【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信信号处理，特别是一种高动态卫星自适应传输系统载波同步器及同步方法。
技术介绍
1、自适应传输技术已广泛应用于高机动卫星移动通信系统中，通过采用自适应编码调制技术来降低雨衰等信道衰落对卫星链路的影响，提高卫星通信链路频带利用率及传输可靠性。在高机动卫星移动通信系统中，卫星或通信平台的高速运动会产生剧烈的多普勒效应，使接收信号具有较大的频偏及频偏变化率；同时，卫星自适应传输系统会根据信道衰落环境的变化动态调整发射信号的功率、调制方式和编码方式等参数，以确保信息的可靠传输。以上特点给卫星自适应传输通信系统在高动态信道条件下的载波同步带来了较高的技术难度。
2、现有技术中，基于反馈结构的锁相环同步方法得到广泛应用，其优点是实现结构简单，但是在高动态信道条件下，通常需要采用三阶甚至更高阶环路结构来降低高动态载波相位跟踪误差，环路参数难于设计且载波动态适应能力较差。基于前向结构的载波同步方法是另一类重要的高动态载波同步方法，其特点是通过对接收信号进行非线性运算，直接估计多普勒频偏、多普勒变化率、相位等载波参数，利用前向结构校正载波误差实现载波同步。在自适应传输系统，当信号编码调制方式发生变化时一般需要载波参数估计方法随之相应改变，其工程实现复杂度随着系统编码调制方式种类的增加而大幅提高。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术提供一种高动态卫星自适应传输系统载波同步器及同步方法，适用于高动态卫星自适应传输系统应用的低复杂度、通用化的载波同步方法。
2、本
3、大频偏捕获单元，用于利用信号传输帧中周期插入的导频符号，构造多普勒频偏检测特征量，获得频偏估计值后，完成接收信号的大频偏捕获及频率初始同步；
4、多普勒频率跟踪单元，用于利用导频符号实时检测多普勒频率误差，并采用反馈环路结构实现对多普勒频率变化的动态连续跟踪；
5、载波相位同步单元，用于以数据分段处理的方式对多普勒频率跟踪同步后的信号进行载波相位估计及校正，最终输出载波同步信号。
6、进一步地，所述大频偏捕获单元包括导频去调单元、第一导频提取单元、大频偏估计器和第一矢量变频器；由导频去调单元、第一导频提取单元、大频偏估计器和第一矢量变频器共同构建前馈频偏校正结构，以完成接收信号的大频偏捕获及频率初始同步；
7、导频去调单元的一个输出端连接第一矢量变频器的输入端，另一个输出端连接第一导频提取单元的输入端；第一导频提取单元的输出端连接大频偏估计器的输入端；大频偏估计器的输出端连接第一矢量变频器的输入端；第一矢量变频器的输出端作为大频偏捕获单元的输出端；
8、导频去调处理单元，用于将接收信号中导频符号与本地导频序列共轭相乘，实现接收信号中导频符号的去调制化；
9、第一导频提取单元，用于根据导频符号在传输帧中的位置，提取去调制后的导频符号，获得去调制后导频符号；
10、大频偏估计器，用于通过对去调制处理后的相邻导频符号共轭差分及相干累加处理后，获得高信噪比增益的频偏参数统计量并计算得到初始频偏估计值；
11、第一矢量变频器，用于根据得到的初始频偏估计值，对导频去调处理单元输出的信号进行频偏校正，得到大频偏捕获同步后的输出信号。
12、进一步地，所述多普勒频率跟踪单元包括第二矢量变频器、第二导频提取单元、多普勒频率检测器和环路积分器；第二矢量变频器、第二导频提取单元、多普勒频率检测器和环路积分器共同构成反馈环路结构，以实现对多普勒频率变化的误差检测、跟踪估计及校正处理；
13、第二矢量变频器的输入端与大频偏捕获单元中的第一矢量变频器的输出端连接；第二矢量变频器的输出端与第二导频提取单元的输入端连接；第二导频提取单元的输出端与多普勒频率检测器的输入端连接；多普勒频率检测器的输出端与环路积分器的输入端连接；环路积分器的输出端与第二矢量变频器的输入端连接；
14、第二矢量变频器，用于根据环路积分器实时输出的多普勒频率估计值，对其接收到的信号进行多普勒频率跟踪校正，得到输出信号；
15、第二导频提取单元，用于从第二矢量变频器的输出信号中提取并输出导频符号；
16、多普勒频率检测器，用于利用输入的导频符号，对多普勒频率误差进行连续跟踪计算，输出误差值；
17、环路积分器，用于对输入的误差值按增益参数值放大后进行累加求和，输出多普勒频率估计值。
18、进一步地，所述多普勒频率检测器包括两个支路、加法器和零值插值器；每个支路包括串联连接的数字延迟器和乘法器；两个支路中的数字延迟器分别输入导频符号的同相分量信号和正交分量信号；所述多普勒频率检测器利用输入的导频符号，采用由数字延迟器、乘法器、加法器及零值插值器构建的检测处理结构，以实现输入信号的多普勒频率误差检测与估计。
19、进一步地，所述环路积分器由固定增益放大器、数字延迟器及加法器构成，用于对多普勒频率误差的放大积分处理后，将其转换成实时的多普勒频率估计值；其中，固定增益放大器的输入端用于接收多普勒频率检测器输出的误差值，固定增益放大器和延时器的输出端均连接加法器的输入端；加法器的一个输出端连接数字延迟器的输入端；加法器的另一个输出端连接第二矢量变频器的输入端。
20、进一步地，所述载波相位同步单元包括延迟器、第三导频提取单元、相位分段估计器及相位校正器；由延迟器、第三导频提取单元、相位分段估计器及相位校正器构成前馈载波相位同步处理结构，以实现输入信号的载波相位同步；
21、延迟器和第三导频提取单元的输入端均用于接收多普勒频率跟踪单元的输出信号；延迟器的输出端与相位校正器的输入端连接；第三导频提取单元的输出端与相位分段估计器的输入端连接；相位分段估计器的输出端与相位校正器的输入端连接；相位校正器的输出端作为载波相位同步单元的输出端。
22、本专利技术还公开了一种高动态卫星自适应传输系统载波同步方法，其包括：
23、步骤1：大频偏捕获单元利用信号传输帧中周期插入的导频符号，构造多普勒频偏检测特征量，获得频偏估计值后，完成接收信号的大频偏捕获及频率初始同步；
24、步骤2：多普勒频率跟踪单元利用导频符号实时检测多普勒频率误差，并采用反馈环路结构实现对多普勒频率变化的动态连续跟踪；
25、步骤3：载波相位同步单元以数据分段处理的方式对多普勒频率跟踪同步后的信号进行载波相位估计及校正，最终输出载波同步信号。
26、进一步地，所述步骤1包括：
27、在传输帧业务数据中周期设置一段导频符号，导频去调单元根据导频符号已知先验信息将输入矢量信号中导频符号与本地导频序列共轭相乘，实现对接收信号导频符号的去调制处理；
28、第一导频提取单元根据导频符号在传输帧中的位置，获得去调制后导频符号；
【技术保护点】
1.一种高动态卫星自适应传输系统载波同步器，其特征在于，由依次级联的大频偏捕获单元、多普勒频率跟踪单元和载波相位同步单元构成；
2.根据权利要求1所述的高动态卫星自适应传输系统载波同步器，其特征在于，所述大频偏捕获单元包括导频去调单元、第一导频提取单元、大频偏估计器和第一矢量变频器；由导频去调单元、第一导频提取单元、大频偏估计器和第一矢量变频器共同构建前馈频偏校正结构，以完成接收信号的大频偏捕获及频率初始同步；
3.根据权利要求1所述的高动态卫星自适应传输系统载波同步器，其特征在于，所述多普勒频率跟踪单元包括第二矢量变频器、第二导频提取单元、多普勒频率检测器和环路积分器；第二矢量变频器、第二导频提取单元、多普勒频率检测器和环路积分器共同构成反馈环路结构，以实现对多普勒频率变化的误差检测、跟踪估计及校正处理；
4.根据权利要求3所述的高动态卫星自适应传输系统载波同步器，其特征在于，所述多普勒频率检测器包括两个支路、加法器和零值插值器；每个支路包括串联连接的数字延迟器和乘法器；两个支路中的数字延迟器分别输入导频符号的同相分量信号和正交分量信号；所述
5.根据权利要求3所述的高动态卫星自适应传输系统载波同步器，其特征在于，所述环路积分器由固定增益放大器、数字延迟器及加法器构成，用于对多普勒频率误差的放大积分处理后，将其转换成实时的多普勒频率估计值；其中，固定增益放大器的输入端用于接收多普勒频率检测器输出的误差值，固定增益放大器和延迟器的输出端均连接加法器的输入端；加法器的一个输出端连接数字延迟器的输入端；加法器的另一个输出端连接第二矢量变频器的输入端。
6.根据权利要求1所述的高动态卫星自适应传输系统载波同步器，其特征在于，所述载波相位同步单元包括延迟器、第三导频提取单元、相位分段估计器及相位校正器；由延迟器、第三导频提取单元、相位分段估计器及相位校正器构成前馈载波相位同步处理结构，以实现输入信号的载波相位同步；
7.一种高动态卫星自适应传输系统载波同步方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的高动态卫星自适应传输系统载波同步方法，其特征在于，所述步骤1包括：
9.根据权利要求7所述的高动态卫星自适应传输系统载波同步方法，其特征在于，所述步骤2包括：
10.根据权利要求7所述的高动态卫星自适应传输系统载波同步方法，其特征在于，所述步骤3包括：
...【技术特征摘要】
1.一种高动态卫星自适应传输系统载波同步器，其特征在于，由依次级联的大频偏捕获单元、多普勒频率跟踪单元和载波相位同步单元构成；
2.根据权利要求1所述的高动态卫星自适应传输系统载波同步器，其特征在于，所述大频偏捕获单元包括导频去调单元、第一导频提取单元、大频偏估计器和第一矢量变频器；由导频去调单元、第一导频提取单元、大频偏估计器和第一矢量变频器共同构建前馈频偏校正结构，以完成接收信号的大频偏捕获及频率初始同步；
3.根据权利要求1所述的高动态卫星自适应传输系统载波同步器，其特征在于，所述多普勒频率跟踪单元包括第二矢量变频器、第二导频提取单元、多普勒频率检测器和环路积分器；第二矢量变频器、第二导频提取单元、多普勒频率检测器和环路积分器共同构成反馈环路结构，以实现对多普勒频率变化的误差检测、跟踪估计及校正处理；
4.根据权利要求3所述的高动态卫星自适应传输系统载波同步器，其特征在于，所述多普勒频率检测器包括两个支路、加法器和零值插值器；每个支路包括串联连接的数字延迟器和乘法器；两个支路中的数字延迟器分别输入导频符号的同相分量信号和正交分量信号；所述多普勒频率检测器利用输入的导频符号，采用由数字延迟器、乘法器、加法器及零值插值器构建的检测处理结构，以实现输入信号的多普...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：
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