《卫星通信与卫星网络》课件_第12章.pptxVIP

第12章卫星通信新技术;

12.1新型星上通信载荷技术;

天线反射面的直径取决于天线方向图的波束宽度、增益副瓣电平和相邻波束之间的距离。式(12-1)和式(12-2)给出了根据天线辐射方向图的半功率波束宽度、第一副瓣电平和相邻波束间距计算天线反射面直径尺度的近似公式:

其中,Dmax和Dmin分别为天线反射面口径的最大值和最小值,SL为相对于天线波束峰值的旁瓣电平值,θbmw为半功率波束宽度,θs为相邻波束间距,λ为工作波长。;

基本型馈源如图12-1所示,它用每个馈源形成一个波束,即波束数与馈源数一一对应。这种设计所提供的波束峰值增益比用一个最佳尺寸的单馈源喇叭所提供的增益低2~3dB。它主要受天线的限制,为了提高天线增益,需要增大馈源口径以减小馈源漏射;而为了改善天线相邻波束间的交迭电平,需要减小馈源口径,即使相邻馈源间的间距较小。采用基本型馈源的优点是馈电网络简单,缺点是交迭电平、峰值副瓣电平及天线辐射效率之间存在矛盾。;

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增强型馈源如图12-2所示。它是指采用一簇喇叭,而不是单个喇叭来产生一个波束。这种多波束天线的合波束可以在覆盖区内与各个子波束相对应的位置上同时产生。它通常由1个中心喇叭和6个喇叭构成喇叭阵列,这种馈源被认为是多波束天线的一种较好的选择,这是因为7个一组的馈源簇可以控制主瓣四周的副瓣电平。;

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辐射单元及其尺寸是多波束天线的关键参数之一,它直接影响多波束天线的射频性能。单元尺寸取决于天线的F/D和波束偏移因子(BDF,BeamDeviationFactor)。BDF与波束扫描角、馈源偏离天线焦点的物理尺寸以及天线的参数有关。BDF的计算公式如下:;;

对给定的天线参数、天线偏置角θoffset和波束间距θs,馈源间距为

馈源单元数取决于天线波束的覆盖区域和天线主反射面的直径,即

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早期卫星通信系统通常采用多波束天线(MBA)载荷来增加通信容量。图12-4给出了模拟弯管式MBA载荷结构示意图。;

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由图12-5可知,DC载荷位于MBA系统的中心,主要包括模/数转换器、数/模转换器、多波束信道去复用/复用器和数字信道化器。DC载荷可将输入波束的任何信道路由至输出波束的任何信道,同时可自动调整信道的绝对增益和相对增益。基于MBA的DC载荷技术与模拟弯管式MBA载荷技术的明显区别在于:前者的信号交换在数字域中实现,且交换频带可灵活变化;后者的信号交换在模拟域中实现,交换带宽通常为一个子频带带宽。;

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图12-6给出了数字信道化波束成形(DCB,DigitalChannelizerBeamformer)载荷结构示意图。;

图12-7给出了全再生处理(FRP,FullyRegenerativeProcessor)载荷结构示意图。;

图12-8给出了SDP载荷处理流程和架构,图中GPP表示通用处理器,GPU表示图形处理单元。;

为了获取星上SDR的专业知识,2012-年美国宇航局(NASA)将航天通信与导航(SCaN)试验台发送到国际空间站。SCaN试验台是采用新一代SDR技术的先进综合通信实验设备,可以在空间进行先进的通信、组网和导航技术研究、试验和验证。SCaN试验台上装有3部SDR电台,这些电台能采用信号处理硬件(如FPGA和DSP)和通用处理器对波形进行重构。;

12.2新型物理层技术;

卫星通信系统通过很远的距离传输数据,由于衰落、噪声和干扰等的影响,信号在传输过程中会产生严重的畸变,这就要求信号具有尽可能大的传输能量。但是由于受到卫星

体积和载重等方面因素的限制,卫星不可能给信号提供太大的能量,这就要求在功率受限的情况下采用具有强纠错能力的差错控制方法来保证信号误码率在允许的范围之内。信道

编码技术作为保证信息正确传输的有效手段被广泛应用于各种卫星通信系统,通过信道编码可以在有限带宽、低信噪比的条件下实现信息的低误码率传输,以达到节省发射机功率

的目的。;

随着卫星系统对误码性能要求的提高以及卫星平台受到功率和重量的约束,需要一种具有低误码率、低复杂度的高效信道编码技术。Turbo码和低密度奇偶校验(LDPC)码都被证实是性能接近香农限的纠错编码,切实可以在实际中应用。;

相对于Turbo码,LDPC码有以下优势:

(1)Turbo码的不足之处是在极低误码率的情况下性能开始下降,提高功率对改善误码率几乎没有帮助,这是由于低重量码字会引起错误平层(ErrorFloor),Turbo码的错误平层一般在10-6数量级,如果应用于类似场合中,需要和外码级联才能达到要求;而LDPC码具有更