寬帶衛星通信數字信道化技術
寬帶衛星通信數字信道化技術
[摘 要]隨著科技的發展，多年來，寬帶衛星通信技術已經由開始的為有限地面站提供主干鏈路的自治通信系統發展為現在的大型網絡系統的節點，這一發展可謂是巨大的進步。
通信衛星在技術和結構等方面進行了很大的變化，在經過一系列的改變和調整之后，寬帶衛星通信技術形成了多任務、多波束、多頻段和多種信道規劃等復雜性的特點。
隨著寬帶衛星的這些復雜性和新特點的出現，衛星制造商和運營商對于衛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經濟利益的最大化。
[關鍵詞]寬帶衛星通信;數字信道化
目前來說，透明彎管有效載荷仍為大多數的衛星通信系統提供技術保障，它所具有的靈活性和對物理層不具有很固定的依賴關系是人們選擇使用它的一個很大的技術優勢。
但是迄今為止，只有少數的衛星通信系統采用了再生有效負荷，原因是衛星制造商和運營商承擔的造價和風險太高。
因此，研發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星有效載荷就顯得很有必要。
在發展期間，我們發現數字信道化有效載荷可以利用數字信道化技術在數字域中實現信道復用、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，數字信道化有效載荷將會成為下一代衛星通信的有效載荷，而數字信道化技術也將成為下一代衛星通信星載交換的關鍵技術。
1 數字信道化通信衛星的發展現狀
數字信道化衛星有效載荷具有的靈活性和可以提高系統容量的特點使它成為了新一代的衛星有效載荷。
而在一些商用和軍事衛星通信系統中，也大多采用數字信道化技術，而且也掌握了衛星有效載荷設計中的關鍵和核心技術。
在數字信道化技術中，不但有靈活的交換功能，還可以提高衛星通信系統的容量。
但是隨著科技的發展和時代的進步，人們對于數字信道化通信衛星的要求也越來越高，由此提出了一種“非均勻帶寬”的概念來構建相應的數字信道化器結構。
在衛星通信系統中，數字信道化技術通過運用數字信號處理方法實現了在傳統透明轉發方式下用模擬濾波器和中頻交換矩陣實現信號交換的目的，是一種面向物理連接的新型星載交換技術。
1.1 非均勻帶寬數字信道化技術
在許多采用數字信道化技術的衛星通信系統中，各窄寬用戶信號帶寬都是相同的。
在我們平時進行應用時，人們打破了“均勻寬帶”的束縛，讓衛星上行信道中的各用戶占用帶寬可以進行隨意的配置。
在非均勻帶寬數字信道化方法中，非均勻調制濾波器組的設計、信號的精確提取、準確的頻譜搬移和低復雜度這幾個方面是相互關聯的，而這幾個方面也是非均勻帶寬數字信道化的重要組成部分。
在調制濾波器中，它是以一種具有某種特性的濾波器為原型的，并且按照某種規律變化它的中心頻率，以此得到一組濾波器，再采用復指調制的方法，得到精確重構復指數調制濾波器組，再進行子信道的分離和合成，通過這種方式的處理，它的精準率就得到了保障，信號恢復的精確度也就非常高了。
在實際應用中，多相分解可以簡化理論表述也可以降低實現過程中計算的復雜程度。
而我們通過使用改變采樣率則可以達到所有數字載波可以比較精確地去掉各子信道信號的載波，可以讓后續的交換更加的方便。
但是值得我們注意的是，數字信道化的內在特質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 數字信道化衛星通信系統的鏈路可支持性
在傳統的透明有效載荷中，高功能HPA的非線性效應嚴重阻礙了系統容量的提高，系統對頻率資源和功率資源不能夠很好地進行利用。
與傳統的透明有效載荷相比，數字信道化的有效載荷在結構上有了重大的變革，就是提高了系統的容量。
這種結果的出現，我們可以看出數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。
在衛星通信系統中，如果我們能夠有效利用轉發器，那么我們就可以為系統爭取更多的鏈路余量，這樣就提高了系統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字信道以后，可以分別被一定范圍的數字增益作用。
而所有的這些方法，在采用之后，就可以讓系統獲得更高的通信容量。
1.3 設計精確的重構原型濾波器
在運用調制濾波器組的信道化方法中，精確重構或者有關于精確重構濾波器的設計和相關研究是一個非常重要的內容及步驟，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。
在平時的設計中，我們可以很容易地設計出沒有阻帶衰減、過渡帶等的滿足精確重構屬性的過濾器，然而對于我們來說，設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，我們對于需要設計的濾波器提出了高要求，要求我們設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，我們會優先選擇設計一個非線性非凸規劃來表征精確重構濾波器。
而設計這樣的一個濾波器，最重要的則是側重于優化問題的求解方法。
在最近幾年的發展中，我們綜合了幾種組合優化和全局優化的問題，并對此提出了一種類隨機搜索啟發式的計算方法。
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化問題，更好地解決不能設計出精確的重構原型濾波器的問題。
2 總結
在寬帶衛星通信系統中，如果我們很好地運用精確重構調制濾波器、濾波器多相分解的理論知識，并在此基礎上，有效運用好精確重構調制濾波的數字信道方法。
我們就可以突破傳統濾波器的束縛，適應非均勻帶寬信號的交換，也可以適應均勻帶寬信號交換的應用場景。
除此之外，我們還可以很明顯地感受到它的優勢：與傳統的數字信道方法相比，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當下人們的需求，也更能夠適應現有的用戶的要求。
另外，由于我們采用了多相分解技術，新的方法也更加的簡單，降低了運用的難度，從而提高了帶寬數字信道化器的性能，提高了寬帶衛星通信數字信道的技術。
參考文獻
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