多波束卫星移动通信系统星地一体化频率同步方法

张生玥

摘要：多波束卫星移动通信系统要求关口站能够实时的跟踪小倾角卫星移动带来的多普勒频移，同时要求关口站与终端在前向、返向链路均要在卫星上达到系统所要求的标称频率。本文提出了多波束卫星移动通信系统的一体化频率同步方法，解决了星地一体化以及关口站与终端之间的频率同步问题。

关键词：卫星移动通信；频率同步；星地一体化

一、频率同步要求

对于关口站来说，收发频率与系统标准频率之间的偏差主要由两方面因素造成：卫星多普勒漂移带来的多普勒频差、关口站晶振漂移引入的频差。频率同步主要包含两个部分：补偿发送频率，使发送频率在卫星上达到系统所规定的标称频率；跟踪接收频率，使接收机可以有效地对接收信号进行解调。

对于终端来说，收发频率与系统标准频率之间的频差主要由三个方面因素造成：终端时钟源晶振漂移引入的频差、卫星多普勒漂移带来的多普勒频差、终端运动带来的多普勒频差。在终端运行的各个阶段都要能够对频率进行实时跟踪估计。

二、星地同步方法

卫星小倾角扭“8”字运动会带来星地之间的链路频率漂移随着时间周期性的变化，以天通一号卫星为例，卫星的转发器有C-S用户链路铰链和C-C馈电链路铰链，用户S频段的频率漂移大概在±2k左右。关口站可以通过如下的方法对星地延迟进行跟踪：

（1）通过测控手段得知卫星相对于关口站所在地点波束中心的多普勒频移值，由于关口站固定，卫星相对于关口站S频段多普勒频移值记为FSDop，卫星相对于信关站的C频段的多普勒频移为FCDop。

（2）关口站发送一组C-C的信号和一组C-S的信号，发送信号我们分别记为TX_PSS和TX_GFR，接收信号RX_PSS和RX_GFR，如下图1所示：

这样就完成了关口站与卫星之间的频差跟踪。

三、终端与关口站之间的频率同步

天通一号卫星移动通信系统中，终端在空闲模式和接入模式完成频率同步，使得其与关口站之间的频率误差在容限范围以内。

1、空闲模式频率同步：

终端通过搜索捕获频率控制信道FCCH，该信道为一个双chirp信号，通过搜索该信号能够获得频率信息和定时信息，然后通过FCCH和BCCH（广播控制信道）的固定时隙关系来驻扎在BCCH载波上。

终端在发送接入突发时，要先对卫星引起的多普勒频移预校正。为此关口站进行测控预测出每个点波束中心位置的卫星多普勒频移往返值，并通过BCCH下发。

2、初始接入过程中的频率同步：

定义：BCCH的标称接收频率为FB，

接入突发发送频率为FRH；

比例因子；

由于卫星运动带来的波束中心多普勒频移为；

终端接收检测到的总多普勒频移为；

终端的校频过程如图2所示。

終端在发送突发信号之前，首先通过相应波束的BCCH逻辑信道来获取接入突发的发送频率、波束中心点的往返多普勒频移信息。初始接入时，终端使用该值作为发送频率补偿。

关口站接收终端发送的接入突发信号，估计出终端相对于点波束中心的路径往返多普勒频移，并发送给终端。终端在后续的发送中就可以使用新的频率校正值。

结语：

多波束卫星移动通信系统需要卫星与关口站、关口站与终端之间做到严格的频率同步。本文提供了一种多波束卫星移动通信系统星地一体化频率同步方法，着力解决了卫星小倾角运动、终端与卫星之间的频率同步问题。

参考文献：

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[2]张乐、金晓晨。国外卫星通信应用标准体系框架研究[J] 卫星应用，2014（7）：28-31

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