【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信领域，尤其涉及一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿方法。
技术介绍
1、非地面卫星通信具有覆盖范围广、传输距离远、带宽高和通信质量稳定等优势，可以作为地面蜂窝网络的有效补充。随着非地面卫星通信系统的不断演进，人们对其传输效率和可靠性的要求也日益提高。然而，基于ofdm的无线通信系统对载波频偏非常敏感，可能导致频率同步误差。对于nr及ntn技术，频率同步是终端设备接入网络的基本步骤之一，也是基本前提。因此，对于卫星通信系统的初始接入而言，频率同步是至关重要的。在ofdm系统中，cfo主要由发射机和接收机两端的相对运动或两端的晶振误差引起。过去二十年里，业界和学术界对ofdm系统的频率同步问题进行了大量研究，然而这些方法主要针对地面蜂窝网络，在卫星等非地面网络场景中由于受限于高频偏和低信噪比等问题，这些同步方法的性能会受到不可避免的限制。
2、同步方法可以根据是否需要额外数据参与进行分类，包括基于数据辅助的同步方法和非数据辅助的同步方法。现有的大部分非数据辅助方法要求发射信号具有某些特定特征，即需要修改发射信号的结构，并且其中一些方法存在较高的延迟。基于数据辅助的同步方法具有同步精度高、计算复杂度低和数据传输效率较低等特点。尽管通过不断改进，这类方法能够更好的应对频偏和多径等影响因素，但是此类方法将频率偏移的估计范围限制在了子载波间隔的1/2内，不适用于频偏远大于一个子载波间隔的卫星通信场景下。在非地面卫星通信系统中，假设使用低轨卫星，载波频偏即明显高于地面蜂窝网络。在700km圆形轨道上的低轨道
3、针对大频偏场景中传统频偏补偿算法存在的问题，本专利技术提出了一种多级频偏同步方法，将频偏估计分为星历频偏预补偿、残余频偏粗估计和残余频偏精估三部分分别完成。对于超过一个子载波间隔的多普勒频偏利用星历数据和终端地理位置进行预补偿；对于小于一个子载波间隔的残余频偏，通过将频偏估计问题转化为迭代离散傅里叶变换系数插值等效频率估计问题进行频偏补偿。首先，该方法易于实现lte/nr与卫星通信系统的集成。其次，该方法充分利用了同步序列的特征以及卫星系统信道的特点。相较于传统同步算法能够有效提高频偏补偿精度和下行初始接入成功率。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿方法，旨在提升非地面卫星通信系统中大幅度多普勒频偏补偿的精确度，提高信息传递的准确率。
2、第一方面，提供一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿方法，所述方法包括：展开基于星历频偏预补偿、残余频偏粗估计和残余频偏精估计三部分组成的频偏估计方案；利用星历数据和终端设备的地理位置进行频偏预补偿；将残余频偏估计等效的转化为离散傅里叶变换插值频率估计问题，获取残余频偏粗估计；利用两次迭代离散傅里叶变换的移位插值等效频率估计获取残余频偏精估计。
3、进一步的，所述在将多普勒频偏估计模型展开为基于星历频偏预估计和残余频偏粗估计和残余频偏精估计的三部分，包括：针对超过一个子载波间隔的归一化多普勒频偏，利用星历数据和终端设备的地理位置进行所述频偏预补偿；针对小于一个子载波间隔的所述残余多普勒频偏，将所述频偏估计问题转化为迭代离散傅里叶变换系数插值等效频率粗估计和精估计问题。
4、进一步的，利用星历数据和终端设备的地理位置进行频偏预补偿，包括：所述频偏预补偿通过采用计算低轨卫星与终端的相对速度所得。
5、进一步的，将所述残余频偏估计等效转化为离散傅里叶变换系数的插值等效频率估计问题，获取残余频偏粗估计，包括：通过定义信道响应
6、并化简接收同步信号和本地参考同步信号的互相关函数将载波频偏的估计问题转化为等效频率估计问题。将所述等效频率估计通过对其离散傅里叶变换寻找变换系数的频谱峰值索引获取所述残余频偏粗估计。
7、进一步的，所述方法还包括：在利用所述非线性估计器来估计残余频偏，选择离散傅里叶变换系数幅值样本的一半样本索引值用于进行插值操作即进行两次插值获取第一次残余频偏精估计迭代值。包括：利用获取的第一次残余频偏精估计迭代值迭代第二次获取更精细的残余频偏精估计值。
8、第二方面，提供一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿装置，包括：
9、获得单元：根据系统模型，获得系统接收信号、信道响应和本地参考信号；
10、处理单元，用于展开频偏估计方案，获取频偏分为星历预补偿、残余频偏粗估计和残余频偏精估计三部分；
11、处理单元：用于利用星历信息和终端设备的地理位置进行计算，获取频偏的粗略估计值；
12、处理单元：用于将残余频偏估计等效转化为离散傅里叶变换插值等效频率估计问题，获取残余频偏粗估计值；
13、处理单元：用于利用迭代离散傅里叶变换插值等效频率估计获取残余频偏精估计值。
14、第三方面，本申请提供一种电子设备，该电子设备包括：处理器和存储器，所述存储器与所述处理器耦合，所述存储器用于存储计算机程序代码，所述计算机程序代码包括计算机指令，当所述处理器从所述存储器中读取所述计算机指令，以使得所述电子设备执行如第一方面所述的高精度多普勒频偏补偿方法。
15、第四方面，本申请提供一种计算机存储介质，包括计算机指令，当所述计算机指令在终端上运行时，使得所述终端执行如第一方面所述的高精度多普勒频偏补偿方法。
16、第五方面，本申请提供一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算上运行时，使得所述计算机执行如第一方面所述的高精度多普勒频偏补偿方法。
17、通过上述技术方案，将传统的蜂窝网络下的多普勒频偏补偿算法进行改进，并设置为非地面卫星通信系统，在所述包括星历频偏预补偿、残余频偏粗估计和残余频偏精估计的估计方法中，可迭代提升频偏估计值的精度，得到频偏补偿最优值。这样可以避免传统算法主要针对地面蜂窝网络，且在非地面网络通信中传统方法受限于高频偏及低信噪比时频偏补偿精度较低的问题。
18、本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
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1.一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的是一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿方法，其特征在于，所述将多普勒频偏估计模型展开为基于星历频偏预估计和残余频偏粗估计和残余频偏精估计的三部分，包括：
3.根据权利要求1所述的是一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿方法，其特征在于，所述利用星历数据和终端设备的地理位置进行频偏预估计，所述方法还包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿方法，其特征在于，所述将残余频偏估计等效转化为离散傅里叶变换系数的插值等效频率估计问题，获取残余频偏粗估计，包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿方法，其特征在于，所述迭代离散傅里叶变换插值等效频率估计获取残余频偏精估计。所述方法还包括：
6.一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿装置，其特征在于，包括：
7.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述存储器与所述处理器耦合，所述存储器用于存储计算机程序代码
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括计算机指令，当所述计算机指令在终端上运行时，使得所述终端执行如权利要求1～5中任一项所述的高精度多普勒频偏补偿方法。
9.一种计算机程序产品，其特征在于，当所述计算机程序产品在计算上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1～5中任一项所述的高精度多普勒频偏补偿方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的是一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿方法，其特征在于，所述将多普勒频偏估计模型展开为基于星历频偏预估计和残余频偏粗估计和残余频偏精估计的三部分，包括：
3.根据权利要求1所述的是一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿方法，其特征在于，所述利用星历数据和终端设备的地理位置进行频偏预估计，所述方法还包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿方法，其特征在于，所述将残余频偏估计等效转化为离散傅里叶变换系数的插值等效频率估计问题，获取残余频偏粗估计，包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于多级估计的高精度多普勒频偏补偿方法，其特征在于，所述迭代离散傅里叶变换插值等效...
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