Ka频段卫星通信系统的设计

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70年代后期，国外一些空间研究机构就开始致力于开发新的空间技术，以拓宽卫星通信的应用范围。由于L、C、X、Ku等频段不能满足高速、宽带、小口径终端等应用的需求，当时就已把开发Ka频段卫星通信技术列为研究项目。经过20多年的研究与试验，Ka频段卫星通信系统已进入实用化阶段。
  1.系统特性
  Ka频段的优点是可用带宽宽，干扰少，设备体积小。因此，Ka频段卫星通信系统可为高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输、高清晰度电视（HDTV）、卫星新闻采集（SNG）、VSAT业务、直接到家庭（DTH）业务及个人卫星通信等新业务提供一种崭新的手段。Ka频段的缺点是雨衰较大，对器件和工艺的需求较高，但这些都可以采取相关技术手段予以克服。总之，Ka频段卫星通信系统主要是在提供双向多媒体业务方面具有较大优势。
  （1）网状和星状拓扑结构 为了提高频段利用率，减少时延，直接到用户（DTU）链路一般采用网状网，与公网（PSTN、ISDN等）互连的链路则优先采用星状网。
    （2）开网和闭网 开网一般用于公网，闭网则用于特殊用户的专网。
    （3）标准协议 多种传输协议共存，尤其是当同一用户需要多种业务时，大多数Ka频段系统选择ATM或准ATM协议。
    （4）多波束覆盖 为了提高卫星等效全向辐射功率（EIRP），Ka频段卫星波束一般较窄（1°～2°）。因此，若要覆盖一个国家或地区，需要设置多波束。
    （5）频谱可多次利用 由于是多波束使用，频谱利用率高。
    （6）星上处理及交换。
    （7）传输速率范围宽。
    （8）小用户终端 在同等条件下，其用户终端要比 C／ Ku频段的小。对DTU链路来说，典型的无线口径为0.6～2m，具体取决于链路余量及所处雨区。
  2.信道预算及仿真
  鉴于Ka频段系统在频段、信道特性、空间资源、应用业务等方面的特点，在进行信道预算时，可利用仿真软件来模拟各种信号处理、滤波器、非线性放大、混频等通信环节的性能特性，进而仿真出各种系统性能。美国RST公司的ACOLADE仿真软件是基于WINDOWS操作系统的传输链路层仿真软件包，主要用于无线通信系统的仿真，比较适合卫星通信传输链路设计。它采用层次化框图结构表示欲仿真的通信系统，利用计算机仿真通信系统的信息流波形。ACOLANE仿真可以分成4个基本步骤：（1）用信号流框图建立系统仿真模型；（2）产生代表各种信号的样本函数；（3）根据系统组成的功能框图，进行离散时间信号处理；（4）存储仿真波形，处理后获得系统各种性能指标。
  下面我们利用ACOLADE仿真软件进行Ka频段卫星通信链路性能仿真。用一伪随机信号发生器作为数据源模型，产生数据比特流，该数据流经级联编码器送入 QPSK调制器。级联编码器用 （256，223）Reed－Solomon码作外码，用约束长度为人码率为1／2的卷积码作内码。固态放大器（SSPA）的 AM／AM、AM／PM特性参照Ferranti公司的SSPA特性，行波管放大器（TWTA）的AM／AM、AM／PM特性参照INTELSATTWTA特性。上／下行链路噪声均用高斯噪声源模拟产生。接收机为一个积分清洗匹配滤波器后接一个检测器。
  系统中各点信号的复包络可通过多个正交星座图（I／Q）进行观测。可以看到，发射机输出瑞信号由于没有噪声和任何失真，星座图为一个标准正方形。信号经过非线性SSPA后，出现一些波动和失真。到达接收机输入端的信号由于叠加了上／下行链路噪声及星上TWTA的放大，出现较大波动和失真。收端IIR滤波器用来滤除带外干扰和噪声。从接收机输出星座图可以看出，当Eb／No增加时，该星座图变得越来越清晰。
  Ka频段卫星通信系统链路预算方法与C／Ku频段基本相同，主要区别在雨衰。Ka频段卫星通信系统链路可用率范围为99.5%～99.8%，其雨衰的典型范围为6～9dB。因此，不能简单地通过增加星上EIRP来克服雨衰。由于以下原因，通过采用自适应编码技术，可以在获得较高系统容量的情况下，提高系统可用率。
 

dreamlwc

楼主的东西真是太好了