卫星转发器设计精要.doc

实验一 卫星转发器仿真设计 一 设计思想 卫星转发器的任务是把接收信号放大，并利用变频器变换为下行频率再发射出去。通过Matlab可以对接受信号的下变频、中频放大、上变频、行波管放大等过程进行仿真。这里用到的行波管放大是一种非线性放大。通过仿真，可以验证转发器的原理，观察非线性放大带来的干扰。 二 实现流程 Figure 1 转发器整体框图 Figure 2 转发器具体实现流程 这里表示输入信号为9路DSB信号之和，代表9地球站的上行信号之和（采用FDMA制）。上行信号采用6GHz，相邻2路信号载波间隔为300MHz，DSB信号带宽为100MHz。 接收信号首先经过本地载波相干解调，再通过低通滤波器滤出低频部分，恢复出中频信号。之后经过中频线性放大，再进行上变频到4GHz。之后通过行波管功率放大。进行TWTA放大时应用非线性放大模型。 三 结论分析 Figure 3 图3显示了接收信号的时域波形和频谱。通过频谱可以看出，接收信号是一个以6GHz为中心的一簇信号。 Figure 4 图4显示了经过下变频之后的信号和其频谱。通过频谱可以看出，此时信号相当于集中分布在低频和高频段。假设一路信号为，则与6GHz相乘之后，得到： 则频谱分量中有低频，高频。为了得到中频信号，下一步进行带通滤波。 Figure 5 图5显示了经过下变频之后的信号再经过BPF之后得到的中频信号和其频谱。这里使用4阶的巴特沃斯带通滤波器，截止频率设为0.1GHz，2GHz。可以看到中频信号得到了很好的恢复。由于变频之后幅度有衰减，于是对信号进行线性放大，也就是乘以2倍。 Figure 6 图6显示了经过4GHz上变频的信号及其频谱，可以看到中频的已放大信号完全线性搬移到了4GHz频段上。 Figure 7 图7显示了经过TWTA放大的下行信号及其频谱。这里可以看到经过非线性放大之后，信号波形与放大前有了很大变化，且有了新的频谱分量，低旁瓣被放大。这里就必须考虑非线性放大效应。因此，作出了TWTA输出功率-输入功率以及TWTA相移-输入功率曲线图。可以看到，在较低输入功率段TWTA输出功率近似与输入功率成线性关系，但是在高输入功率段，出现了非线性部分。当输入功率较大时，相移也表现出非线性的关系，由于在一定条件下相移会转化为频率变化，即产生新的频率分量（AM/PM转换），所以才对于多载波输入时TWTA放大会引起频率上的干扰。 Figure 8 图8显示了非线性放大器的输入-输出功率和相移-输入功率曲线图。可以看到当输入功率大于-4dB后出现了明显的非线性特性，而且在输入功率为0dB时达到饱和。这时如果我们将输入功率回退到一定范围，则可以保证输出功率与输入功率近似成线性关系。因此我们将输入功率人为降低，也即回退到较小值。 Figure 9 图9中设定回退量为40dB。可以看出虽然还是有一些新的频率分量产生，但是干扰比较小。如果回退量继续增大，则干扰进一步减小直至没有（如回退60dB），但是会引起此时TWTA放大信号功率大幅减小。 四 思考题解答 思考卫星转发器的各种模型？ 双变频转发器 接收信号变换到中频，经过放大、限幅，然后变换到发射频率，再经行波管功率放大。 单变频转发器 接收信号直接放大，直接变频为下行频率，再经行波管功率放大。 处理转发器 接收信号变换到中频，进行相干检测和数据处理，从而得到基带数字信号，再调制到中频，再上变频到下行频率上。 这其中，单变频转发器适用于多载波输入的情形。处理转发器适用于数字卫星通信，通过解调、纠错、编码、调制一系列过程，有利于消除噪声积累。 处理转发器与透明转发器之间比较，须增加哪些模块？ 处理转发器由于要得到基带数字信号，还需要增加解调、调制模块。由于要进行数据处理，所以还需要检错、纠错模块。由于要对信号进行再编码，所以还需要加入信道编码模块。相当于进行了一个完整的解调、再调制过程。 五 源代码及说明 主函数 clear; close all; fs=1200; T=1/fs; Tp=1;%1S; N=Tp*fs; n=1:N; %% %产生9路DSB信号 df=30; x0=cos(600*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);%DSB x1=cos((600+df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T); x2=cos((600-df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T); x3=cos((600+2*df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T); x4=cos((600-2*df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T); x5=cos((600+3*df)*pi*n*T).*co