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寬帶衛(wèi)星通信數(shù)字信道化技術(shù)
寬帶衛(wèi)星通信數(shù)字信道化技術(shù)
[摘 要]隨著科技的發(fā)展，多年來，寬帶衛(wèi)星通信技術(shù)已經(jīng)由開始的為有限地面站提供主干鏈路的自治通信系統(tǒng)發(fā)展為現(xiàn)在的大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的節(jié)點，這一發(fā)展可謂是巨大的進步。
通信衛(wèi)星在技術(shù)和結(jié)構(gòu)等方面進行了很大的變化，在經(jīng)過一系列的改變和調(diào)整之后，寬帶衛(wèi)星通信技術(shù)形成了多任務(wù)、多波束、多頻段和多種信道規(guī)劃等復(fù)雜性的特點。
隨著寬帶衛(wèi)星的這些復(fù)雜性和新特點的出現(xiàn)，衛(wèi)星制造商和運營商對于衛(wèi)星的通用性和靈活性的要求也越來越高，他們一方面降低衛(wèi)星制造和運營的成本，另一方面又增加通信容量，減少運營花費來實現(xiàn)經(jīng)濟利益的最大化。
[關(guān)鍵詞]寬帶衛(wèi)星通信;數(shù)字信道化
目前來說，透明彎管有效載荷仍為大多數(shù)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供技術(shù)保障，它所具有的靈活性和對物理層不具有很固定的依賴關(guān)系是人們選擇使用它的一個很大的技術(shù)優(yōu)勢。
但是迄今為止，只有少數(shù)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用了再生有效負(fù)荷，原因是衛(wèi)星制造商和運營商承擔(dān)的造價和風(fēng)險太高。
因此，研發(fā)出具有透明有效載荷的靈活性和再生有效載荷的高容量雙重特性的衛(wèi)星有效載荷就顯得很有必要。
在發(fā)展期間，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)字信道化有效載荷可以利用數(shù)字信道化技術(shù)在數(shù)字域中實現(xiàn)信道復(fù)用、信道交換等功能，以此達到任意子信道從任意輸入波束到任意輸出波束的路由過程，或者是跨頻段路由的目的。
所以我們可以做一個大膽的猜想，數(shù)字信道化有效載荷將會成為下一代衛(wèi)星通信的有效載荷，而數(shù)字信道化技術(shù)也將成為下一代衛(wèi)星通信星載交換的關(guān)鍵技術(shù)。
1 數(shù)字信道化通信衛(wèi)星的發(fā)展現(xiàn)狀
數(shù)字信道化衛(wèi)星有效載荷具有的靈活性和可以提高系統(tǒng)容量的特點使它成為了新一代的衛(wèi)星有效載荷。
而在一些商用和軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，也大多采用數(shù)字信道化技術(shù)，而且也掌握了衛(wèi)星有效載荷設(shè)計中的關(guān)鍵和核心技術(shù)。
在數(shù)字信道化技術(shù)中，不但有靈活的交換功能，還可以提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的容量。
但是隨著科技的發(fā)展和時代的進步，人們對于數(shù)字信道化通信衛(wèi)星的要求也越來越高，由此提出了一種“非均勻帶寬”的概念來構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)字信道化器結(jié)構(gòu)。
在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，數(shù)字信道化技術(shù)通過運用數(shù)字信號處理方法實現(xiàn)了在傳統(tǒng)透明轉(zhuǎn)發(fā)方式下用模擬濾波器和中頻交換矩陣實現(xiàn)信號交換的目的，是一種面向物理連接的新型星載交換技術(shù)。
1.1 非均勻帶寬數(shù)字信道化技術(shù)
在許多采用數(shù)字信道化技術(shù)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，各窄寬用戶信號帶寬都是相同的。
在我們平時進行應(yīng)用時，人們打破了“均勻?qū)拵?rdquo;的束縛，讓衛(wèi)星上行信道中的各用戶占用帶寬可以進行隨意的配置。
在非均勻帶寬數(shù)字信道化方法中，非均勻調(diào)制濾波器組的設(shè)計、信號的精確提取、準(zhǔn)確的頻譜搬移和低復(fù)雜度這幾個方面是相互關(guān)聯(lián)的，而這幾個方面也是非均勻帶寬數(shù)字信道化的重要組成部分。
在調(diào)制濾波器中，它是以一種具有某種特性的濾波器為原型的，并且按照某種規(guī)律變化它的中心頻率，以此得到一組濾波器，再采用復(fù)指調(diào)制的方法，得到精確重構(gòu)復(fù)指數(shù)調(diào)制濾波器組，再進行子信道的分離和合成，通過這種方式的處理，它的精準(zhǔn)率就得到了保障，信號恢復(fù)的精確度也就非常高了。
在實際應(yīng)用中，多相分解可以簡化理論表述也可以降低實現(xiàn)過程中計算的復(fù)雜程度。
而我們通過使用改變采樣率則可以達到所有數(shù)字載波可以比較精確地去掉各子信道信號的載波，可以讓后續(xù)的交換更加的方便。
但是值得我們注意的是，數(shù)字信道化的內(nèi)在特質(zhì)決定了它的信號交換粒度不可能像再生交換方式那樣達到比特級。
1.2 數(shù)字信道化衛(wèi)星通信系統(tǒng)的鏈路可支持性
在傳統(tǒng)的透明有效載荷中，高功能HPA的非線性效應(yīng)嚴(yán)重阻礙了系統(tǒng)容量的提高，系統(tǒng)對頻率資源和功率資源不能夠很好地進行利用。
與傳統(tǒng)的透明有效載荷相比，數(shù)字信道化的有效載荷在結(jié)構(gòu)上有了重大的變革，就是提高了系統(tǒng)的容量。
這種結(jié)果的出現(xiàn)，我們可以看出數(shù)字信道化有效載荷的逐信道增益控制功能和備用信道的抑制功能起到了不可磨滅的作用。
在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，如果我們能夠有效利用轉(zhuǎn)發(fā)器，那么我們就可以為系統(tǒng)爭取更多的鏈路余量，這樣就提高了系統(tǒng)對頻率資源的利用率。
在逐信道增益控制中，為了解決大載波對小載波的抑制，擴大系統(tǒng)的容量，并且解決備用信道或者是空閑信道的抑制問題，在信道分離成為一個個互不相干的數(shù)字信道以后，可以分別被一定范圍的數(shù)字增益作用。
而所有的這些方法，在采用之后，就可以讓系統(tǒng)獲得更高的通信容量。
1.3 設(shè)計精確的重構(gòu)原型濾波器
在運用調(diào)制濾波器組的信道化方法中，精確重構(gòu)或者有關(guān)于精確重構(gòu)濾波器的設(shè)計和相關(guān)研究是一個非常重要的內(nèi)容及步驟，對于整個信道化方法的性能也起著不可或缺的作用，在很多時候甚至起到了決定性的作用。
在平時的設(shè)計中，我們可以很容易地設(shè)計出沒有阻帶衰減、過渡帶等的滿足精確重構(gòu)屬性的過濾器，然而對于我們來說，設(shè)計出這樣的濾波器雖然容易，但是對于我們平常的使用中，卻沒有太大的實用價值。
在平常的實際使用中，我們對于需要設(shè)計的濾波器提出了高要求，要求我們設(shè)計的濾波器需要具有比較高的阻帶衰減，或者是要有比較窄的過渡帶寬。
在一般情況下，我們會優(yōu)先選擇設(shè)計一個非線性非凸規(guī)劃來表征精確重構(gòu)濾波器。
而設(shè)計這樣的一個濾波器，最重要的則是側(cè)重于優(yōu)化問題的求解方法。
在最近幾年的發(fā)展中，我們綜合了幾種組合優(yōu)化和全局優(yōu)化的問題，并對此提出了一種類隨機搜索啟發(fā)式的計算方法。
采用這種計算方法，我們可以得到較為精確的近似解，這樣可以很大限度地解決濾波器的優(yōu)化問題，更好地解決不能設(shè)計出精確的重構(gòu)原型濾波器的問題。
2 總結(jié)
在寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，如果我們很好地運用精確重構(gòu)調(diào)制濾波器、濾波器多相分解的理論知識，并在此基礎(chǔ)上，有效運用好精確重構(gòu)調(diào)制濾波的數(shù)字信道方法。
我們就可以突破傳統(tǒng)濾波器的束縛，適應(yīng)非均勻帶寬信號的交換，也可以適應(yīng)均勻帶寬信號交換的應(yīng)用場景。
除此之外，我們還可以很明顯地感受到它的優(yōu)勢：與傳統(tǒng)的數(shù)字信道方法相比，新的方法具有涵蓋信號分離、信號交換和信號合成的完整處理過程，使得新的方法能夠更加全面地反應(yīng)當(dāng)下人們的需求，也更能夠適應(yīng)現(xiàn)有的用戶的要求。
另外，由于我們采用了多相分解技術(shù)，新的方法也更加的簡單，降低了運用的難度，從而提高了帶寬數(shù)字信道化器的性能，提高了寬帶衛(wèi)星通信數(shù)字信道的技術(shù)。
參考文獻
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