專利名稱：數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的單頻網(wǎng)適配方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸技術，尤其涉及在數(shù)字衛(wèi)星廣播單頻網(wǎng)中將各發(fā)射機的載波頻率調整到相同頻點的方法。
背景技術：
數(shù)字廣播具有覆蓋面廣、信號容量大等特點，其最大的特點是具有廣播性，一點對多點、一點對面，并且廣播信息的成本與用戶數(shù)量的多少無關。因此，數(shù)字廣播作為信息通信業(yè)的一個重要組成部分，在國家信息基礎設施建設、實現(xiàn)普遍服務和國家信息安全戰(zhàn)略中具有重要地位。
對于數(shù)字廣播系統(tǒng)來說，由于具有強大的抗干擾能力和數(shù)字處理能力，所以單頻網(wǎng)是非常有利的擴大覆蓋的方式。單頻網(wǎng)是目前衛(wèi)星數(shù)字廣播系統(tǒng)擴大覆蓋范圍的三種主要途徑之一，即在一定的地理區(qū)域內，用若干部發(fā)射機同時按照相同的載波頻率發(fā)射同樣的廣播信號，以便在該區(qū)域實現(xiàn)可靠的無縫覆蓋。單頻網(wǎng)允許覆蓋區(qū)的重疊，大大改善了多頻網(wǎng)覆蓋邊緣的峭壁效應，有利于提高覆蓋質量并擴大覆蓋范圍。
單頻網(wǎng)應用中最重要的技術，就是要求各個發(fā)射機所廣播的信號在頻率和時間上都保持同步。頻率同步即要求每個單頻網(wǎng)發(fā)射機的工作頻率都相同。對于多載波調制而言，還要求每個子載波的頻率相同。雖然頻率同步可以通過與同一個參考頻率(一般使用來自GPS衛(wèi)星的10MHz參考頻率)鎖相同步來實現(xiàn)。但是由于各發(fā)射機的自由振蕩頻率很難達到完全相同，所以需要設計一種方法，用以將各發(fā)射機的載波頻率調整到相同的頻點。
發(fā)明內容
為解決已有技術提出的技術問題，本發(fā)明的目的在于提出一種數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的單頻網(wǎng)適配方法，用于將各發(fā)射機的載波頻率調整到相同的頻點，該方法包括以下步驟生成高精度的時鐘信號；根據(jù)所生成的高精度時鐘信號，生成基準頻率；對衛(wèi)星下行信號和所述基準頻率進行混頻，得到帶有頻偏的基帶信號；根據(jù)對所述基帶信號的頻偏估計，估計出衛(wèi)星下行信號與所述基準頻率之間的頻率偏差；根據(jù)所述頻率偏差產(chǎn)生合適頻率的中頻信號；對中頻信號進行射頻上變頻，生成衛(wèi)星上行信號；由衛(wèi)星對所述衛(wèi)星上行信號進行變頻和放大，生成衛(wèi)星下行信號；循環(huán)進行以上步驟，從而實現(xiàn)對網(wǎng)絡頻率的同步。
本發(fā)明提出的數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的單頻網(wǎng)適配方法，通過改變所述激勵器的輸出頻率而補償各級頻率誤差，并在衛(wèi)星信號中引入已知的隨機信號，用于頻偏估計。在頻偏估計中，頻偏估計器使用相關的方式實現(xiàn)分數(shù)頻偏估計、使用掃頻的方式實現(xiàn)整數(shù)頻偏估計。
本發(fā)明的上述方法，通過閉環(huán)方式控制衛(wèi)星下行信號頻率，所以具有較高的頻率同步精度；同時，各發(fā)射機的頻率均鎖定到基準頻率上，通過保證基準頻率的精度可保證全網(wǎng)的頻率精度。
用于實現(xiàn)本方法的系統(tǒng)可以靈活配置，可控制單個或者多個衛(wèi)星，且衛(wèi)星間相互獨立，無任何干擾，可以靈活應用于僅由衛(wèi)星組成的單頻網(wǎng)和由衛(wèi)星與地面轉發(fā)器共同組成的單頻網(wǎng)。
圖1為本發(fā)明第一實施例的數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)單頻網(wǎng)適配方法流程圖；圖2為本發(fā)明第一實施例的數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)單頻網(wǎng)適配方法的分數(shù)頻偏估計流程圖；圖3為本發(fā)明第一實施例的數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)單頻網(wǎng)適配方法的整數(shù)頻偏估計流程圖；圖4為本發(fā)明第二實施例的由兩顆衛(wèi)星組成的數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)單頻網(wǎng)適配方法流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。
圖1為本發(fā)明第一實施例的數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)單頻網(wǎng)適配方法流程圖。實現(xiàn)該方法的數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)包括衛(wèi)星和地面發(fā)射機，地面發(fā)射機的載波信號發(fā)射頻率鎖定在基準頻率2647.5MHz上，該方法通過下文所述的閉環(huán)控制，將衛(wèi)星下行信號的頻率也鎖定在2647.5MHz上。
本實施例中采用原子鐘作為時鐘源，其產(chǎn)生的時鐘信號頻率為10MHz，該時鐘信號經(jīng)過基準頻率生成器264.75倍的倍頻后生成頻率為2647.5MHz的基準頻率信號，本實施例中該信號為正弦波信號
f0(t)=ej2πfSTt---(1)]]>其中fST＝2647.5MHz。
此時，由激勵器生成衛(wèi)星基帶信號fS(t)，其中包含相鄰的兩段完全相同的時域隨機序列信號PN(t)，序列時間長度為T。同時，激勵器還將該基帶信號fS(t)變換為中頻信號fIF(t)=fS(t)·ej2π(fI-Δf)t---(2)]]>其中fI是標稱值為70MHz的中頻，Δf為頻率偏差補償。
隨后，由射頻上變頻器對該中頻信號fIF(t)進行上變頻，得到中心頻率為14000MHz的衛(wèi)星上行信號fUP(t)=fIF(t)·ej2πfUt---(3)]]>其中fU是標稱值為13930MHz的上變頻的頻率。
然后，衛(wèi)星對接收到的該衛(wèi)星上行信號fUP(t)進行變頻和放大，得到標稱頻率為2647.5MHz的衛(wèi)星下行信號fDN(t)=fUP(t)·ej2πfSATt---(4)]]>其中fSAT是標稱值為-11352.5MHz的衛(wèi)星下變頻的頻率。
由于系統(tǒng)中各個設備在制造上引起的頻率偏差以及在使用過程中由于老化和溫漂等原因引起的頻率偏差，上述的標稱頻率fI、fU、fSAT很難具有精確的標稱值，導致衛(wèi)星的下行信號不能精確地保持在2647.5Mhz的標稱頻率上，因此需要對系統(tǒng)進行調整。
先由混頻器對衛(wèi)星下行信號和基準頻率信號進行混頻，得到fMIX(t)=fDN(t)·f0*(t)=fDN(t)·e-j2πfSTt---(5)]]>其中f0*(t)是f0(t)的共軛。
由于上述fI、fU、fSAT的不精確，所以fMIX(t)的中心頻點不是0，而是Δf，也就是各個設備部分所累積出來的頻率偏差。
頻偏估計器從混頻后的信號中提取連續(xù)的兩個隨機序列PN1和PN2。當系統(tǒng)采樣率為fP時，隨機序列包含M＝T/fP個采樣點。頻偏估計過程如下1.分數(shù)頻偏估計首先計算兩個隨機序列的相關函數(shù)Corr=Σk=0M-1PN2(k)·PN1*(k)---(6)]]>然后通過ΔfFrac＝arctan(imag(Corr)，real(Corr))×fP/(2π×M) (7)估計出分數(shù)頻偏ΔfFrac。其中imag(Corr)，real(Corr)分別是Corr的實部與虛部，arctan(·)是反正切函數(shù)。該分數(shù)頻偏估計流程如圖2所示。
2.整數(shù)頻偏估計分數(shù)頻偏估計的范圍為|ΔfFrac|≤fS/(2×M)，當載波頻偏不在此范圍之內時，就需要進行整數(shù)頻偏估計。
首先根據(jù)分數(shù)頻偏估計的結果ΔfFrac，糾正隨機序列信號的分數(shù)頻偏PN1′(k)=PN1(k)×e-j2πΔfFracfPk,k=0,1,···,M-1---(8)]]>然后對本地PN序列進行頻偏調整PNL,n(k)=PNL(k)*e-j2πnfEkfP,k=0,1,···,M-1,n=-max,-max+1,......,max-1,max---(9)]]>其中，PNL(k)為本地長同步序列，fE是整數(shù)頻偏掃頻精度，且fE＝fP/M，max是整數(shù)頻偏掃頻范圍。
經(jīng)分數(shù)頻偏糾正后的PNI′與整數(shù)頻偏調整后的本地PN序列進行互相關，并求模平方
|Q(n)|2=|Σk=0M-1|PN1′(k)*PNL,N(k)||2---(10)]]>|Q(n)|2最大時的N即對應了整數(shù)頻偏ΔfInt＝fE·N (11)該整數(shù)頻偏估計流程如圖3所示。
通過上述過程得到總頻偏值Δf＝ΔfFrac+ΔfInt(12)最后將上述估計出的頻偏值Δf送入激勵器以改變輸出的中頻頻點，從而實現(xiàn)對衛(wèi)星下行信號頻率的閉環(huán)控制。
圖4為本發(fā)明第二實施例的由兩顆衛(wèi)星組成的數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)單頻網(wǎng)適配方法流程圖。本發(fā)明第二實施例的方法是由兩顆衛(wèi)星組成的數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)實現(xiàn)的，該系統(tǒng)中的時鐘源是GPS時鐘，圖中所示的兩個閉環(huán)控制系統(tǒng)結構完全相同，并共用同一個基準頻率。兩個環(huán)路工作過程與第一實施例的環(huán)路相同，但各自獨立工作，鎖定在基準頻率上，因此相互間沒有任何干擾。
本發(fā)明并不局限于上述特定實施例子，在不背離本發(fā)明精神及其實質情況下，熟悉本領域技術人員可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應改變和變形，但這些相應改變和變形都應屬于本發(fā)明所附權利要求保護范圍之內。
權利要求
1.一種數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的單頻網(wǎng)適配方法，包括以下步驟生成高精度的時鐘信號；根據(jù)所生成的高精度時鐘信號，生成基準頻率信號；對衛(wèi)星下行信號和所述基準頻率信號進行混頻，得到帶有頻偏的基帶信號；根據(jù)對所述基帶信號的頻偏估計，估計出衛(wèi)星下行信號與所述基準頻率信號之間的頻率偏差；根據(jù)所述的頻率偏差，產(chǎn)生合適頻率的中頻信號；對所述中頻信號進行射頻上變頻，生成衛(wèi)星上行信號；由衛(wèi)星對所述衛(wèi)星上行信號進行變頻和放大，生成衛(wèi)星下行信號；循環(huán)進行以上步驟，從而實現(xiàn)對網(wǎng)絡頻率的同步。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，其通過對所述中頻信號的調整和改變而補償各級頻率誤差。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，其在衛(wèi)星信號中引入已知的隨機信號，用于頻偏估計。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在頻偏估計中用相關的方式實現(xiàn)分數(shù)頻偏估計。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在頻偏估計中用掃頻的方式實現(xiàn)整數(shù)頻偏估計。
全文摘要
本發(fā)明提出一種數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的單頻網(wǎng)適配方法，用于將衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中各發(fā)射機的載波頻率調整到相同的頻點，使各發(fā)射機按照相同的載波頻率發(fā)送廣播信號，從而實現(xiàn)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)大范圍的無縫覆蓋，即單頻網(wǎng)覆蓋。本發(fā)明通過下述步驟實現(xiàn)根據(jù)時鐘源生成的高精度時鐘信號，生成基準頻率信號；將衛(wèi)星下行信號和所述基準頻率信號進行混頻，得到帶有頻差的基帶信號；由頻偏估計器對該基帶信號中包含的頻差進行頻偏估計；根據(jù)頻偏估計，產(chǎn)生合適頻率的中頻信號；對該中頻信號進行射頻上變頻，生成衛(wèi)星上行信號；衛(wèi)星對所述衛(wèi)星上行信號進行變頻和放大，生成衛(wèi)星下行信號；通過對以上步驟的循環(huán)進行，實現(xiàn)對衛(wèi)星廣播網(wǎng)絡頻率的同步。
文檔編號H04B1/10GK1960204SQ20061008659
公開日2007年5月9日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權日2006年6月30日
發(fā)明者葛啟宏, 陶濤, 劉輝, 楊慶華 申請人:北京泰美世紀科技有限公司