中继卫星高速数传系统中发射端数字信号处理技术研究

李海鸥

【摘 要】 随着科学技术的不断发展，卫星研究技术得到了有效突破，中继卫星系统是卫星研究领域的一个重要发展方向，它具有高覆盖率、大容量、使用灵活的特点，而它的主要任务是进行高速数据传输。但是，现阶段高速数传系统中发射端数字信号处理还存在一些问题，这些问题的存在对宽带信号造成了极为不利的影响，不利于系统性能的提高。本文主要从高速数据传输发展现状出发，对中继卫星高速数传系统中发射端数字信号处理技术进行研究。

【关键词】 中继卫星 高速数传 发射端 数字信号 处理技术

数据中继卫星是航天领域重点发展方向，在数据中继卫星系统中，传输数据的速率高，可以实现大容量信息实时传输的重要目标。为了实现这一目标，就必须在系统中建立一个宽带传输信道，在发射端发射出两条支路相同的高速调制信号，且保证高速调制信号与卫星道的特性相符，只有这样才能有效减少非理想信道带来的误码率，最大限度减小干扰，保证卫星数字信号能够顺利发送。

1 高速数据传输发展现状

数据中继卫星系统的通信链路有两种，即前向链路和返向链路，这两种通信链路的运行方式相反，例如，前向链路的运行方式：从地面站到中继卫星最后到用户航天器；反之，则为返向通信链路。前向链路数据传输效率比较低，它主要是将地面站对中、低卫星运行轨道航天器的跟踪监测信号，对用户航天器进行跟踪、测量和控制；而返向通信链路数据传输效率极高，它主要是将用户航天器通过遥测测定出来的遥感图像和数据传输到地面站。现阶段，高速数据传输系统已经被广泛的应用于数字信号处理中。在发射机调制方式中，目前采用的是QPSK调制方式，这种调制方式具有很好的优势，可以有效兼顾功率效率和频带效率，对提高信噪比具有重要意义。但是，随着高速数据传统系统中信号处理容量的不断变大，QPSK已经无法满足系统运行要求，要求中继卫星高速数传系统中发射端数字信号处理中，必须对新的信号调制方式和编码技术进行充分研究。

2 中继卫星高速数传系统中发射端数字信号处理技术研究

数据中继卫星系统在航天领域发挥至关重要的作用，但是，发射端数字信号处理技术中还存在一些问题，这些关键问题的有效解决，对数据中继卫星系统的运行具有重要意义。因此，要从关键问题出发，对中继卫星高速数传系统中发射端数字信号处理技术进行研究。

2.1 高速成形滤波器的设计与实现

中继卫星在进行高速数据传输过程中，返向通信链路的传输速率极高，系统对码间干扰比较敏感。在数据中继卫星系统中设计高速成形滤波器，在发射端对信号进行滤波，可以有效减少码间干扰。主要工作原理是：接收端通过与成形滤波器特性相同的滤波器对接受信号进行滤波处理，保证接收端信号正确性，最大限度减小码间干扰；除此之外，为了节约频谱资源，额可以对发射信号进行带限。成形滤波器有两种形式，即模拟滤波器和数字滤波器，模拟滤波器做成之后，其参数无法进行修改，只能应用于中频；而数字滤波器一般应用于基带，可以在保证安全性的前提下，对参数进行灵活修改，可以为线形相位提供充分的保障。

成形滤波器在设计过程中，必须满足无符号间干扰条件和最佳接受要求，且两者必须同时满足。数字成形滤波器一般采用有限脉冲响应滤波器，在全数字调制结构中，对数字采样和检测多普勒频率具有重要作用。最重要的是，数字滤波器在实现前，必须明确平方根升余弦特性滚降系数α 、滤波器长度以及量化位数等参数，这些参数对硬件系统的安全运行具有的影响作用。

2.2 HPA基带自适应预失真线性化技术

HPA基带失真技术包括数据失真技术和信号失真技术，HPA的线性化技术是卫星通信领域研究中的关键技术，基带自适应预失真线性化技术始终比较热门的技术。该技术可以有效去除基带内的信号失真，又能去除掉基带外的信号失真，对传输的编码信息数据进行预失真，对系统的安全运行具有重要意义。

基带自适应预失真线性化技术又包括查找表预失真技术和参数预失真技术，查找表中的映射失真技术具有结构简单、线性化好的特点。但是，由于映射预失真技术中系统速率太慢，线形特征只和信号的幅度有关，所以，人们对查找预失真表技术进行优化。

参数预失真技术有效弥补了查找表失真技术中存在的不足，对便于硬件操作和提高系统收敛速度具有重要意义。参数预失真技术结构包括直接逆结构、直接学习型结构和非直接学习型结构。其中，直接逆结构的原理简单，计算量也比较小，但不适用于线性要求高的宽带中。

在HPA基带自适应预失真线性技术中，除了对基带自适应预失真线性化技术进行讨论，也要对基于Volterra级数的数字自适应预失真算法进行讨论。Volterra级数的性质主要有收敛性、对称性和因果性，通过它的性质可以看出，采用Volterra级数的优点存在两个方面，第一，可以导出与线性系统相似的非线性传递数据，保证系统线性化，对系统进行精确分析，为系统的安全运行提供保障；第二，它的应用条件宽松，适用范围广，应用于发射端数字信号中对分析非线性系统具有非常重要的作用。

最后，对HPA基带自适应预失真线性技术中基于离散小波变换的Volteera自适应预失真算法进行分析，在实际运行过程中，HPA会随着外界环境温度的变化而变化，采用离散小波变换的预失真技术会对误比特率性能产生极为不利的影响作用。

3 结语

综上所述，数据中继卫星系统在航天领域的研究中发挥着重要作用，有效解决发射端数字信号处理关键技术中存在的问题，可以有效优化数字信号处理技术，保证系统线性化，为系统的安全运行和信号的精确度提供保障。因此，要加强中继卫星高速数传系统中发射端数字信号处理技术的研究，从而提高整个系统的通信性能。

参考文献

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