一种基于迟滞回差处理的时偏估计方法与流程

本发明属于卫星通信，尤其涉及一种基于迟滞回差处理的时偏估计方法。

背景技术：

1、该任务来源于“星网”低轨移动通信卫星星座系统项目，该项目的l频段用户链路处理器中，采用fdma/tdma的突发通信体制来完成用户的语音、数据等通信。由于在低轨链路中，随着卫星的移动，星地之间的通信信号具有一个变化的时延，因此主要采用地面跟踪补偿星地时延的方式，来完成动态变化时延的补偿。一般的，地面终端会采用星历信息，根据轨道参数计算出相对时延，然后进行补偿。但是，受限于地面终端的补偿精度和星历信息的准确程度，终端进行时延补偿后，卫星上接收到的信号仍然会有一个时偏，此时偏的特点是单调变化且变化缓慢，但受到噪声的影响后，星上估计的时偏的误差特别是在0值附近的极性抖动，会使终端在后续的补偿中引发错误，从而导致星上后续的信号解调失败。

2、文献一：h.yizhou,et al,timing advanced estimation algorithm of lowcomplexity based on dft spectrum analysis for satellite system.chinacommunications,vol.12,2015。该文献使用dft频谱分析的方法，提升了受到多普勒频移影响的定时提前估计值的精度。

3、文献二：wenjin wang,et al,location-based timing advance estimation for5g integrated leo satellite communication.ieee transactions on vehiculartechnology,2021。该文献利用星历信息和ue地理位置信息的ta估计，将估计公式转化为二次优化问题，提升了ta估计的结果，保证了不同用户的上行帧对齐。

4、文献三：甄立，低轨lte卫星移动通信系统上行同步关键技术研究，西安电子科技大学博士学位论文，2018。该文献利用两个相邻srs接收信号之间的所有自相关积，提出一种基于高阶统计量的ta更新算法。通过定时度量函数中自相关函数和差分归一化函数的设计，有效提升相关长度的可扩展范围与定时峰值的尖锐度。以类可分性、对多径效应和cfo的鲁棒性及计算复杂度为准则，理论评估了所提算法的优越性。仿真结果与理论分析一致，并表明了所提方法在卫星多径信道模型下能够取得更低的虚警概率、漏检概率和定时估计误差，同时其检测门限具有更大的动态范围。

5、文献四：徐晓顺等，一种基于lte系统的上行同步控制算法，信息技术，2019。该文献提出了一种基于lte系统mac层的上行同步控制算法,为ue提供合理的定时提前指令参数，并且强制让终端每6轮ta才进行一次调整，来避免调整出错。

6、文献五：谌丽，一种获取、返回上行定时提前量的方法及装置、系统，2017。该专利首先确定终端需要传输数据的目标传输点；向网络侧发起获取上行定时提前量的请求，所述上行定时提前量是该终端向该目标传输点传输数据所需的上行定时提前量；根据网络侧返回的携带有上行定时提前量的消息确定该终端向该目标传输点传输数据所需的上行定时提前量。

7、文献六：王闻今等，一种低轨卫星移动通信系统下行时频同步方法，2018。该专利可以解决ofdm技术应用到低轨卫星移动通信场景中由于大频偏、低信噪比等因素带来的时频不同步问题，使用lte协议规定的主同步序列实现低轨卫星移动通信系统的下行时频同步，先根据时偏估计公式进行大范围时偏搜索，然后在某几个时偏峰值附近进行小范围时频二维搜索，比之直接对似然函数进行时频二维搜索降低了复杂度，使用乘以权值系数后的本地同步序列与接收序列进行相关运算来实现时偏搜索。

8、目前涉及定时提前与时偏估计的文献中可以看出，时偏估计中主要采用其他方式进行时偏处理，没有采用基于迟滞回差处理的方法。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于迟滞回差处理的时偏估计方法，利用终端时延补偿值的单调和缓慢变化特性，为了防止噪声导致星上时偏的估计结果极性异常抖动进而导致终端错误补偿。

2、本发明进一步提供一种可适应低轨星地系统中的时偏补偿系统。

3、本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种基于迟滞回差处理的时偏估计方法，包括：

4、根据通信信号的符号速率，设定迟滞回差的处理阈值tth；

5、卫星根据接收的上行接入信号，完成首次时偏估计；之后根据上一次估计的时偏的极性，按照迟滞的方式处理当前估计的时偏的极性。

6、优选的，设定迟滞回差的处理阈值tth为符号速率rs的倒数。

7、优选的，若上一次估计的时偏为正，仅当当前估计的时偏不大于-tth时，才认为时偏真正达到负值，并反馈负时偏；若上一次估计的时偏为负，仅当当前估计的时偏不小于tth时，才认为时偏真正达到正值，并反馈正时偏。

8、优选的，当前估计的时偏表达为：

9、式中，t'a(i)为当前卫星估计的时偏，t'a(i-1)为上一次卫星估计的时偏。

10、一种低轨卫星的星地时偏补偿系统，包括地面终端、低轨卫星；所述地面终端和低轨卫星之间采用fdma/tdma的通信体制；

11、初始接入时，地面终端根据星历信息计算星地时延，根据星地时延向低轨卫星发送上行接入数据；低轨卫星接收地面终端发送的上行接入数据，估计此时的时偏，并将时偏估计值附在下一次的卫星下行信号中，发送给地面终端；

12、地面终端从卫星下行信号中获取时偏估计值后，对时延进行修正，根据修正的时延向低轨卫星再次发送上行接入数据；低轨卫星接收地面终端发送的上行接入数据，估计此时的时偏，按照所述方法进行处理得到新的时偏估计值；并将新的时偏估计值附在卫星下行信号中，发送给地面终端；如此在整个通信过程中反复处理，进而保证星地通信链路的正常。

13、优选的，低轨卫星的物理层接收地面终端发送的上行接入数据，估计此时的时偏，进行处理得到新的时偏；将新的时偏发送至mac层，由mac层根据要转发的用户编号，将新的时偏估计值附在该用户编号的卫星下行数据中，发至所述物理层，并由物理层发送给地面终端。

14、优选的，处理得到新的时偏包括：

15、若上一次得到的时偏为正，仅当当前估计的时偏不大于-tth时，才认为时偏真正达到负值，并反馈负时偏；

16、若上一次得到的时偏为负，仅当当前估计的时偏不小于tth时，才认为时偏真正达到正值，并反馈正时偏。

17、优选的，处理得到的当前估计的时偏表达为：

18、

19、式中，t'a(i)为当前卫星估计的时偏，t'a(i-1)为上一次卫星估计的时偏。

20、优选的，所述上行接入数据需要填充一定符号数量的固定图样、固定位置的独特码，独特码的分布是离散的或者连续的，用于时偏估计。

21、本发明低轨卫星和地面终端无需提前完成星地时间同步。

22、本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

23、本发明采用迟滞回差的方式，首先设定时偏估计极性阈值，然后综合考虑上一次得到的时偏、本次得到的时偏以及时偏估计极性阈值之间的关系，得出本次地面终端需要确实处理的时延补偿值并发送给相应的地面终端。本发明主要利用终端时延补偿值的单调和缓慢变化特性，改正了噪声导致星上时偏的估计结果极性异常抖动，及其导致的终端错误补偿，提升了星地闭环时偏调整的正确性。

24、低轨卫星和地面终端无需提前完成星地时间同步，该系统和方法可以自动完成星地时间同步的收敛。