中繼衛(wèi)星高速數(shù)傳系統(tǒng)中發(fā)射端數(shù)字信號處理技術研究

李海鷗

【摘 要】 隨著科學技術的不斷發(fā)展，衛(wèi)星研究技術得到了有效突破，中繼衛(wèi)星系統(tǒng)是衛(wèi)星研究領域的一個重要發(fā)展方向，它具有高覆蓋率、大容量、使用靈活的特點，而它的主要任務是進行高速數(shù)據(jù)傳輸。但是，現(xiàn)階段高速數(shù)傳系統(tǒng)中發(fā)射端數(shù)字信號處理還存在一些問題，這些問題的存在對寬帶信號造成了極為不利的影響，不利于系統(tǒng)性能的提高。本文主要從高速數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，對中繼衛(wèi)星高速數(shù)傳系統(tǒng)中發(fā)射端數(shù)字信號處理技術進行研究。

【關鍵詞】 中繼衛(wèi)星 高速數(shù)傳 發(fā)射端 數(shù)字信號 處理技術

數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星是航天領域重點發(fā)展方向，在數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)中，傳輸數(shù)據(jù)的速率高，可以實現(xiàn)大容量信息實時傳輸?shù)闹匾繕?。為了實現(xiàn)這一目標，就必須在系統(tǒng)中建立一個寬帶傳輸信道，在發(fā)射端發(fā)射出兩條支路相同的高速調制信號，且保證高速調制信號與衛(wèi)星道的特性相符，只有這樣才能有效減少非理想信道帶來的誤碼率，最大限度減小干擾，保證衛(wèi)星數(shù)字信號能夠順利發(fā)送。

1 高速數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的通信鏈路有兩種，即前向鏈路和返向鏈路，這兩種通信鏈路的運行方式相反，例如，前向鏈路的運行方式：從地面站到中繼衛(wèi)星最后到用戶航天器；反之，則為返向通信鏈路。前向鏈路數(shù)據(jù)傳輸效率比較低，它主要是將地面站對中、低衛(wèi)星運行軌道航天器的跟蹤監(jiān)測信號，對用戶航天器進行跟蹤、測量和控制；而返向通信鏈路數(shù)據(jù)傳輸效率極高，它主要是將用戶航天器通過遙測測定出來的遙感圖像和數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲尽，F(xiàn)階段，高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛的應用于數(shù)字信號處理中。在發(fā)射機調制方式中，目前采用的是QPSK調制方式，這種調制方式具有很好的優(yōu)勢，可以有效兼顧功率效率和頻帶效率，對提高信噪比具有重要意義。但是，隨著高速數(shù)據(jù)傳統(tǒng)系統(tǒng)中信號處理容量的不斷變大，QPSK已經(jīng)無法滿足系統(tǒng)運行要求，要求中繼衛(wèi)星高速數(shù)傳系統(tǒng)中發(fā)射端數(shù)字信號處理中，必須對新的信號調制方式和編碼技術進行充分研究。

2 中繼衛(wèi)星高速數(shù)傳系統(tǒng)中發(fā)射端數(shù)字信號處理技術研究

數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)在航天領域發(fā)揮至關重要的作用，但是，發(fā)射端數(shù)字信號處理技術中還存在一些問題，這些關鍵問題的有效解決，對數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的運行具有重要意義。因此，要從關鍵問題出發(fā)，對中繼衛(wèi)星高速數(shù)傳系統(tǒng)中發(fā)射端數(shù)字信號處理技術進行研究。

2.1 高速成形濾波器的設計與實現(xiàn)

中繼衛(wèi)星在進行高速數(shù)據(jù)傳輸過程中，返向通信鏈路的傳輸速率極高，系統(tǒng)對碼間干擾比較敏感。在數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)中設計高速成形濾波器，在發(fā)射端對信號進行濾波，可以有效減少碼間干擾。主要工作原理是：接收端通過與成形濾波器特性相同的濾波器對接受信號進行濾波處理，保證接收端信號正確性，最大限度減小碼間干擾；除此之外，為了節(jié)約頻譜資源，額可以對發(fā)射信號進行帶限。成形濾波器有兩種形式，即模擬濾波器和數(shù)字濾波器，模擬濾波器做成之后，其參數(shù)無法進行修改，只能應用于中頻；而數(shù)字濾波器一般應用于基帶，可以在保證安全性的前提下，對參數(shù)進行靈活修改，可以為線形相位提供充分的保障。

成形濾波器在設計過程中，必須滿足無符號間干擾條件和最佳接受要求，且兩者必須同時滿足。數(shù)字成形濾波器一般采用有限脈沖響應濾波器，在全數(shù)字調制結構中，對數(shù)字采樣和檢測多普勒頻率具有重要作用。最重要的是，數(shù)字濾波器在實現(xiàn)前，必須明確平方根升余弦特性滾降系數(shù)α 、濾波器長度以及量化位數(shù)等參數(shù)，這些參數(shù)對硬件系統(tǒng)的安全運行具有的影響作用。

2.2 HPA基帶自適應預失真線性化技術

HPA基帶失真技術包括數(shù)據(jù)失真技術和信號失真技術，HPA的線性化技術是衛(wèi)星通信領域研究中的關鍵技術，基帶自適應預失真線性化技術始終比較熱門的技術。該技術可以有效去除基帶內的信號失真，又能去除掉基帶外的信號失真，對傳輸?shù)木幋a信息數(shù)據(jù)進行預失真，對系統(tǒng)的安全運行具有重要意義。

基帶自適應預失真線性化技術又包括查找表預失真技術和參數(shù)預失真技術，查找表中的映射失真技術具有結構簡單、線性化好的特點。但是，由于映射預失真技術中系統(tǒng)速率太慢，線形特征只和信號的幅度有關，所以，人們對查找預失真表技術進行優(yōu)化。

參數(shù)預失真技術有效彌補了查找表失真技術中存在的不足，對便于硬件操作和提高系統(tǒng)收斂速度具有重要意義。參數(shù)預失真技術結構包括直接逆結構、直接學習型結構和非直接學習型結構。其中，直接逆結構的原理簡單，計算量也比較小，但不適用于線性要求高的寬帶中。

在HPA基帶自適應預失真線性技術中，除了對基帶自適應預失真線性化技術進行討論，也要對基于Volterra級數(shù)的數(shù)字自適應預失真算法進行討論。Volterra級數(shù)的性質主要有收斂性、對稱性和因果性，通過它的性質可以看出，采用Volterra級數(shù)的優(yōu)點存在兩個方面，第一，可以導出與線性系統(tǒng)相似的非線性傳遞數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)線性化，對系統(tǒng)進行精確分析，為系統(tǒng)的安全運行提供保障；第二，它的應用條件寬松，適用范圍廣，應用于發(fā)射端數(shù)字信號中對分析非線性系統(tǒng)具有非常重要的作用。

最后，對HPA基帶自適應預失真線性技術中基于離散小波變換的Volteera自適應預失真算法進行分析，在實際運行過程中，HPA會隨著外界環(huán)境溫度的變化而變化，采用離散小波變換的預失真技術會對誤比特率性能產(chǎn)生極為不利的影響作用。

3 結語

綜上所述，數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)在航天領域的研究中發(fā)揮著重要作用，有效解決發(fā)射端數(shù)字信號處理關鍵技術中存在的問題，可以有效優(yōu)化數(shù)字信號處理技術，保證系統(tǒng)線性化，為系統(tǒng)的安全運行和信號的精確度提供保障。因此，要加強中繼衛(wèi)星高速數(shù)傳系統(tǒng)中發(fā)射端數(shù)字信號處理技術的研究，從而提高整個系統(tǒng)的通信性能。

參考文獻

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