星上路由交换与处理技术

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1、第 4章 星 上 路 由 交 换 与 处 理 技 术 目 录一 、 星 上 交 换 技 术二 、 卫 星 网 络 路 由 技 术三 、 星 上 处 理 技 术四 、 星 载 转 发 器五 、 星 上 抗 干 扰 技 术 星 上 交 换 是 指 根 据 用 户 信 息 的 不 同 种 类 、 目 标 地 址 ，对 信 息 进 行 分 类 、 打 包 和 安 排 合 适 的 传 输 路 径 ， 完成 信 息 的 高 效 传 输 。 卫 星 系 统 的 业 务 数 据 、 信 令 、测 控 及 网 络 管 理 信 息 ， 其 交 换 均 在 星 上 完 成 。 对 于 星 载 基 带 交 换 ， 首

2、 先 要 将 射 频 信 号 变 成 中 频 ，解 调 后 得 到 基 带 信 号 ， 再 进 行 交 换 。 基 带 信 号 携 带目 标 信 息 ， 星 上 交 换 开 关 将 传 送 到 同 一 目 标 的 信 息打 包 ， 提 供 给 相 应 的 转 发 器 ， 经 过 调 制 并 上 变 频 后 ，发 往 相 应 的 目 标 。一 、 星 上 交 换 技 术 减 少 传 输 时 延 ， 星 载 多 波 束 通 过 交 换 来 改善 业 务 传 输 的 实 时 性 ， 解 决 大 容 量 的 信 息高 速 传 输 问 题 星 间 链 路 可 以 扩 大 覆 盖 范 围 ， 星 间 路

3、由 需要 星 上 交 换 来 完 成 上 下 行 链 路 可 以 选 择 不 同 的 频 段 和 带 宽 ，且 用 户 和 用 户 之 间 的 业 务 交 换 不 必 经 过 关口 站 进 行 ， 频 率 利 用 效 率 高星 上 交 换 的 意 义 星 上 交 换 需 考 虑 的 因 素 业 务 类 型 语 音 业 务 ： 电 路 交 换 低 速 数 据 业 务 ： 分 组 交 换 宽 带 多 媒 体 业 务 ： ATM快 速 分 组 交 换 业 务 量 小 业 务 量 ： 电 路 或 分 组 交 换 大 业 务 量 ： ATM交 换 网 络 结 构 星 形 结 构 ： 交 换 在 关 口

4、站 进 行 网 状 结 构 ： 主 要 的 交 换 在 星 上 进 行 ， 地 面 关 口 站 主 要 承担 系 统 内 用 户 与 系 统 外 用 户 之 间 的 接 口 及 简 单 交 换 任 务 星 上 交 换 的 实 现 方 法 对 微 波 射 频 信 号 进 行 交 换 转 发 器 装 载 具 有 交 换 功 能 的 受 控 微 波 开 关 矩 阵 ，在 多 波 束 卫 星 上 利 用 动 态 接 续 矩 阵 进 行 波 束 射 频信 号 的 交 换 对 基 带 信 号 进 行 交 换 将 星 上 接 收 的 所 有 射 频 信 号 进 行 下 变 频 到 中 频 ，解 调 得 到

5、基 带 信 号 后 再 交 换 宽 带 卫 星 通 信 中 的 交 换 轨 道 位 置 ： 东 经 119.5o 卫 星 容 量 45 Gbps (前 向 25/回 传 20，支 持 1300万 用 户 ) 以 上 为 使 用 120cm天 线 计 算得 出 的 标 称 容 量 94个 波 束 覆 盖 整 个 亚 太 地 区 84 个 点 波 束 3 个 成 形 波 束 7 个 广 播 波 束 以 及 18 个 Ka-band馈 电 波 束IPSTAR-1卫星宽 带 卫 星 通 信 是 未 来 的 重 点 发 展 方 向 之 一 ， 需 要 很 高 的 EIRP和 G /T值 ， 点 波束 可

6、 以 满 足 此 要 求 。 信 息 交 换 在 波 束 之 间 进 行 ， 不 仅 在 同 一 波 束 的 不 同 用 户之 间 进 行 ， 还 要 在 不 同 波 束 用 户 之 间 进 行 。 以 IPSTAR系 统 为 例 说 明 。 IPSTAR-1卫 星 对 中 国 的 覆 盖 点波束成形波束广播波束 l 23个 Ku波 段 双 向点 波 束 覆 盖 中 国中 东 部 地 区l 1个 Ku波 段 单 向 广播 波 束 重 叠 覆 盖中 东 部 地 区l 1个 双 向 成 形 波 束覆 盖 中 国 西 部 地区l 通 信 容 量 :约 12Gbpsl 3个 关 口 站 ： 北 京 、

7、上 海 、 广 州 星 上 交 换 体 制 星 载 电 路 交 换 星 载 分 组 交 换 星 载 ATM交 换 星 载 IP交 换 星 载 MPLS 收 发 双 方 在 通 信 前 建 立 一 条 被 双 方 独 占 的 物 理 传 送 通路 ， 占 用 资 源 可 以 是 时 隙 /子 频 带 /扩 频 码 。 若 利 用 时隙 来 承 载 业 务 ， 在 通 信 过 程 中 该 时 隙 由 收 发 双 方 固 定使 用 ， 只 有 当 双 方 通 信 结 束 ， 其 他 用 户 才 能 再 用 。 网络 资 源 利 用 效 率 较 低 。 在 星 间 链 路 切 换 时 ， 需 要 重

8、新 进 行 时 隙 电 路 的 分 配 和大 量 的 信 令 处 理 ， 用 户 的 服 务 质 量 很 难 得 到 保 证 。 现 有 星 载 电 路 交 换 技 术 星 载 交 换 时 分 多 址 （ SS/TDMA） 星 载 交 换 频 分 多 址 （ SS/FDMA） 星 载 交 换 码 分 多 址 （ SS/CDMA）星 载 电 路 交 换 l星 上 交 换 时 分 多 址 （ SS-TDMA） 交 换 矩 阵 示 意 图 通路时段上行 下行波束 波束上行 下行波束 波束上行 下行波束 波束上行 下行波束 波束T1 1 2 2 1 3 4 4 3T2 1 3 2 2 3 1 4 4T

9、3 1 4 2 3 3 2 4 1T4 1 1 2 4 3 3 4 2不 同 时 隙 的 开 关 连 接 状 态 星 上 交 换 频 分 多 址 (SS-FDMA)WGS的 星 载 交 换 实 现 示 意 图（ 以 2个 星 地 上 行 链 路 信 道 和 2个 星 地 下 行 链 路 信 道 为 例 ） 星 地 上 行 链 路 信 号 采 用 FDMA方 式 ， 任 何 一 个 用 户 的 信 号 可 以 占 用 1个或 者 相 邻 的 几 个 子 频 带 ， 属 于 不 同 用 户 的 子 频 带 之 间 具 有 保 护 间 隔 。 星 载 电 路 交 换 的 优 缺 点 优 点 不 需

10、要 在 业 务 信 号 中 携 带 通 信 协 议 星 上 设 备 可 靠 性 高 ， 费 用 较 低 缺 点 每 次 建 立 链 路 需 要 通 过 控 制 信 道 向 中 心 站 申 请 ，信 道 频 繁 切 换 时 效 率 低 不 在 星 上 解 调 ， 会 使 噪 声 累 加 ， 传 输 性 能 恶 化 难 以 实 现 链 路 资 源 的 统 计 复 用 星 载 分 组 交 换 星 载 分 组 交 换 ： 以 数 据 分 组 为 交 换 单 位 ， 数 据 分 组携 带 源 地 址 、 目 的 地 址 等 信 息 ， 在 星 上 交 换 节 点 采用 存 储 转 发 的 传 输 方 式

11、 。 基 于 统 计 复 用 技 术 ， 分 组通 过 排 队 、 调 度 等 处 理 共 享 带 宽 资 源 。 分 为 星 载ATM交 换 和 星 载 IP交 换 。 星 载 ATM交 换 ： ATM信 元 为 53字 节 的 定 长 短 包 ， 实 现 对链 路 资 源 的 时 分 统 计 复 用 。 在 星 上 完 成 多 路 复 用 /分 接 、信 道 编 码 /解 码 、 星 上 快 速 分 组 交 换 。 星 载 IP交 换 ： 将 数 据 封 装 在 传 输 层 协 议 数 据 单 元 中 ， 然后 添 加 IP控 制 信 息 ， 形 成 IP分 组 。 路 由 是 核 心 ，

12、 路 由 器节 点 对 分 组 进 行 选 路 、 转 发 以 及 路 由 表 的 管 理 。 星 载 分 组 交 换 必 须 优 化 设 计 信 元 的 长 度 和格 式 以 适 应 卫 星 通 信 系 统 的 业 务 信 息 流 程 、应 用 特 点 和 要 求 可 以 采 用 两 类 长 度 的 定 长 包 格 式 来 承 载 各类 业 务 、 信 令 、 测 控 和 网 管 信 息 的 传 送 短 包 负 责 承 载 时 延 敏 感 的 低 速 话 音 业 务 长 包 针 对 数 据 业 务 、 系 统 信 令 、 测 控 和 网 络 管理 信 息 的 数 据 类 信 息 传 送 星

13、载 分 组 交 换 的 优 缺 点 优 点 对 链 路 带 宽 资 源 采 用 时 分 统 计 复 用 ， 能 够 实 现带 宽 的 按 需 分 配 星 地 上 下 行 链 路 分 开 设 计 ， 实 现 各 自 的 最 优 化 缺 点 系 统 实 现 与 特 定 的 体 制 相 关 联 ， 星 上 交 换 软 件升 级 困 难 星 载 分 组 交 换 需 要 解 调 、 译 码 变 成 基 带 后 交 换 ，交 换 完 成 后 需 要 重 调 制 、 重 编 码 ， 增 加 了 星 上载 荷 及 系 统 的 复 杂 性 电 路 交 换 和 分 组 交 换 的 比 较 效 率 ： 电 路 交

14、换 为 固 定 复 用 ,利 用 效 率 低 ； 分 组 交 换为 统 计 复 用 ,利 用 效 率 高 。 切 换 ： 电 路 交 换 切 换 时 需 要 复 杂 的 信 令 处 理 重 新 进 行电 路 的 建 立 、 维 护 和 拆 除 ,实 现 切 换 较 复 杂 。 分 组 交换 不 需 要 复 杂 的 信 令 处 理 ,实 现 切 换 较 简 单 。 业 务 接 入 ： 电 路 交 换 较 难 实 现 ,分 组 交 换 较 易 实 现 。 结 论 ： 分 组 交 换 比 电 路 交 换 在 效 率 、 切 换 和 业 务 接 入几 个 方 面 有 较 大 的 优 势 。 多 协 议

15、 标 签 交 换 （ Multi-protocol Label Switching, MPLS） MPLS结 合 ATM与 IP两 种 技 术 ， 采 用 定 长 标 签 ， 将第 2层 交 换 和 第 3层 路 由 结 合 起 来 ， 在 ATM层 上 直 接承 载 IP业 务 ， 既 支 持 网 络 层 的 “ 多 种 协 议 ” ， 又 支持 第 2层 的 多 种 链 路 层 技 术 将 数 据 传 输 与 路 由 计 算 分 开 ， 面 向 连 接 ， 保 证 QoS 利 用 标 记 作 为 标 识 ， 通 过 路 由 表 寻 找 下 一 跳 ， 引 导数 据 高 速 、 高 效 传

16、输 支 持 大 规 模 层 次 化 的 网 络 拓 扑 结 构 ， 标 签 合 并 机 制支 持 不 同 数 据 流 的 合 并 传 输 在 QoS方 面 ， IP交 换 不 如 ATM和 MPLS 在 实 现 复 杂 度 方 面 ， ATM和 MPLS相 近 ， 但是 ATM要 比 MPLS更 加 成 熟 稳 定三 种 交 换 方 式 比 较 二 、 卫 星 网 络 路 由 技 术离散时间动态虚拟拓扑路由方案DT-DVTR时间虚拟化通信链路切换触发更新 无负载平衡功能基于逻辑位置的分布式路由方案（DRA）空间虚拟化(覆盖区域虚拟化)数据传输触发更新分布式负载平衡 离散时间动态虚拟拓扑路由方案

17、 DT-DVTR算法就是根据卫星运行的周期性，把整个卫星运行周期分成K个等间隔t, t=T/K，其中T是卫星运行一圈所需时间。假定星座状态的变化都发生在每个t开始的时刻。 所有卫星向运行方向每移动22.5就会有两组水平环进入极区同时两组水平环出极区。在任意时刻都有两组水平环处于极区位置。T1=115/(360/22.5)=7.1875min一个周期内共分360/22.5=16个时间片。但是经过分析可以发现第1个时间片与第9个时间片在卫星网络的连接关系是相同的，第2个和第10个也是相同的，以此类推， 因此一共仅需8个时间片即可表示空间段中所有卫星网络拓扑情况。 离散时间动态虚拟拓扑路由方案(续)

18、 离散时间动态虚拟拓扑路由方案(续) 优点：DT-DVTR算法利用卫星运动的规律性降低星上路由计算的复杂度，采用最短路径方式确定数据包的传输路径，因此在正常情况其时延有优势缺点：不能适应突发性错误改进思路卫星识别本节点的发送队列情况利用应答机制删除路径重新解算最优路径离散时间动态虚拟拓扑路由方案(续) 基于逻辑位置的分布式路由算法基于逻辑位置的分布式路由算法（DRA）是对覆盖区域虚拟化，其优点是无需预先进行路由计算，根据路由策略以及流量负载、故障等情况实时选择路径，适应性较强，所需的存储空间较小。其缺点是，由于路由计算利用局部状态信息，所以路由不一定最优，而且对星上的处理能力要求较高。 逻辑区

19、域划分：按照卫星排列情况，将地球表面划分为48个区域。对每个逻辑区用(P, S)表示。 l 逻 辑 位 置 更 新 ： 对 S进 行 更 新 ， Ts1=Tp/M； 对 P进 行 更 新， Th2=Te/(2N)。基于逻辑位置的分布式路由算法(续) 在DRA算法中，卫星将对每一个到来的包进行独立地处理，决定其下一跳的方向。下一跳的决定包含三个步骤：方向估计方向增强拥塞避免 DRA算法对卫星失效提出了重路由策略基于逻辑位置的分布式路由算法(续) 存 储 转 发 和 基 带 处 理 ， 如 信 息 压 缩 和 重 新组 帧 、 信 令 处 理 、 路 由 选 择 星 上 再 生 处 理 ， 如 星

20、 上 解 调 /重 调 制 ， 解 码 /重 编 码 、 解 交 织 /重 交 织 等 调 制 方 式 的 变 换 ， 如 上 行 QPSK， 下 行16APSK 多 址 方 式 的 变 换 ， 如 上 行 FDMA， 下 行TDMA 速 率 变 换 ， 如 将 低 速 上 行 信 道 变 换 成 高 速下 行 信 道三 、 星 上 处 理 （ OBP） 技 术 星 上 处 理 关 键 技 术 高 性 能 星 上 接 收 技 术 波 束 成 形 技 术 比 特 再 生 处 理 解 调 /重 调 制 解 码 /重 编 码 解 交 织 /重 交 织 星 间 链 路 技 术 ： 链 路 建 立 、

21、捕 获 、 跟 踪 星 上 网 络 控 制 技 术 （ 含 网 络 协 议 ） 转 发 器 接 收 来 自 地 面 的 无 线 电 波 ， 经 过 放 大 后 ，变 换 频 率 再 向 地 面 发 射 ， 相 当 于 一 个 微 波 中 继 站 。 星 载 转 发 器 由 输 入 设 备 、 调 制 设 备 、 本 振 设 备 、放 大 设 备 和 发 射 设 备 组 成 ， 可 以 转 发 两 地 或 多 地的 电 报 、 电 话 、 数 据 、 传 真 、 电 视 、 广 播 等 多 类业 务 。 四 、 星 载 转 发 器 转 发 器 的 数 量 越 多 ， 卫 星 的 通 信 能 力

22、就 越 大 。 星 载 转 发 器 少 于 12个 ， 功 率 小 于 1000瓦 的 通 信 卫星 称 为 小 容 量 卫 星 ； 有 24个 转 发 器 ， 功 率 在10003000瓦 之 间 的 卫 星 称 为 中 容 量 通 信 卫 星 ； 有48个 转 发 器 ， 功 率 在 30007000瓦 之 间 的 卫 星 称 为大 容 量 通 信 卫 星 ； 转 发 器 多 于 48个 ， 功 率 在 7000瓦 以 上 的 称 为 超 大 容 量 通 信 卫 星 。 东 方 红 三 号 有 24个 C波 段 转 发 器 ， 6个 电 视 和 18个通 信 传 输 信 道 ， 传 输 6

23、套 彩 色 电 视 节 目 和 15000路电 话 或 电 报 、 传 真 、 数 据 信 号 ， 工 作 寿 命 为 8年 。转 发 器 数 量 与 系 统 容 量 的 关 系 卫 星 转 发 器 类 型 透 明 转 发 器 （ 弯 管 式 转 发 器 ） 处 理 转 发 器 非 再 生 式 处 理 转 发 器 ： 不 对 上 行 信 号 进 行 解 调处 理 ， 例 如 ， SS/TDMA， SS/FDMA，SS/CDMA， 天 线 调 零 等 再 生 式 处 理 转 发 器 ： 对 上 行 信 号 进 行 解 调 处 理 ，再 生 数 字 信 息 流 ， 转 发 器 对 再 生 的 信

24、息 重 新 调制 、 放 大 后 送 入 下 行 链 路 。 透 明 转 发 器 （ 弯 管 式 转 发 器 ）结 构 简 单性 能 可 靠适 用 于 卫 星 有 效 载 荷 和 电 源 功 率 严 重 受 限 的 情 况抗 干 扰 能 力 差 处 理 转 发 器结 构 相 对 复 杂将 上 行 信 号 处 理 后 再 转 发 给 地 球 站 （ 终 端 ） 或 其 它 卫 星信 号 处 理 一 般 在 中 频 或 基 带 进 行具 有 抗 干 扰 能 力两 种 转 发 器 特 点 比 较 （ 一 ） 透 明 转 发 器 （ 弯 管 式 转 发 器 ）星 载 透 明 转 发 器 结 构 图 透

25、 明 转 发 器 （ 弯 管 式 转 发 器 ） 原 理 方 框 图 透 明 转 发 器 的 非 线 性 特 性 转 发 器 功 放 非 线 性 转 发 器 所 用 的 功 放 一 般 都 具 有 非 线 性 效 应 当 输 入 信 号 功 率 低 于 某 一 电 平 （ 饱 和 点 ） 时 ，转 发 器 的 功 放 近 似 工 作 在 线 性 区 当 输 入 信 号 功 率 超 过 该 电 平 时 ， 功 放 就 进 入 饱和 区 或 过 饱 和 区 ， 此 时 大 信 号 压 缩 小 信 号 ， 并出 现 大 量 互 调 分 量 星 上 高 功 率 放 大 器 的 典 型 特 性 透 明

26、转 发 器 的 AM-AM、 AM-PM效 应 和 互 调 分 量 当 放 大 器 工 作 在 接 近 饱 和 点 时 ， 输 出 信 号 瞬 时 幅 度 是 输 入信 号 瞬 时 幅 度 的 非 线 性 函 数 ， 表 示 为3 5 o i i iv av bv cv其 中 a、 b、 c等 是 常 数 ， 并 交 替 取 正 、 负 值 ， 且 ，具 体 的 放 大 器 对 应 不 同 的 常 数 和 阶 数 ， 尽 可 能 逼 近 实 际 的 输入 与 输 出 。 这 种 非 线 性 幅 度 转 移 特 性 称 为 AM-AM转 换 效 应 。此 外 ， 输 入 信 号 包 络 的 变

27、化 会 引 起 输 出 信 号 相 位 的 变 化 ， 这种 调 幅 调 相 作 用 称 为 AM-PM转 换 效 应 。 设 x(t)和 y(t)分 别 为 输入 和 输 出 ， A(t)是 输 入 信 号 包 络 ， (A)是 由 AM-PM转 换 效 应引 起 的 相 移 ， 则 a b c 0cosx t A t w t 0( ) ( )cos ( )y t A t w t A 2 2( ) ( )/ 1 ( )A A t A t 4.0, 9.1 单 载 波 情 况 只 考 虑 一 个 载 波 ， 采 用 非 线 性 函 数 ， 当 输 入 信 号 为 x(t) Asinw0t时 ，

28、 若 忽 略 3w0t 项 以 上 的 高 次 项 （ 高 次 项 被 滤 波 器滤 除 ） ， 则 输 出 为 30 i iv av bv 3 3 03 0( ) ( ) ( ) 3 /4 sin aA+3bA /4 siny t ax t b x t aA bA w tw t 输 出 信 号 的 平 均 功 率 为 ： 2 230 1 3 /4 3 /22 i iP aA bA P a b P 其 中 ， Pi = A2/2为 输 入 信 号 的 平 均 功 率 。输 出 信 号 的 平 均 功 率 是 输 入 信 号 平 均 功 率 的 函 数 ， 当 输 入 信 号 平均 功 率 从

29、小 变 大 时 ， 输 出 信 号 平 均 功 率 也 逐 渐 变 大 ， 当 接 近 功 放饱 和 区 时 ， 输 出 信 号 平 均 功 率 接 近 最 大 值 ， 并 不 再 随 输 入 信 号 平均 功 率 的 增 加 而 变 化 ， 最 大 输 出 功 率 值 称 为 饱 和 输 出 功 率 。 多 载 波 情 况 考 虑 多 个 载 波 ， 输 入 信 号 表 示 为 x(t) = Asinw1t+Bsinw2t+Csinw3t+ 。 根 据 非 线 性 函 数 ， 则 输 出 为3 50 i i iv av bv cv 3 5( ) ( ) ( ) ( )y t ax t bx

30、t cx t 从 上 式 可 看 出 ， 由 于 转 发 器 功 放 的 非 线 性 作 用 ， 在 输 出 中 除 了 原来 的 频 率 分 量 以 外 ， 还 产 生 了 新 的 频 率 分 量 ， 这 些 新 频 率 为 输 入各 个 载 波 的 频 率 组 合 ， 称 为 互 调 干 扰 。 当 转 发 器 的 中 心 频 率 远 大于 其 带 宽 时 ， 只 有 奇 次 项 互 调 分 量 才 会 落 入 转 发 器 频 带 内 ， 其 中由 三 次 方 项 产 生 的 互 调 分 量 对 系 统 的 影 响 最 大 ， 其 落 入 转 发 器 频带 内 的 组 合 频 率 为 2f

31、 i - fj 和 fi + fj - fk。三 阶 和 五 阶 互 调 分 量 在 多 载 波 情 况 下 ， 除 了 由 于 幅 度 非 线 性 产 生 的 互 调 频 率 分 量 以 外 ，根 据 TWTA的 相 位 特 性 ， 由 于 多 载 波 信 号 的 包 络 是 波 动 的 ， 因 此通 过 透 明 转 发 器 时 各 个 载 波 都 会 引 入 变 化 的 相 移 ， 也 会 产 生 新 的频 率 分 量 。当 输 入 信 号 为 两 个 等 幅 载 波 时 ， 。采 用 非 线 性 函 数 ， 经 过 转 发 器 的 输 出 信 号 ， 频 率 为w1和 w2的 信 号 幅

32、 度 为 ： 1 2( ) sin sin (A=B)x t A wt B w t 30 i iv av bv 21, 2 1 9 /4 (2)w w i iA aA b a A 其 每 一 个 输 出 载 波 的 平 均 功 率 为 ： 29 /2 (3)o i iP P a b P 其 中 Pi = A2/2 为 单 个 输 入 载 波 信 号 的 平 均 功 率 。 对 （ 3） 式 求 导数 ， 得 到 当 Pi = -2a/(27b) 时 ， 每 一 个 载 波 的 输 出 功 率 达 到 最 大 (为 -8a3/243b)。 同 单 载 波 情 况 相 比 ， 两 个 等 幅 载

33、波 每 个 的 饱 和 输 入 功率 是 单 载 波 饱 和 输 入 功 率 的 1/3， 总 饱 和 输 入 功 率 为 单 载 波 饱 和 输入 功 率 的 2/3， 总 饱 和 输 出 功 率 也 是 单 载 波 饱 和 输 出 功 率 的 2/3。 对 抗 透 明 转 发 器 AM-AM、 AM-PM和 互 调 分 量 影 响 的 措 施 采 用 功 率 补 偿 技 术 。 控 制 进 入 转 发 器 的 信 号 总 功率 ， 使 其 离 开 饱 和 工 作 点 ， 减 小 非 线 性 的 影 响 。在 多 载 波 工 作 时 ， 输 入 总 功 率 和 输 出 总 功 率 总 是比

34、单 载 波 的 饱 和 输 入 、 饱 和 输 出 功 率 低 ； 利 用 预 失 真 技 术 修 正 行 波 管 特 性 。 在 行 波 管 放 大器 前 接 入 与 之 相 反 幅 度 和 相 位 特 性 的 器 件 和 网 络 ，对 行 波 管 放 大 器 的 非 线 性 特 性 进 行 校 正 ； 载 波 优 化 排 列 。 采 用 优 化 的 载 波 不 等 间 隔 排 列 方法 ， 使 互 调 分 量 落 在 有 用 信 号 的 带 外 。 （ 二 ） 处 理 转 发 器 具 有 交 换 和 处 理 的 功 能 处 理 转 发 器 分 类 载 波 处 理 转 发 器比 特 流 处

35、理 转 发 器全 基 带 处 理 转 发 器 三 种 处 理 转 发 器 比 较 载 波 处 理 转 发 器以 载 波 为 单 位 直 接 对 射 频 信 号 进 行 处 理具 有 星 上 载 波 交 换 能 力 比 特 流 处 理 转 发 器增 加 了 解 调 和 再 调 制 功 能可 能 包 括 译 码 和 重 编 码 设 备 等 全 基 带 处 理 转 发 器具 有 基 带 信 号 处 理 和 交 换 能 力存 储 、 压 缩 、 交 换 、 信 令 处 理 、 重 组 帧 等具 有 星 上 再 生 能 力 ， 例 如 解 调 /重 调 制 ， 译 码 /重 编 码 解 调 再 调 制

36、转 发 器 结 构l解 调 -再 调 制 转 发 器 l星 载 路 由 器 星 载 中 频 路 由 转 发 器 具 有 动 态 波 束 形 成 的 星 载 转 发 器 五 、 星 上 抗 干 扰 技 术卫 星 通 信 系 统 面 临 的 干 扰 威 胁 示 意 图 根 据 干 扰 机 位 置 对 干 扰 分 类 地 基 干 扰 地 面 固 定 、 车 载 和 舰 载 等 大 型 的 干 扰 站 ： 比 较隐 蔽 ， 干 扰 功 率 大 ， 上 行 干 扰 空 基 干 扰 电 子 战 飞 机 、 升 空 平 台 ： 机 动 灵 活 ， 易 于 实 施突 发 性 干 扰 ， 干 扰 功 率 较 大

37、 ， 下 行 干 扰 或 上 行跳 频 链 路 干 扰 天 基 干 扰 航 天 器 和 低 轨 卫 星 ： 干 扰 时 间 受 限 ， 干 扰 功 率较 小 ， 但 有 距 离 优 势 ， 上 下 行 干 扰 干 扰 方 式 和 干 扰 信 号 样 式 干 扰 方 式 压 制 性 干 扰 根 据 干 扰 信 号 频 谱 宽 度 相 对 于 被 干 扰 的 通 信 接 收 机 带 宽 的 比 值关 系 ， 分 为 窄 带 瞄 准 式 干 扰 和 宽 带 阻 塞 式 干 扰 根 据 干 扰 信 号 作 用 时 间 不 同 ， 分 为 连 续 波 干 扰 和 脉 冲 干 扰 欺 骗 式 干 扰 转

38、发 式 欺 骗 干 扰 产 生 式 欺 骗 干 扰 干 扰 信 号 样 式 单 音 干 扰 、 多 音 干 扰 、 宽 带 噪 声 干 扰 、 窄 带 噪 声 干 扰 、部 分 频 带 噪 声 干 扰 、 脉 冲 干 扰 、 转 发 式 干 扰 、 跟 踪 式干 扰 卫 星 通 信 系 统 接 收 机 遭 受 的 有 意 干 扰 方 式 星 上 功 率 掠 夺 现 象 透 明 转 发 器 具 有 非 线 性 特 性 ， 当 转 发 器 的 功 放 进入 饱 和 区 以 后 ， 大 信 号 压 缩 小 信 号 ， 并 出 现 大 量互 调 分 量 。 当 干 扰 信 号 和 通 信 信 号 一

39、起 通 过 透 明转 发 器 时 ， 会 同 时 被 高 功 率 放 大 器 (HPA)放 大 。 由于 干 扰 信 号 幅 度 一 般 远 大 于 通 信 信 号 ， 总 的 输 入信 号 将 转 发 器 推 向 饱 和 区 或 过 饱 和 区 ， 使 有 用 输出 功 率 大 大 降 低 。 对 于 透 明 转 发 器 系 统 ， 干 扰 方 的 上 行 干 扰 信 号 不仅 可 以 直 接 用 于 干 扰 通 信 信 号 ， 而 且 还 可 以 利 用阻 塞 干 扰 “ 吃 掉 ” 星 上 的 功 率 资 源 ， 使 通 信 无 法正 常 进 行 ， 这 一 现 象 称 为 星 上 功

40、率 “ 掠 夺 ” 现 象 。 干 扰 对 透 明 转 发 器 的 影 响 当 干 扰 信 号 频 谱 同 通 信 信 号 频 谱 无 重 叠 时 ， 干 扰在 信 号 频 带 之 外 ， 此 时 带 外 干 扰 不 仅 压 缩 信 号 ，产 生 功 率 “ 掠 夺 ” 现 象 ， 使 信 噪 比 减 小 ， 还 会 产生 大 量 的 互 调 分 量 。 当 干 扰 信 号 频 谱 同 通 信 信 号 频 谱 重 叠 时 ， 干 扰 信号 在 “ 掠 夺 ” 星 上 功 率 的 同 时 ， 还 会 对 通 信 信 号造 成 直 接 干 扰 。 卫 星 通 信 系 统 抗 干 扰 措 施 透 明

41、 转 发 器 抗 干 扰 技 术 自 适 应 调 零 空 间 滤 波 技 术 干 扰 源 定 位 与 自 适 应 调 零 一 体 化 实 现 方 案 采 用 时 域 和 变 换 域 的 星 上 干 扰 消 除 技 术 星 上 信 道 化 干 扰 陷 波 技 术 Smart AGC技 术 基 于 变 换 域 的 干 扰 消 除 技 术 采 用 DS、 FH等 扩 频 信 号 传 输 体 制 采 用 先 进 的 编 码 和 调 制 技 术 基 于 再 生 处 理 转 发 器 的 宽 带 跳 频 （ FH） 技 术 基 于 再 生 处 理 转 发 器 的 直 扩 （ DS） 技 术 干 扰 源 定

42、位 与 自 适 应 调 零 一 体 化 实 现 方 案基 于 信 号 到 达 方 向 波 束 形 成 技 术 的 调 零 天 线 基 于 信 号 到 达 方 向 波 束 形 成 技 术 的调 零 天 线 实 现 方 案 首 先 采 用 干 扰 源 定 位 技 术 获 得 干 扰 信 号 的 DOA信息 ， 然 后 将 这 些 信 息 用 于 自 适 应 权 值 的 计 算 ， 实现 自 适 应 调 零 。 调 零 天 线 实 现 过 程 将 多 波 束 天 线 接 收 的 N路 信 号 进 行 高 分 辨 二 维 （ 方 位 角和 仰 角 ） 方 向 估 计 获 得 有 用 信 号 和 干 扰

43、 的 方 向 信 息 ； 区 分 信 号 方 向 和 干 扰 方 向 ； 将 信 号 方 向 的 输 出 约 束 为 所 需 值 ， 而 将 干 扰 方 向 的 输出 约 束 为 零 ， 计 算 波 束 加 权 矢 量 ； 由 波 束 加 权 矢 量 对 N个 波 束 进 行 加 权 求 和 。 基 于 信 号 到 达 方 向 的 波 束 形 成 算 法 多 波 束 天 线 的 数 学 模 型 假 设 多 波 束 天 线 焦 平 面 上 的 馈 源 数 目 为 N（ N个 波 束 ） ， 空 间 有 d个 窄 带 辐 射 源 （ dN） ， 中 心 频 率 在 已 知 角 频 率 w0附 近

44、， 相 应 的DOA参 数 分 别 为 ， 其 中 表 示 第 k个 辐 射源 的 方 位 角 和 仰 角 。 在 时 刻 n， 第 i个 波 束 的 输 出 信 号 为 ：1 2 d ， , Tk k k 1di i k k ikx n a s n n n 式 中 ， sk(n)为 第 k个 辐 射 源 的 信 号 形 式 ， ni(n)为 第 i个 波 束 接 收 通 道的 加 性 高 斯 白 噪 声 ， ai(k)为 第 k个 辐 射 源 在 第 i个 波 束 的 二 维 空 间 响应 函 数 。 对 于 多 波 束 天 线 ， ai(k)可表示为： 1i k J uDa u 2 2si

45、n k i k iDu ， 其 中 ，J1(. )为 第 一 类 一 阶 贝 塞 尔 函 数 ； 为 天 线 效 率 ； D为 天 线 孔 径 大 小 ；为 辐 射 源 信 号 波 长 ； i,i代 表 第 i个 波 束 指 向 中 心 。 基 于 信 号 到 达 方 向 的 波 束 形 成 算 法 （ 续 ） 将 多 波 束 天 线 在 时 刻 n接 收 的 N个 点 波 束 的 响 应 信 号 写 成矢 量 ， 则 x n A s n n n 1 2 TNx n x n x n x n 1 2 TNn n n n n n n n 其 中A()的 d个 N 1列 矢 量 使 多 波 束 天

46、线 对 应 于 从 d个 不同 入 射 方 向 信 号 的 响 应 矢 量 。 Tnnn d21 sssns daaa 21A dkaaaa TkNkkk ,2,121 基 于 信 号 到 达 方 向 的 波 束 形 成 算 法 （ 续 ） 零 向 波 束 合 成 器 假 设 已 知 有 p个 期 望 信 号 入 射 到 天 线 上 ， 其 电 波 到 达 方向 分 别 为 （ 1,p） ， 且 有 q个 干 扰 信 号 ， 其 来 波 到达 方 向 为 （ p+1,p+q） 。 期 望 信 号 和 干 扰 信 号 的 总数 要 小 于 多 波 束 天 线 的 点 波 束 个 数 ， 即 p+

47、qN。 零 向 波束 合 成 器 的 准 则 要 求 同 时 满 足 1 1, ,0 1, , H kH kW a k pW a k p p q 是 多 波 束 天 线 的 加 权 系 数 矢 量 ， 是 多 波 束 天 线 在方 向 k上 的 方 向 响 应 矢 量 。 上 式 保 证 天 线 在 期 望 信 号 方向 的 增 益 为 1， 而 在 干 扰 信 号 的 来 波 方 向 响 应 为 零 ， 从 而抑 制 干 扰 。W ka 星 上 信 道 化 干 扰 陷 波 技 术星 上 信 道 化 干 扰 陷 波 实 现 结 构接 收 信 号 经 A/D变 换 后 ， 应 用 滑 动 的 数

48、 字 带 阻 滤 波 器 或DFT， 通 过 地 面 或 星 上 检 测 到 干 扰 位 置 和 个 数 ， 就 可 以 实现 干 扰 位 置 的 陷 波 。 最 后 ， 由 D/A模 块 将 数 字 信 号 变 为 模拟 信 号 。 Smart AGC 组 成 框 图Smart AGC 技 术根 据 强 干 扰 与 直 扩 信 号 包 络 特 性 的 不 同 特 点 ， 通 过 自 适 应 包 络 变 换实 现 强 干 扰 的 抑 制 。 自 适 应 包 络 变 换 是 一 种 零 区 可 变 的 非 线 性 部 件 ，输 出 特 性 如 下 图 ， 包 括 零 区 、 线 性 区 和 限

49、幅 区 。Smart AGC输 入 输 出 特 性 零 区 根 据 干 扰 信 号 包 络 的 大 小 进 行 自适 应 调 节 ， 当 无 上 行 干 扰 时 ， 该 装 置不 进 行 包 络 处 理 ， 相 当 于 线 性 放 大 器 ；当 检 测 到 强 干 扰 时 ， 将 包 络 线 性 放 大区 右 移 ， 从 而 产 生 零 区 ， 使 干 扰 落 入零 区 而 被 消 除 ， 而 叠 加 在 强 干 扰 上 的小 信 号 部 分 被 放 大 。 基 于 再 生 处 理 转 发 器 的 宽 带 跳 频 技 术解 跳 转 发 处 理 转 发 器 原 理 框 图 解 跳 、 解 调 转 发 处 理 转 发 器 原 理 框 图 解 跳 、 解 调 、 解 码 转 发 处 理 转 发 器 原 理 框 图 基 于 再 生 处 理 转 发 器 的 直 扩 (DS)技 术DS解 调 转 发 处 理 转 发 器 原 理 框 图 作 业 分 析 卫 星 通 信 系 统 采 用 何 种 交 换 技 术 和 路由 协 议 比 较 合 适 。 分 析 卫 星 通 信 系 统 抗 干 扰 技 术 的 现 状 、 发展 趋 势 及 需 要 解 决 的 关 键 技 术 问 题 。