低軌衛星短突發通信時頻同步算法

摘 要：低軌衛星短突發通信具有多普勒頻偏和多普勒變化率較大、突發符號較短和突發信號導頻長度受限等特點，采用傳統的時頻同步算法在低信噪比條件下性能較差。為了提高時間同步和頻偏估計性能，準確完成同步過程，基于時分多址（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ，ＴＤＭＡ） 接入幀結構提出一種新的時頻同步算法。該算法采用二維搜索算法進行整數倍的時延估計和粗頻偏估計；在補償大頻偏和整數倍時延后，估計小數倍時延；采用結合低通濾波的快速傅里葉變換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，ＦＦＴ） 算法進行精頻偏估計。仿真結果表明，每符號能量與噪聲功率譜密度比值（Ｒａｔｉｏ ｏｆ ＳｙｍｂｏｌＥｎｅｒｇｙ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ，Ｅｓ ／ Ｎ０ ） 為４． ５ ｄＢ 時，時延檢測概率準確率達到９９． ９９％ ，整體解調性能相較于Ｍ＆Ｍ等算法有２ ｄＢ 以上的性能提升。

關鍵詞：低軌衛星；短突發通信；時分多址；時頻同步

中圖分類號：ＴＮ９２７． ２ 文獻標志碼：Ａ

文章編號：１００３－３１０６（２０２４）１０－２４８８－０６

０ 引言

相比較于傳統地面通信，衛星通信有著不易受自然環境因素影響、可覆蓋面積大等優點，在空海通信、偏遠地區通信等方面有著諸多優勢。近年來，低軌衛星互聯網發展加速，Ｓｔａｒｌｉｎｋ、ＯｎｅＷｅｂ、ＰｒｏｊｅｃｔＫｕｉｐｅｒ、Ｏ３ｂ 等多個星座計劃掀起了低軌星座發展的高潮，我國也整合了相關資源，推動發展衛星互聯網產業。低軌衛星需要繞地球高速運動，單顆衛星覆蓋范圍有限，其對地面目標的可視時間也是有限的［１］。單顆衛星對某一特定用戶單次最大通信時長取決于其對目標的可視時間，在衛星通信中，常使用突發模式進行信號傳輸。突發信號相對于連續信號有著持續時間無法確定、時間短和隨機性強等特點，擁有較好的隱蔽性和抗干擾性能［２－３］。