通信轉(zhuǎn)發(fā)器級(jí)聯(lián)傳輸特性分析與混合轉(zhuǎn)發(fā)靈活應(yīng)用*

石 榮，陳俊豪，馬 達(dá)

（電子信息控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610036）

0 引言

在衛(wèi)星通信與微波接力通信等遠(yuǎn)距離傳輸應(yīng)用中廣泛使用各種轉(zhuǎn)發(fā)器[1-4]，按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)發(fā)器可劃分為不同的類別[5]。根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中是否采用數(shù)字信號(hào)處理器件，可分為模擬轉(zhuǎn)發(fā)器與數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器；按照是否對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼與再編碼調(diào)制，又可劃分為透明轉(zhuǎn)發(fā)器與再生轉(zhuǎn)發(fā)器，其中，再生轉(zhuǎn)發(fā)器也稱為處理轉(zhuǎn)發(fā)器。目前工程應(yīng)用中既有模擬的透明轉(zhuǎn)發(fā)器，也有數(shù)字的透明轉(zhuǎn)發(fā)器，其一般通過上下變頻器和各種形式的中頻交換矩陣來完成信號(hào)的頻段搬移，不對(duì)信號(hào)做其他方面的處理，所以當(dāng)信號(hào)調(diào)制編碼方式等物理層參數(shù)改變時(shí)對(duì)透明轉(zhuǎn)發(fā)器沒有影響，具有一定的靈活性，但由于缺乏進(jìn)一步的碼流比特級(jí)的操作，透明轉(zhuǎn)發(fā)器在業(yè)務(wù)交換控制、轉(zhuǎn)發(fā)傳輸性能等方面受到一定的限制。再生轉(zhuǎn)發(fā)器一般為數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，先將信號(hào)下變頻至基帶，進(jìn)行解調(diào)譯碼和其他處理，再將基帶數(shù)字碼流實(shí)施編碼調(diào)制與上變頻，經(jīng)功率放大之后通過天線發(fā)射。再生轉(zhuǎn)發(fā)器與透明轉(zhuǎn)發(fā)器相比，其最大區(qū)別就是信號(hào)經(jīng)過了解調(diào)譯碼與再次編碼調(diào)制，這不僅為鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層的操作創(chuàng)造了條件，而且也消除了轉(zhuǎn)發(fā)器接收端所引入的噪聲，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的傳輸性能。雖然再生轉(zhuǎn)發(fā)器具有這些優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也意味著其與信號(hào)調(diào)制編碼方式緊密關(guān)聯(lián)耦合，難以適應(yīng)通信標(biāo)準(zhǔn)與通信協(xié)議的發(fā)展更新，所以在使用的靈活性方面又不如透明轉(zhuǎn)發(fā)器[6]。

盡管部分文獻(xiàn)對(duì)透明轉(zhuǎn)發(fā)器與再生轉(zhuǎn)發(fā)器的上述特點(diǎn)進(jìn)行過歸納總結(jié)[7-9]，但是對(duì)二者在級(jí)聯(lián)通信傳輸中的特性對(duì)比分析并不深入。針對(duì)這一情況，本文從信息論的視角出發(fā)，先概述多條鏈路的不同級(jí)聯(lián)傳輸方式，然后分別對(duì)通過透明轉(zhuǎn)發(fā)與再生轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)多條鏈路的信道容量進(jìn)行對(duì)比分析，并利用分析結(jié)果提出在透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)鏈路中采用分段再生轉(zhuǎn)發(fā)的全新方式來改善級(jí)聯(lián)轉(zhuǎn)發(fā)通信的性能。此外，在此基礎(chǔ)上利用數(shù)字信道化技術(shù)設(shè)計(jì)具有透明轉(zhuǎn)發(fā)與再生轉(zhuǎn)發(fā)相結(jié)合的混合轉(zhuǎn)發(fā)通信系統(tǒng)架構(gòu)，并提出在高通量通信衛(wèi)星中對(duì)信令信號(hào)進(jìn)行再生轉(zhuǎn)發(fā)、對(duì)業(yè)務(wù)信號(hào)進(jìn)行透明轉(zhuǎn)發(fā)的全新混合轉(zhuǎn)發(fā)模式，較好地實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星通信傳輸性能與工程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度之間的平衡，同時(shí)也為下一代衛(wèi)星通信傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了新的參考。

1 多條鏈路級(jí)聯(lián)轉(zhuǎn)發(fā)的主要方式

在傳統(tǒng)的通信傳輸網(wǎng)絡(luò)中多條鏈路級(jí)聯(lián)轉(zhuǎn)發(fā)的方式主要有透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)與再生轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)兩種。本文以典型的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)為例。在透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)中通過M-1 個(gè)透明轉(zhuǎn)發(fā)器將M條鏈路級(jí)聯(lián)起來的應(yīng)用場(chǎng)景如圖1 所示，其中首尾兩條鏈路為星地鏈路，即第1 條是從地面終端A 至通信衛(wèi)星的上行鏈路，第M條是從通信衛(wèi)星到地面終端B 的下行鏈路，而第2 條至第M-1 條是各顆通信衛(wèi)星之間的星間鏈路。

圖1 通過M-1 個(gè)透明轉(zhuǎn)發(fā)器級(jí)聯(lián)的M 條衛(wèi)通鏈路

如果將圖1 中的M-1 個(gè)透明轉(zhuǎn)發(fā)器更換為再生轉(zhuǎn)發(fā)器，則通過再生轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)的M條鏈路進(jìn)行信息傳輸?shù)膱?chǎng)景如圖2 所示。

圖2 通過M-1 個(gè)再生轉(zhuǎn)發(fā)器級(jí)聯(lián)的M 條衛(wèi)通鏈路

在上述M條鏈路中，記第i條鏈路發(fā)射端的發(fā)射機(jī)輸出功率為PT,i，天線增益為GT,i，接收端的天線有效接收面積為AR,i，收發(fā)兩端之間的距離為dTR,i，i=1,2,…,M。于是接收端天線輸出的信號(hào)功率為：

由式（1）可知：當(dāng)?shù)趇條鏈路中PT,i、GT,i、AR,i和dTR,i確定之后，接收端的SP,i也是一個(gè)定值，于是第i條鏈路的信道容量CS,i由香農(nóng)公式表示為：

式中：NP,i為接收端處帶寬WΔ內(nèi)的噪聲功率。由此可見：在WΔ取值一定的情況下，決定第i條衛(wèi)星通信鏈路信道容量CS,i大小的關(guān)鍵因素在于接收端天線輸出口處的信噪比SP,i/NP,i[10]。

式（2）描述了單條鏈路的信道容量計(jì)算方法，按照前述兩種轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)方式，M條鏈路通過透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)和通過再生轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)的最終信道容量的計(jì)算過程與傳輸特性接下來繼續(xù)分析。

2 轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)的信道容量與傳輸特性

2.1 透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)的信道容量計(jì)算

在如圖1 所示的透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)應(yīng)用中，記M條鏈路總的信道容量為CTrans,M，則透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)信道容量計(jì)算公式為：

式中：αi為第i條鏈路接收端信號(hào)帶內(nèi)總功率SP,i+NP,i與信號(hào)功率SP,i的比值。αi的計(jì)算方法為：

為了證明式（3）成立，首先使用數(shù)學(xué)歸納法證明如下的引理。

引理：M條鏈路經(jīng)過透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)之后，在最后一個(gè)接收端B 處綜合形成的信號(hào)帶內(nèi)總功率與真正的信號(hào)成分功率的比值等于每一條鏈路各自獨(dú)立功率比值的連乘積，即有式（5）成立。

式中：Stotal,M與Ntotal,M分別為信宿處地面終端B 接收天線后端真正的信號(hào)成分功率與綜合的噪聲成分功率。

證明：當(dāng)M=2 時(shí)，圖1 簡(jiǎn)化為2 條鏈路通過1個(gè)透明轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行級(jí)聯(lián)接續(xù)傳輸，這是最典型也是最簡(jiǎn)潔的衛(wèi)星通信形式，如圖3 所示。

圖3 通過1 個(gè)透明轉(zhuǎn)發(fā)器級(jí)聯(lián)的兩條衛(wèi)通鏈路

圖3 中鏈路2 發(fā)射端所發(fā)射的信號(hào)實(shí)際上是鏈路1 接收端所接收到的信號(hào)變頻放大的結(jié)果，這就意味著：鏈路1 接收端的噪聲成分同樣也會(huì)出現(xiàn)鏈路2 的發(fā)射信號(hào)之中。于是地面終端B 接收天線后端真正的信號(hào)成分功率為：

同樣，地面終端B 的接收天線后端綜合的噪聲成分功率為：

于是最終地面終端B 處接收天線后端的信號(hào)帶內(nèi)總功率與真正的信號(hào)成分功率的比值為：

對(duì)比式（8）與式（5）可知：在M=2 時(shí)定理成立。

假設(shè)M=K-1，K≥3 時(shí)，式（5）成立，即：

那么在M=K時(shí)地面終端B 接收天線后端真正的信號(hào)成分功率為：

同樣，地面終端B 的接收天線后端綜合的噪聲成分功率為：

由式（12）可知在M=K時(shí)式（5）成立，于是由數(shù)學(xué)歸納法可知：式（5）在M≥2 的任何正整數(shù)時(shí)均成立，證畢。

由香農(nóng)信道容量公式可知：M條鏈路通過M-1個(gè)透明轉(zhuǎn)發(fā)器級(jí)聯(lián)后的最終信道傳輸容量為：

對(duì)式（13）等號(hào)右端括號(hào)中的部分進(jìn)行恒等 變換：

將式（15）代入式（13）即可證明式（3）成立。

2.2 再生轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)的信道容量計(jì)算

相對(duì)于透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)而言，如圖2 所示的再生轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)應(yīng)用的相關(guān)計(jì)算則要簡(jiǎn)潔很多，記M條鏈路總的信道容量為CRegen,M，則再生轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)信道容量的計(jì)算公式為：

由式（16）可知：再生轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)信道容量等于各條鏈路各自信道容量的最小值。這主要是因?yàn)樵偕D(zhuǎn)發(fā)器沒有噪聲積累效應(yīng)，在每一條鏈路的接收端都進(jìn)行了解調(diào)解碼，及時(shí)消除了各條鏈路上的噪聲累積，使得純粹的信號(hào)能得到提煉保留，從而可以在下一次轉(zhuǎn)發(fā)中將發(fā)射機(jī)的所有功率全部分配給信號(hào)，這也是再生轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)于透明轉(zhuǎn)發(fā)的重要原因。2.3節(jié)將敘述關(guān)于二者在傳輸特性上的差異定量分析。

2.3 透明與再生轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)的傳輸特性對(duì)比

由前述分析可知：透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)的最終信道容量由式（3）表達(dá)，再生轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)的最終信道容量由式（16）表達(dá)，為了對(duì)二者進(jìn)行對(duì)比，假設(shè)M條鏈路中具有最小接收信噪比的是第L條鏈路，即有式（17）成立。

式（21）表明：M條鏈路通過圖1 所示的透明轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行級(jí)聯(lián)的最終信道容量CTrans,M一定小于圖2 所示的再生轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行級(jí)聯(lián)的最終信道容量CRegen,M。而且由式（18）可知：在最小接收信噪比鏈路確定之后，隨著鏈路級(jí)聯(lián)數(shù)目的遞增，雖然SP,L/NP,L保持不變，但是Stotal,M/Ntotal,M與SP,L/NP,L之間的差值會(huì)進(jìn)一步加大，這也就意味著CTrans,M比CRegen,M小得更多。實(shí)際上從工程應(yīng)用的角度講，透明轉(zhuǎn)發(fā)過程中不僅將前一級(jí)鏈路中的信號(hào)成分進(jìn)行了轉(zhuǎn)發(fā)，而且對(duì)其中的噪聲成分也同樣進(jìn)行了轉(zhuǎn)發(fā)，隨著轉(zhuǎn)發(fā)過程中噪聲成分的逐級(jí)積累，會(huì)使得最終信噪比不斷降低，從而導(dǎo)致透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)的信道容量驟降。

3 新的應(yīng)用方式：透明與再生混合轉(zhuǎn)發(fā)

由前述理論分析可知，在相同的接收信號(hào)信噪比條件下衛(wèi)星通信傳輸采用再生轉(zhuǎn)發(fā)器級(jí)聯(lián)比采用透明轉(zhuǎn)發(fā)器級(jí)聯(lián)的信道容量要大。但是，一方面，星載再生轉(zhuǎn)發(fā)器也面臨復(fù)雜度高、功耗大、成本高、使用靈活性與可靠性不如透明轉(zhuǎn)發(fā)器等問題；另一方面，星載解調(diào)解碼器的容量與速率是無論如何都趕不上地面用戶的解調(diào)解碼器的，所以這也是，截至目前全部采用再生轉(zhuǎn)發(fā)的高通量通信衛(wèi)星極少，衛(wèi)星通信的工程應(yīng)用仍然以透明轉(zhuǎn)發(fā)為主的重要原因。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步與電子器件集成度的提高，再生轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)量在未來的通信衛(wèi)星上會(huì)進(jìn)一步增加，但鑒于透明轉(zhuǎn)發(fā)與再生轉(zhuǎn)發(fā)各有各的優(yōu)點(diǎn)，所以未來的發(fā)展趨勢(shì)一定是透明轉(zhuǎn)發(fā)與再生轉(zhuǎn)發(fā)混合使用的局面，這兩種轉(zhuǎn)發(fā)方式隨著不同應(yīng)用其混合的方式也各不相同，比較典型的設(shè)計(jì)如下文所述。

3.1 在透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)中采用分段再生轉(zhuǎn)發(fā)

在由多條鏈路組成的透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)傳輸中分段間隔將透明轉(zhuǎn)發(fā)器替換為再生轉(zhuǎn)發(fā)器，以此來消除透明轉(zhuǎn)發(fā)所引起的噪聲積累效應(yīng)，這一改進(jìn)之后的混合轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用方式如圖4 所示。

圖4 在透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)鏈路中采用分段再生轉(zhuǎn)發(fā)

假設(shè)圖4 中插入的γ個(gè)再生轉(zhuǎn)發(fā)器將M-1-γ個(gè)透明轉(zhuǎn)發(fā)器分成了γ+1 段，在每一段中為純粹的透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)子鏈路，而各個(gè)分段之間通過再生轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行連接。按照前述分析，總共γ+1 段透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)子鏈路的信道容量可參照式（3）進(jìn)行計(jì)算，分別記為CTrans,j，j=1,2,…γ+1，再由式（16）可知，圖4 所示的M條鏈路級(jí)聯(lián)中最終的信道容量為：

由此可見，在轉(zhuǎn)發(fā)器總數(shù)量保持不變的情況下，通過在多條鏈路組成的透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)鏈路中分段間隔將透明轉(zhuǎn)發(fā)器替換為再生轉(zhuǎn)發(fā)器的方法，能夠在一定程度上提升最終的信道容量，改善傳輸性能。當(dāng)然提升的量級(jí)由替換的再生轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)量與具體位置決定，可通過式（22）計(jì)算并評(píng)估各種替換方案的傳輸性能，從而優(yōu)化選取其中的最佳替換方案進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

3.2 基于數(shù)字信道化技術(shù)的全新混合轉(zhuǎn)發(fā)器

目前已有的數(shù)字信道化透明轉(zhuǎn)發(fā)器首先將信號(hào)下變頻至中頻，采用高速寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analogto-Digital Converter，ADC）對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字采樣后，通過數(shù)字信道化濾波處理實(shí)現(xiàn)信號(hào)的交換與頻段搬移，從而形成新的數(shù)字中頻信號(hào)；然后通過高速寬帶數(shù)模轉(zhuǎn)換器（Digital-to-Analog Converter，DAC）將數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬中頻信號(hào)，再上變頻至射頻，經(jīng)功率放大之后對(duì)外發(fā)射。顯然這一數(shù)字信道化透明轉(zhuǎn)發(fā)器能夠隨時(shí)在數(shù)字域調(diào)整信號(hào)的交換關(guān)系，完全替代了傳統(tǒng)的模擬透明轉(zhuǎn)發(fā)器。如果在此基礎(chǔ)上將數(shù)字中頻信號(hào)搬移至基帶，插接基帶解調(diào)譯碼數(shù)字模塊、其它功能的數(shù)字碼流處理模塊、以及編碼調(diào)制數(shù)字模塊，然后將處理后的基帶信號(hào)數(shù)字上變頻至數(shù)字中頻。這樣一來，就相當(dāng)于在數(shù)字透明轉(zhuǎn)發(fā)的過程中插入了再生轉(zhuǎn)發(fā)的功能，采用如此設(shè)計(jì)的數(shù)字信道化轉(zhuǎn)發(fā)器既可以用于透明轉(zhuǎn)發(fā)，也可以用于再生轉(zhuǎn)發(fā)，其使用的靈活性與傳輸?shù)母咝詫⒌玫綐O大地提升。這種兼顧了透明轉(zhuǎn)發(fā)與再生轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)字信道化混合轉(zhuǎn)發(fā)器功能模塊組成框圖如圖5 所示。

由圖5 可見，通過數(shù)字信道化混合轉(zhuǎn)發(fā)器的設(shè)計(jì)能夠很好地將透明轉(zhuǎn)發(fā)功能與再生轉(zhuǎn)發(fā)功能有機(jī)地結(jié)合在一起，從而形成一個(gè)集二者優(yōu)勢(shì)于一體的多功能混合轉(zhuǎn)發(fā)器。在將接收信號(hào)數(shù)字化之后，對(duì)一部分信號(hào)進(jìn)行透明轉(zhuǎn)發(fā)，對(duì)另一部分信號(hào)進(jìn)行再生轉(zhuǎn)發(fā)，不僅能夠根據(jù)星載設(shè)備的資源與負(fù)荷量進(jìn)行靈活分配與調(diào)度，而且轉(zhuǎn)發(fā)交換的關(guān)系與路由選擇等操作都由其中的轉(zhuǎn)發(fā)交換策略控制器進(jìn)行綜合選擇控制。此外，上述架構(gòu)也為信號(hào)帶內(nèi)隨路信令的傳輸與處理提供了極大的方便，只要將其中的再生轉(zhuǎn)發(fā)通道切換至對(duì)應(yīng)的帶有隨路信令的信道之后，就可以實(shí)時(shí)提取隨路控制信令，為轉(zhuǎn)發(fā)交換策略控制器提供額外的控制功能指示。例如，跳波束切換、轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)的功率控制、路由選擇等，從而為DVB-S2X 與DVB-RCS2 等新一代衛(wèi)星通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)[11-12]。

圖5 兼具透明與再生轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)字信道化混合轉(zhuǎn)發(fā)器

3.3 混合轉(zhuǎn)發(fā)器在高通量衛(wèi)星中的應(yīng)用

目前進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的同步軌道高通量衛(wèi)星大多采用多點(diǎn)波束方式來提升星地鏈路的等效全向輻射功率（Equivalent Isotropic Radiated Power，EIRP），從而為頻譜的空間復(fù)用與大容量傳輸創(chuàng)造了條件[13]。另一方面，在最新版本的衛(wèi)星通信DVB-S2X 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中也引入了各種格式的超幀來實(shí)現(xiàn)高通量衛(wèi)星的點(diǎn)波束跳變通信傳輸[14]。為了提高頻譜效率，高通量衛(wèi)星的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通常采用高階調(diào)制，以DVB-S2X 為例，其在原有DVB-S2 標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上增加了64 振幅相移鍵控（64 Amplitude Phase Shift Keying，64 APSK）、128APSK、256APSK等3 種高階調(diào)制[15]，使得最大頻譜效率接近于8 bit/Hz。在相同信噪比條件下，采用高階調(diào)制時(shí)單個(gè)透明轉(zhuǎn)發(fā)器與單個(gè)再生轉(zhuǎn)發(fā)器相比，其頻譜利用率如圖6 所示，圖中所繪曲線假設(shè)轉(zhuǎn)發(fā)器級(jí)聯(lián)的兩條鏈路具相同的信噪比應(yīng)用條件，其中實(shí)線為單個(gè)再生轉(zhuǎn)發(fā)器的頻譜利用率，從理論上講其可以無限逼近香農(nóng)限，虛線為單個(gè)透明轉(zhuǎn)發(fā)器的頻譜利用率。

圖6 單個(gè)再生轉(zhuǎn)發(fā)器與透明轉(zhuǎn)發(fā)器的頻譜利用率

將圖6 中的二者的頻譜利用率以再生轉(zhuǎn)發(fā)器為參照做歸一化處理后進(jìn)行對(duì)比如圖7 所示。

圖7 二者頻譜利用率的歸一化對(duì)比

由圖6 和圖7 可知，隨著調(diào)制階數(shù)的增加，所要求的信噪比也隨之提高，透明轉(zhuǎn)發(fā)器的頻譜利用率與再生轉(zhuǎn)發(fā)器的頻譜利用率之間的差距也越來越小，這也說明在高階調(diào)制傳輸應(yīng)用中，透明轉(zhuǎn)發(fā)器相對(duì)于再生轉(zhuǎn)發(fā)器來講其性能損失也會(huì)減小，如此一來，針對(duì)不同信號(hào)進(jìn)行差異化轉(zhuǎn)發(fā)的混合轉(zhuǎn)發(fā)器應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也就比較明顯了。

如前文所述，DVB-S2X 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中超幀的引入為隨路信令的傳輸與點(diǎn)波束快速切換提供了條件，兼具透明與再生轉(zhuǎn)發(fā)的混合轉(zhuǎn)發(fā)器在這樣的通信系統(tǒng)中將具有更加靈活的應(yīng)用方式。由上述分析可知：混合轉(zhuǎn)發(fā)器中的隨路信令數(shù)據(jù)量小，一般采用低階調(diào)制和低碼率編碼，適合于星載解調(diào)解碼和再生轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)解調(diào)解碼之后的隨路信令也為星載路由交換提供了控制來源；而業(yè)務(wù)信號(hào)數(shù)據(jù)量大，通常采用高階調(diào)制與高碼率編碼，適合于星載透明轉(zhuǎn)發(fā)。混合轉(zhuǎn)發(fā)器降低了星載電子設(shè)備的工程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，在確保一定的轉(zhuǎn)發(fā)性能要求的情況下，轉(zhuǎn)發(fā)器的靈活性與隨通信協(xié)議不斷升級(jí)換代的持續(xù)性也得到了保證；同時(shí)這也為基于混合轉(zhuǎn)發(fā)器的多級(jí)鏈路級(jí)聯(lián)提供了更加靈活的選擇。

4 結(jié)語

本文從信息論的視角出發(fā)，在理論上推導(dǎo)了透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)傳輸與再生轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)傳輸?shù)男诺廊萘坑?jì)算方法，給出了透明轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)中的噪聲累積效應(yīng)與傳輸容量惡化之間的定量關(guān)系，展示了再生轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)聯(lián)所具有的優(yōu)良傳輸性能。盡管如此，但由于透明轉(zhuǎn)發(fā)器與再生轉(zhuǎn)發(fā)器都具有各自難以替代的優(yōu)點(diǎn)，也同時(shí)具有自身的不足，所以將二者有機(jī)組合在一起的混合轉(zhuǎn)發(fā)便成為工程應(yīng)用的新方向。針對(duì)這一發(fā)展趨勢(shì)，本文又給出了在透明轉(zhuǎn)發(fā)器級(jí)聯(lián)中采用分段再生轉(zhuǎn)發(fā)，以及基于數(shù)字信道化技術(shù)的分路混合轉(zhuǎn)發(fā)兩種具有代表性的混合轉(zhuǎn)發(fā)方式。并展示了混合轉(zhuǎn)發(fā)在高通量衛(wèi)星中的多種應(yīng)用方式，從而為新一代衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了重要參考。實(shí)際上，混合轉(zhuǎn)發(fā)不僅能夠在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，也可以在地面與空中微波接力通信中應(yīng)用，并能做到傳輸性能、調(diào)度靈活性與實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等多方面的平衡，將成為后續(xù)工程應(yīng)用的新方向。