宽带卫星通信数字信道化技术
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[摘 要]随着科技的发展，多年来，宽带卫星通信技术已经由开始的为有限地面站提供主干链路的自治通信系统发展为现在的大型网络系统的节点，这一发展可谓是巨大的进步。通信卫星在技术和结构等方面进行了很大的变化，在经过一系列的改变和调整之后，宽带卫星通信技术形成了多任务、多波束、多频段和多种信道规划等复杂性的特点。随着宽带卫星的这些复杂性和新特点的出现，卫星制造商和运营商对于卫星的通用性和灵活性的要求也越来越高，他们一方面降低卫星制造和运营的成本，另一方面又增加通信容量，减少运营花费来实现经济利益的最大化。
中图分类号：TN927.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0065-01
目前来说，透明弯管有效载荷仍为大多数的卫星通信系统提供技术保障，它所具有的灵活性和对物理层不具有很固定的依赖关系是人们选择使用它的一个很大的技术优势。但是迄今为止，只有少数的卫星通信系统采用了再生有效负荷，原因是卫星制造商和运营商承担的造价和风险太高。因此，研发出具有透明有效载荷的灵活性和再生有效载荷的高容量双重特性的卫星有效载荷就显得很有必要。在发展期间，我们发现数字信道化有效载荷可以利用数字信道化技术在数字域中实现信道复用、信道交换等功能，以此达到任意子信道从任意输入波束到任意输出波束的路由过程，或者是跨频段路由的目的。所以我们可以做一个大胆的猜想，数字信道化有效载荷将会成为下一代卫星通信的有效载荷，而数字信道化技术也将成为下一代卫星通信星载交换的关键技术。
1 数字信道化通信卫星的发展现状
数字信道化卫星有效载荷具有的灵活性和可以提高系统容量的特点使它成为了新一代的卫星有效载荷。而在一些商用和军事卫星通信系统中，也大多采用数字信道化技术，而且也掌握了卫星有效载荷设计中的关键和核心技术。在数字信道化技术中，不但有灵活的交换功能，还可以提高卫星通信系统的容量。但是随着科技的发展和时代的进步，人们对于数字信道化通信卫星的要求也越来越高，由此提出了一种“非均匀带宽”的概念来构建相应的数字信道化器结构。在卫星通信系统中，数字信道化技术通过运用数字信号处理方法实现了在传统透明转发方式下用模拟滤波器和中频交换矩阵实现信号交换的目的，是一种面向物理连接的新型星载交换技术。
1.1 非均匀带宽数字信道化技术
在许多采用数字信道化技术的卫星通信系统中，各窄宽用户信号带宽都是相同的。在我们平时进行应用时，人们打破了“均匀宽带”的束缚，让卫星上行信道中的各用户占用带宽可以进行随意的配置。在非均匀带宽数字信道化方法中，非均匀调制滤波器组的设计、信号的精确提取、准确的频谱搬移和低复杂度这几个方面是相互关联的，而这几个方面也是非均匀带宽数字信道化的重要组成部分。在调制滤波器中，它是以一种具有某种特性的滤波器为原型的，并且按照某种规律变化它的中心频率，以此得到一组滤波器，再采用复指调制的方法，得到精确重构复指数调制滤波器组，再进行子信道的分离和合成，通过这种方式的处理，它的精准率就得到了保障，信号恢复的精确度也就非常高了。在实际应用中，多相分解可以简化理论表述也可以降低实现过程中计算的复杂程度。而我们通过使用改变采样率则可以达到所有数字载波可以比较精确地去掉各子信道信号的载波，可以让后续的交换更加的方便。但是值得我们注意的是，数字信道化的内在特质决定了它的信号交换粒度不可能像再生交换方式那样达到比特级。
1.2 数字信道化卫星通信系统的链路可支持性
在传统的透明有效载荷中，高功能HPA的非线性效应严重阻碍了系统容量的提高，系统对频率资源和功率资源不能够很好地进行利用。与传统的透明有效载荷相比，数字信道化的有效载荷在结构上有了重大的变革，就是提高了系统的容量。这种结果的出现，我们可以看出数字信道化有效载荷的逐信道增益控制功能和备用信道的抑制功能起到了不可磨灭的作用。在卫星通信系统中，如果我们能够有效利用转发器，那么我们就可以为系统争取更多的链路余量，这样就提高了系统对频率资源的利用率。在逐信道增益控制中，为了解决大载波对小载波的抑制，扩大系统的容量，并且解决备用信道或者是空闲信道的抑制问题，在信道分离成为一个个互不相干的数字信道以后，可以分别被一定范围的数字增益作用。而所有的这些方法，在采用之后，就可以让系统获得更高的通信容量。
1.3 设计精确的重构原型滤波器
在运用调制滤波器组的信道化方法中，精确重构或者有关于精确重构滤波器的设计和相关研究是一个非常重要的内容及步骤，对于整个信道化方法的性能也起着不可或缺的作用，在很多时候甚至起到了决定性的作用。在平时的设计中，我们可以很容易地设计出没有阻带衰减、过渡带等的满足精确重构属性的过滤器，然而对于我们来说，设计出这样的滤波器虽然容易，但是对于我们平常的使用中，却没有太大的实用价值。在平常的实际使用中，我们对于需要设计的滤波器提出了高要求，要求我们设计的滤波器需要具有比较高的阻带衰减，或者是要有比较窄的过渡带宽。在一般情况下，我们会优先选择设计一个非线性非凸规划来表征精确重构滤波器。而设计这样的一个滤波器，最重要的则是侧重于优化问题的求解方法。在最近几年的发展中，我们综合了几种组合优化和全局优化的问题，并对此提出了一种类随机搜索启发式的计算方法。采用这种计算方法，我们可以得到较为精确的近似解，这样可以很大限度地解决滤波器的优化问题，更好地解决不能设计出精确的重构原型滤波器的问题。
2 总结
在宽带卫星通信系统中，如果我们很好地运用精确重构调制滤波器、滤波器多相分解的理论知识，并在此基础上，有效运用好精确重构调制滤波的数字信道方法。我们就可以突破传统滤波器的束缚，适应非均匀带宽信号的交换，也可以适应均匀带宽信号交换的应用场景。除此之外，我们还可以很明显地感受到它的优势：与传统的数字信道方法相比，新的方法具有涵盖信号分离、信号交换和信号合成的完整处理过程，使得新的方法能够更加全面地反应当下人们的需求，也更能够适应现有的用户的要求。另外，由于我们采用了多相分解技术，新的方法也更加的简单，降低了运用的难度，从而提高了带宽数字信道化器的性能，提高了宽带卫星通信数字信道的技术。
参考文献
[1] 党军宏，林敏，周坡等.一种基于频域滤波的宽带星载数字信道化器[J].宇航学报，2014，35（1）：91-97.
[2] 吕芝辉.宽带卫星通信数字信道化技术研究[J].网络安全技术与应用，2013，（7）：82-83.