宽带卫星通信数字信道化技术研究

吕芝辉

（国家新闻出版广电总局北京地球站 北京 102206）

0 引言

1958年12月，我国成功发射了低轨Project SCORE(Signal Communications by Orbiting Relay Equipment)试验通信卫星，这是TI卫星的发展历史开端。之后的几十年里，通信系统不断完善，最初有限地面站来承担提供信息任务的画面一去不复还，取而代之的是更为广泛、复杂的通信系统。通信卫星经过几十年的研究，其技术和结构上都多少得到改善，并且能多方位的工作。随着经济的发展、人们生活水平的提高，通信卫星在日常生活中的影响越来越大。因此，卫星的制造商和运营商不断增加，他们想借助卫星的发展前景来谋取暴利。但是为获利而降低投入、减小成本的方法却成为了现在卫星行业发展的一大问题。

1 数字信道化技术发展概况

为了能让上行波束的某些个体信号能够路由到不同或相同频段的一个下行波束中，以至于成功完成星间交链，经过多年以来的努力，研发出来了数字信道化器,而它的核心作用就是在一个FDMA（或者MF-TDMA)上行信道中，提取出有用的的用户信号，然后交换到所预期的的某个下行信道。例如，可以将上下行均为X频段或是上行为X频段、下行为Ka频段的上行波传入同一个下行波中。除此之外，数字信道化技术还有许多应用，在一些商业或是军事中也尤为重要，比如ACeS(Garuda-1)，Thuraya，Inmarsat-4、移动用户目标系统MOUS,SkyTerra这些卫星通信系统都在商业和军事中广泛应用。这些卫星都属于窄带卫星，具有均匀的带宽，而美国的通信卫星则是非均匀带宽，总而言之，无论信号带宽是否均匀，都可以顺利完成交换。

2 现有的数字信道化方法及其局限性

(1) 现有的数字信道化方法

随着经济的发展，宽带卫星通信交换技术也不断提高，同样也面临着许许多多的挑战，例如信道带宽的配置不统一，或是带宽不均匀等一系列的问题，就拿带宽“非均匀”情况来说，数字信道化技术实现非均匀带宽交换的示意图如图3-1所示。

图1 数字信道化技术实现非均匀带宽交换

图1中，不同的形状表示不同的用户子信道。具体地说，我们所讨论的问题中，上行信道基于FDMA方式。假设一个上行信道被均匀划分成V个基本子信道，而基本子信道带宽等于2π/V，任何一个用户可以占用一个或者相邻的几个基本子信道。

(2) 现有的数字信道化的局限性

现有的信道化方法要求用户子信号带宽相同，或者要求用户数不能太高，因此不能满足宽带卫星通信中非均匀带宽星载交换的需求，存在着局限性。现有数字信道化方法的局限性见下表3-1

表1 ：数字信道化方法的局限性

3 对现有数字信道化技术的改进

3.1 调制滤波器组的数字信道化方法

调制滤波器组是一种较为理想的滤波器组，它可以完成较多信道的转化，通过改变中心频率和带宽使其有效的对各个信道进行分解，使复杂的工作变得简单。普通的滤波器没有这种可调节的特性，所以他们无法完成成百上千信道的转化。而调制滤波器则是源自一个具有线性相位的低通滤波器，通过对常见的滤波器进行余弦调制而做出的，通过计算得到第k个分析和综合滤波器分别表示为：

3.2 非均匀带宽星载数字信道化器

根据上文1和2节中讲述的数字信道化方法，我们提出数字信道化器原理结构，实现非均匀带宽星载交换功能。非均匀带宽数字信道化器共有四部分组成，分别是速率变换模块、分析滤波模块、交换模块和综合滤波模块。首先是上行信号x(z）进入，经过速率变换这一结构，不断增加上行基本子信道的数量，由最基础的V扩展到V'=2log(v);然后，便是经过分析滤波，不同滤波器组分出的路数不同，通常上讲，信号都是经过2M相分析滤波器组Hk(z),k=0,1,2M-1后，被均分为2M路，这样分出的信号经M倍降采样后便离开了分析滤波模块，进入下一模块;经过交换模块，会将得到的信号进行排序，根据规定好的路数，将各个用户子信道排在自己设定的位置上，最后进入综合滤波模块，得到下行信号X(z)。

3.3 .数字信道化卫星通信系统的链路可支持性

（1）链路可支持性

链路可支持性是表示通信系统中频率资源和功率资源利用率的概念。对于一个卫星通信系统，它的功率资源极为重要。功率资源影响着转化率的高低，即指转化器的功率越高，系统对资源的利用率越高，从而获得的链路余量相对较多，而这一切都和系统的链路数有关，只有将链路可支持性的问题解决，使正常通信的链路数增多，才能极大地提高系统对资源的利用率。

（2）逐信道增益控制

信道都会分离成独立的数字信道，可以以此解决对容量的抑制问题，从而可以大大的提高系统的容量。

5 总结

在滤波器这一设计中，优化理论起着重要的作用，一直应用在这个领域当中。不仅如此，在许多方面，优化理论也起着至关重要的作用，如星载交换、处理等方面。我们还可以利用优化理论来解决一些建模的问题，或是找寻一种简单高效的解题方法等。总而言之，优化理论在数字信道化微信通信的应用无可限量，值得每一个学者研究和探索。

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