在低軌衛星通信系統中，初始同步技術是其至關重要的一步，而由于低軌衛星信道的大多普勒頻偏等原因影響了信號的同步性能，為了減少影響，借鑒地面 5G初始同步算法，在 PSS檢測中進行本地 PSS整數頻偏處理，擴大了頻率估計范圍，減少了初始同步時間，其正確檢測率比傳統算法提高了1.5 dB;在小數倍頻偏估計中，采用分段處理的 PSS差分互相關算法，其精確度相較于傳統算法，提高了1～2dB;最終通過仿真可知，該算法可以在高動態、低信噪比環境下完成初始接入過程的同步信號檢測，可以滿足低軌衛星通信系統的下行同步要求。

隨著衛星移動通信系統的不斷發展，用戶對高傳輸、廣范圍、較低時延以及靈活性高的低軌衛星移動通信系統的需求逐漸增長;相比地面移動通信系統，低軌衛星移動通信系統覆蓋范圍更加廣泛，多顆低軌衛星能實現全球無縫覆蓋。但低軌衛星移動通信系統因為衛星的高速運動帶來覆蓋區的快速變化導致地面移動終端和衛星之間產生非常大的多普勒頻移從而嚴重影響其同步性能。

3GPP組織從R14開始星地融合的研究工作，并且在 TS22.261 中對衛星相關的接入網協議及架構進行評估，并進一步開展基于 5G 標準的低軌衛星接入研究。現在 5G NR 標準規定了下行OFDM信號的子載波間隔不只是固定的 15 kHz，還有 30、60、120和 240 kHz共4 種子載波間隔可以選擇。5G的無線幀和子幀的長度與 4G LTE一樣分別為 10 ms和 1 ms。

除此 5G 中 PSS和 SSS、PBCH 一起組成 SSB 塊（SS Block），在頻域上占用連續的 240個子載波帶寬，在時域上占用4個連續的OFDM符號。在 5G中 SSB的時域和頻域位置不固定，并且在5 ms 半幀周期內不同的子載波間隔幀結構可能有多個 SSB，用來滿足終端的快速捕捉。

國內外 5G低軌衛星的研發仍處于起始階段，我國的國家衛星互聯網系統的空口基本技術標準是基于地面 5G的技術標準，其中的產品終端所應用的初始同步技術需要滿足高動態大多普勒的低軌衛星信道特點，所以研究基于5G的低軌衛星的初始同步技術是當前技術體制中一個關鍵技術點。

1、下行初始同步過程

當設備剛啟動，信號的起始位置還無法確定，物理層會自動進行時間/頻率同步過程，然后通過建立的物理信道，使得信號得到OFDM符號同步和幀同步，并得到設備接入的小區 ID，這就是初始同步的過程，即小區搜索。下行初始定時/頻率同步的處理基本分 4步∶PSS（主同步信號）檢測、整數倍頻偏估計、小數倍頻偏估計和 SSS（從同步信號）檢測。下行初始定時/頻率同步方案如圖 1 所示（本文對初始同步中的 PSS 檢測和小數倍頻偏估計這兩部分進行研究）。

1）終端將接收信號通過低通濾波器進行處理;

2）在時域上對本地 PSS 和接收端 PSS做互相關檢測取得定時同步，同時獲得小區組內 ID和信號的整數倍頻偏;

3）得到 PSS信號定時同步位置后，利用接收端接收的PSS與本地 PSS信號進行差分互相關運算，獲得信號的小數倍頻偏。（因為本文采用了OFDM的基帶調制，所以通信系統會對頻率偏移比較敏感，從而降低了系統的同步性能，因此需要通過頻偏估計對信號進行補償。）;

4）根據 5G-NR標準規定里，PSS在信號時域上的位置與SSS的位置之間的關系，可以對SSS進行定位，然后對本地 SSS 與接收端接收的 SSS在頻域上做互相關檢測，可以獲得頻域同步與小區組 ID，進而得到完整的小區ID。

2、PSS檢測

通過 PSS 檢測可 以得到符號起始位置，位置處在循環前綴的范圍（CP，Cyclic Prefix）內，即符合5G-NR標準規定的下行同步要求。在文獻中描述了一種本地 PSS與接收端接收的 PSS進行時域上滑動互相關的定時同步算法，通過互相關得到的相關峰值來確定小區組內 ID及其所對應的點來明確定時位置。此算法的計算復雜度較小，然而算法會疊加積累頻偏使算法的相關峰值受到影響，導致算法的抗頻偏性較差。

文獻對上述算法進行改進∶通過將本地 PSS序列和接收端接收的 PSS序列進行平均分段處理，再對各段依次求互相關值的平方來確定定時度量函數。而文獻中提出了將本地 PSS序列和接收端接收的 PSS序列均進行時域上差分處理后，再對兩個 PSS序列進行互相關運算，得到相關峰值所對應的點就是定時同步位置。改進后算法能夠降低因積累了多個頻偏而受到的影響，即算法可以適應較大的頻偏范圍。

上述算法是利用了本地 PSS 進行互相關來得到符號定時位置，而在文獻中提出了利用接收端接收的 PSS 自相關的算法，5G 低軌衛星同步可以借鑒 S&.C算法思想，利用搜索周期內多個 SSB塊內的 PSS 自相關運算，通過相關峰值對應點推算出定時同步位置。該算法雖然構造簡單，但是 CP 與其對應的接收端接收的信號之間聯系會引發平臺效應，從而影響算法對 PSS 檢測的準確性。為了減少平臺效應，

從 PSS檢測的精確度與復雜度這兩個方面考慮，定時同步算法選用在時域上進行本地 PSS與接收端 PSS 互相關檢測，如果 PSS檢測在頻域進行，增加了不必要的 FFT/IFFT運算。

審核編輯：黃飛