为符号速率)，ts为突发信号的符号周期，findex{.}函数表示最大值对应的扫频频率fk，fest表示估计出的频率。

s103:多帧平滑滤波模块输入的是多个突发信号估计的频差数据，模块的功能是对多帧突发信号的频率进行平滑滤波得到稳定的频率。

m表示平滑滤波的总帧数。

s104:去频差模块的输入为接收的突发信号和经过多帧平滑滤波的稳定的频率值，根据稳定的频率值产生本地载波，然后对接收的突发信号使用本地载波进行相乘运算，去掉突发信号中存在的频差。

r2(n)＝r1(n)*exp(-j*2π*ffilter*n*ts)(6)

r2(n)为去频差后的突发信号。

s105:独特码迭代初相估计模块的输入为去完频差的突发信号，模块的功能为利用当前突发信号中存在的已知独特码对去频差后的突发信号进行初相估计，得到当前突发信号的初相估计值；利用初相估计值消除去频差后的突发信号的初始相位，并统计消除初始相位后的当前突发信号的独特码错误比特数目，根据独特码错误比特数目进行反复迭代操作，得到当前突发信号的初相估计值并输出；

分为以下步骤：如图4所示；

(501)计数器number清0；

(502)对将去频差后的突发信号的独特码与当前突发信号中已知独特码进行相关运算得到当前突发信号的初相估计值φest，图3是突发信号的示意图，该序列包括有1段独特码uw1，独特码开始的位置是k1，结束的位置是k2；

其中r2(n)为去完频率的突发信号，k1是突发信号独特码开始位置，k2是突发信号独特码结束位置，uw为突发信号中已知独特码，argtan(.)是求相位运算；

(503)根据初相估计值消除去频差后的突发信号的初始相位，得到去完初相后的突发信号r3(n)，如下公式：

r3(n)＝r2(n)*exp(-j*φest)(8)

(504)对去完初相后突发信号进行独特码错误统计，并记录当前独特码错误数目，同时计数器number加1；

(505)比较计数器number是否大于预设的迭代次数p，如果大于p，则转入步骤(506)，否则，转入步骤(507)；

(506)把p次计算中独特码错误比特最少数目时对应的相当前突发信号的初相估计值输出；

(507)判断独特码错误比特数目是否小于门限值t，如果是，则输出当前突发信号的初相估计值，转入步骤(509)；否则，转入步骤(508)；

(508))将去完初相后的突发信号作为去频差后的突发信号，转到步骤(502)；

(509)计算结束，完成初相估计。

通过以上步骤，完成了本发明所述突发信号频率及初相估计方法。