空間資訊網路星載轉發器體制初探論文

　　1.透明轉發器

　　透明轉發的訊號交換過程是在模擬濾波器和中頻交換矩陣中實現的，如果訊號的載波頻率不發生大的改變，那麼訊號調製和解調的型別以及編碼譯碼的準則變化對透明轉發器影響甚微，這些特性造就了透明轉發器效能靈活，適應上下行鏈路通訊協議的能力較強[1]，因此，透明轉發器依舊是目前大多數衛星通訊系統的首要選擇方式，然而它也存在不可忽略的缺陷，比如星上訊號交換矩陣全部屬於硬連線範疇，且網路路由是固定選擇模式，使得系統不能隨著業務量的變化而變化，訊號交換頻寬一般情況下都需要佔用轉發器的全部頻寬，甚至以波束為單位進行訊號的交鏈，無法進行較為細緻的交換行為，此外，由於高功率放大器存在的非線性的問題，通常需要在多載波的情況下還必須採取一定的功率回退措施，導致系統容量、頻率資源利用率的部分降低。

　　2.再生式轉發器

　　再生式轉發器整個過程包括對訊號的解調、譯碼、編碼和調製等一系列處理單元，所以相比較透明轉發器而言，再生式轉發器可以有效地提高通訊系統的容量和頻率資源利用率，尤其是利用自適應編碼技術使得系統的效能進一步達到了提升，顯而易見，此種模式的星載處理器相比較透明轉發器來說，其物理層中訊號的處理單元是體現其優越效能的'核心技術，但是這種依賴物理層的星載處理器也存在很大的風險，如衛星在其服役的整個生涯過程中，一旦上下行鏈路的通訊協議進行了升級更新，則可能導致衛星通訊系統無法有效地收發資料，完全處於癱瘓狀態，從這方面來看，其適應性相比較透明轉發器來說差很多，目前，僅有少數的衛星搭載此類轉發器[2]。

　　3.數字通道化轉發器

　　透明轉發器和再生式轉發器既有突出的優點又有不可忽略的缺陷，那麼存不存在一種可以將這兩種方式結合在一起的辦法呢？伴隨軟體無線電知識的不斷更新，此問題有了最佳答案，即軟體定義有效載荷（SoftwareDefinepayload，SDP）方式，SDP的主要構思內容是將透明轉發器靈活性強但無法適應業務量變化的特點和再生式轉發器中的純依賴物理層提升系統容量的特點結合在一起，做到揚長避短，互相相容，從理論上提升轉發器處理訊號的效率，但是這種理想的轉發器方式在經過人們長時間研究和實踐操作之後，始終在裝置的體積、重量、功耗等難題上無法跨越，與SDP所描述的思想存在很大的差距，所幸的是，近年來數字訊號處理技術的不斷完善，同時伴隨著晶片製造工藝的日益精良，人們結合這兩種技術設計了數字通道化轉發器模型，並且透過它實現了部分SDP的功能。如圖1所示。

　　數字通道化轉發器的訊號處理過程具體內容為：衛星上行訊號經衛星接收天線的接收之後，將接收到的訊號送入低噪聲放大器中進行放大，之後將放大的訊號傳送給下變頻單元，從中改變訊號頻率，變為合適的中頻訊號，隨後系統又將模擬訊號轉換為數字訊號並送入數字域中進行處理，送進來的數字訊號經過通道解複用處理之後，進入數字通道交換單元，交換過後的訊號經過通道複用、數模轉換之後，變成了模擬中頻訊號，此中頻訊號經模擬上變頻、高功放放大，被饋入衛星發射天線，從而完成了整個星載訊號交換過程[3]。所以數字通道化器共分了三步驟完成：通道解複用（子通道分離）、通道交換（子通道交換）、以及通道複用（子通道綜合）。相比較透明轉發器而言（訊號交換時所佔據整個通道的頻寬），此種轉發器中訊號交換頻寬要節省得多，而且利用數字通道化技術能夠使得上行通道在衛星轉發器中被分為若干個子通道，其通道頻寬窄，便於系統根據實際情況進行合理地選擇配置，佔用一個或幾個通道進行通訊，對於轉發器中每個子通道的增益，可以被系統按需分配，系統複製單個子通道用來進行廣播、組播和抑制備用通道等，從而使得系統在數字域中對鏈路損耗進行一定的補償，降低高功率放大器的非線性效應，提高通訊靈活性和可靠性，達到衛星訊號與頻率資源之間的靈活互換。

　　參考文獻：

　　[1]陽志明，周坡，曹志剛.一種基於復指數調製精確重構濾波的寬頻星載數字通道化器[J].電子與資訊學報,2010,32(11):2554-2559．

　　[2]張飛,邊東明,張更新．星載柔性轉發器中一種近似精確重構原型濾波器的設計[J].電子與資訊學報,2013(03):171-176．

　　[3]張飛,邊東明,張更新等.非均勻通道增益控制的多載波衛星容量分析[J].宇航學報,2013,34(08):1122-1129．