星地链路高速数传系统的研究

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1、Vo1．18No．3载人航天第18卷第3期2012年5月72星地链路高速数传系统的研究张展，，张晓林，胡建平，张帅，李铀，赵岭(1北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100083；2中国西南电子技术研究所，成都610036)摘要针对现代卫星通信对带宽和性能需求，设计了一种高性能、高频谱利用率的基于群集频分复用技术的高速卫星数传系统。分析了系统在高动态、大多普勒频移信道下的技术难点，采用了群集传输模式，大幅增加系统带宽降低发射峰均比，提出一种大范围的载波捕获方法，设计了收发射系统的技术方案和发射功放预失真校正方案。对系统性能进行了仿真验证，结果表明在900KHz多普勒

2、频移下可稳定跟踪并解调，在动态情况下系统性能与理想QPSK只存在ldB的损失。关键词群集OFDM；星地链路；高速数传；高动态中图分类号：V557文献标识码：A文章编号：1674--5825(2012)03-0072-07本文在分析卫星高速数传系统的技术需求、应1引言用信道特点以及技术难点的基础上，研究了星地通卫星通信系统的任务主要是对卫星工作状态进信带宽受限、功率受限、高动态的高速数据通信技行监视，根据要求进行飞行控制，并完成高速信息传术，针对实际需求，设计了一种基于群集多载波正交输。现代卫星对测控通信系统的覆盖率、测量精度、频分复用(OrthogonalFreque

3、nayDivisionMultiplex—数据传输速率、可靠性等均提出了更高要求Ⅲ。由于ing，OFDM)技术的卫星高速数传系统。现有通信卫星系统容量和传输速率不能满足实时高2航天测控信道特性带宽和传输速率的要求，美国自上世纪90年代末开始了多项转型通信卫星计划，主要有“宽带填隙卫星”航天测控数传系统面临的对象都具备大动态特(wGS)计划、“先进极高频卫星”(AEHF)计划、性；同时，测控系统还必须对航天器上升、人轨、变轨“移动用户目标”系统(MuOs)计划、“先进极地系统”及着陆等机动飞行状态进行精确测量，这些通过火计划和“转型通信卫星技术”(TSAT)计划等。箭发

4、动机点火和关机完成的动作将使航天器的飞行未来通信卫星将逐步发展为性能全面的大卫状态在短时间内发生剧变，速度动态、加速度动态和星，在数据采集、导航、通信等方面实现高性能、高效加加速度动态复合出现。因此，接收机必须具备在大率，因此对高速通信系统的要求迫在眉睫。目前传输动态下的快速捕获和精确跟踪能力。速率在1Gbps以上的高速数传系统在美国等一些国当覆盖半径较大时，直射波与反射波的夹角很家中已研制成功，而我国实际使用的通信卫星有公小，地面反射波也进入了天线的主瓣，构成主要干扰开报道的高速宽带通信系统速率和频谱利用率都还分量；卫星处于低仰角区域时，地物地貌以及植被等达不到高速

5、数传的要求。对电波反射也造成多径干扰，这些随机的干扰分量收稿日期：2011—03—21；修回日期：2012—04—03基金项目：载^航天领域预先醪预目(060lo4)作者简介：张展(1981一)男，博士研究生，研究方向为信号与信息系统。E-mail：johnnyz@vip．163．corn第3期张展等：星地链路高速数传系统的研究73与直射分量同时进入地面接收站，信号衰落具有莱斯信道特征。因此，需要借助信号处理手段尽量消除此类干扰的影响，并且需要消除电平快速波动引起的突发误码和残留误码。同时，若采用毫米波频段，空间传播损耗、雨衰、散射等均会引起信号幅度、相位、极化和下行

6、波束入射角的较大变化，从而导致信号传输质量的下降。因此在考虑高速通信系统设计时，必须同时兼顾高动态特性和频谱利用率两个方面。图1群集OFDM系统框图3卫星高速数传系统换，发射通道分为L路平行的群。每个群路由单独的天线发射N／L个邻近的子信道(子载波)，这里，N是3．1群集OFDM传输子信道的总数。N个子信道中的每个信号都是OFDM技术的诸多优点使其自身非常适合实现窄带信号，OFDM系统应该选择适当的N值以至每航天测控高速数据传输。近年来，国内外已提出并研个子信道特性是平坦的。采用群集的方法，每一群的究了基于COFDM、TC—OFDM(Trel1isCodedOFDM)

7、子载波数目将大大降低，编码、映射、调制等处理以等移动卫星高速信息传输系统性能，有良好的对抗群路为单位。多径干扰、频率选择性衰落等性能。3．2基带编码调制系统设计随着经济社会和技术的不断发展，人们对数据本系统主要采用多载波的传输方案，同时通过的传输速率要求也越来越高。在未来的星一星和星一改变系统参数也可实现单载波传输。群集OFDM突地之间通信中，信息传输速率要比目前的高几个甚破了硬件工作频率的限制，频谱利用率、抗多径以及至是几十个数量级，为此群集(cluster)OFDM技术就单频抗干扰性能较单载波好，但峰均比较单载波略成了首选。借鉴OFDM中解决高峰