基于N-active构架的HTS卫星有效载荷射频域实现方法技术

基于N‑active构架的HTS卫星有效载荷射频域实现方法，具体为：(1)根据HTS卫星通信链路上、下行各频段提供的可用频率资源确定馈电波束的频率范围和用户波束的频率范围，设计并核算单个用户波束的工作带宽最大包络BW；(2)确定HTS卫星通信系统中，单个用户波束由几个信关站进行管理；(3)进行HTS卫星载荷前向馈电分路拓扑结构的设计；(4)设计前向馈电分路合成网络拓扑结构；(5)根据前向馈电分路合成网络进行有效载荷方案设计；(6)进行HTS卫星载荷返向链路馈电分路拓扑结构的设计；(7)设计返向链路分路合成网络拓扑结构；(8)根据返向链路分路合成网络进行有效载荷方案设计。本发明专利技术在射频领域实现了基于N‑active系统构架的载荷方案。

Implementation of HTS satellite payload in frequency domain based on n-active architecture

【技术实现步骤摘要】
基于N-active构架的HTS卫星有效载荷射频域实现方法
本专利技术属于卫星有效载荷
，涉及一种卫星有效载荷的射频域实现方法。
技术介绍
高通量通信卫星系统为多波束双跳通信，一般频率规划在Ka频段，近几年馈电链路逐渐向毫米波的Q/V频段发展，以满足高速卫星通信、宽带数字传输等双向卫星多媒体业务。但Q/V频段降雨衰减量大，如果以固定的系统余量去克服衰减的影响，那么晴空时就会造成功率资源的巨大浪费以及通信成本的上升，而在大衰减的情况下又无法得到完全的补偿，使系统性能恶化，甚至造成通信中断。如果采用传统的上行功率调制和自适应编码调整的抗雨衰方式，也只能够提供10～15dB的信道补偿，这些措施也不能满足Q/V频段高通量卫星的可用度要求，所以必须采用其它措施来补偿雨衰。空间分集技术是解决信道抗雨衰的有效措施，现有高通量卫星通信系统采用N+P的系统构架实现空间分集。该构架中，系统主用N个信关站，有P个备用信关站。每个主信关站管理多个用户波束。当某个信关站因降雨衰减中断时，切换到备份站进行用户波束的通信管理。载荷在实现N+P系统构架时，一般在馈电接入端和发射端增加机械开关组成的环路切换矩阵以实现主备用信关站的选通，Ka频段由切换矩阵引入的损耗会导致G/T和EIRP约有0.5dB左右的下降，Q/V频段由切换矩阵导致的性能下降会进一步上升到0.7dB左右。在Q/V频段，降雨导致的空间衰减严重，为提升系统可用度增加备份站又造成了投资成本的增加。国际最新研究的N-active智能信关站技术，是一种非常适合Q/V频段抗雨衰的空间分集技术。但N-acitve系统构架为空间卫星载荷的设计增加了极高的复杂度和极大的技术难度，尚未在工程中得以实现。目前国际上有使用数字透明转发(DTP)技术实现N-active系统构架的趋势，但DTP技术需要在数字域在卫星载荷中实现一个用户与多信关站的交换通信，一方面，载荷要从Ka或Q/V馈电频率变换到基带频率的数字域，这种变换操作需要诸多设备。另一方面，实现数字透明转发的信道化交换设备需要处理馈电入站和出站的所有频率，对于超大容量卫星系统处理总带宽在50～100GHz之间，对甚高通量通信系统处理总带宽在200GHz以上，如此规模的带宽处理能力对元器件性能要求、设备重量、功耗、热耗都提出了严苛的考验，制造成本也远远高于一般的HTS通信载荷。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于N-active构架的HTS卫星有效载荷射频域实现方法，在射频领域通过分路合成网络技术实现了基于N-active系统构架的载荷方案，该方案在小功率端通过无源拓扑结构实现，既不增加功耗和热耗，也不降低载荷的接收品质参数G/T和发射参数EIRP，使得N-active系统构架在HTS通信卫星中能够实现应用。本专利技术的技术解决方案是：基于N-active构架的HTS卫星有效载荷射频域实现方法，包括如下步骤：(1)根据HTS卫星通信链路上、下行各频段提供的可用频率资源确定馈电波束的频率范围和用户波束的频率范围，设计并核算单个用户波束的工作带宽最大包络BW；(2)确定HTS卫星通信系统中，单个用户波束由几个信关站进行管理；(3)根据步骤(1)、(2)的条件进行HTS卫星载荷前向馈电分路拓扑结构的设计；(4)设计前向馈电分路合成网络拓扑结构；(5)根据前向馈电分路合成网络进行有效载荷方案设计；(6)进行HTS卫星载荷返向链路馈电分路拓扑结构的设计；(7)设计返向链路分路合成网络拓扑结构；(8)根据返向链路分路合成网络进行有效载荷方案设计。所述的步骤(2)中，单个用户波束选择由2～N个信关站一同进行管理，N为信关站的总数量。所述的单个用户波束的带宽被分成N个子带，每个子带的带宽为BW/N，即每个信关站为该用户波束提供一个带宽为BW/N的管理资源。所述的步骤(3)中进行HTS卫星载荷前向馈电分路拓扑结构的设计，具体为：假设用户波束的频率为F1，它从N个管理该用户的信关站的馈电端进入转发器系统，对于每一个信关站，通过微波多工器，将F1划分为N个子频带，对应频率分别为F1-1、F1-2、F1-3、…F1-N，形成前向馈电分路拓扑结构。所述的前向馈电分路合成网络拓扑结构或者返向链路分路合成网络拓扑结构采用微波混合桥实现。所述的前向馈电分路合成网络拓扑结构，具体为：在前向馈电分路拓扑结构的基础上，将N个同频馈电信号进行分配重组，合成N个新的F1信号，新合成的每一个F1信号都由来自N个信关站的馈电信号共同组成。所述的根据前向馈电分路合成网络进行有效载荷方案设计，具体为：(51)将N个信关站中每一个信关站接收到的所有用户波束信息都按照不同的极化方式分为左旋圆极化和右旋圆极化两个部分，每部分极化的用户波束信息先通过预选器滤去杂波后送入低噪声放大器进行放大处理；(52)再将放大后的用户波束信息通过多工器拆分成多个用户子波束，子波束的数量与用户波束的个数要满足：子波束的数量＝用户波束的个数*信关站数目N；(53)通过分路合成网络将来自不同信关站的同一频率、同一极化方式的用户子波束信息进行组合，形成一个用户波束信息；(54)将组合后的用户波束信息通过行波管放大器进行信号放大处理，随后送至用户端，完成通信过程。所述的根据返向链路分路合成网络进行有效载荷方案设计，具体为：(81)接收到的用户波束信息先通过预选器进行滤波处理后送入低噪声放大器进行放大，随后将放大后的用户波束信息，通过多工器拆分成N份，将不同用户的波束信息进行拆分；(82)将拆分后的子波束按照用户归属通过合路器进行组合，形成多个用户合成波束，合成波束的数量与用户波束的个数相等；(83)通过变频器及合路器将用户波束信息进行二次合成，将组合后的用户波束信息通过放大器进行放大处理，随后送至用户端，完成通信过程。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术方法利用HTS卫星系统用户波束带宽宽的特点，将信号分路的颗粒度扩大，使其在射频上分路、滤波、切换、合成等成为可实现的技术路径。这种方法配置的变频器是DTP的二分之一，对整星的重量、功耗、热耗等资源需求低。另外，当多个信关站总的馈电带宽激增至几十GHz甚至上百GHz时，DTP受限于元器件的性能，需要配置多台设备实现交换功能，导致平台要求极高。而本专利技术方法不受限于器件，同时研制费用远远低于DTP技术；(2)本专利技术利用有效载荷的分路合成网络技术，在射频域实现HTS卫星通信系统中一个用户波束与多个信关站的交换通信，实现多个信关站对单个用户波束的管理。该方法不需要在数字域实现，并且能够在Gbps量级的VHTS系统中，使N-active系统构架成为可实现的技术。应用该项技术的HTS卫星通信系统，当星地链路因天气变化导致馈电链路信道衰减增加，星上载荷配置的分路合成网络技术可以使用户波束与其它信道良好的信关站仍保持通信，从而保证通信不中断，将用户的波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于N-active构架的HTS卫星有效载荷射频域实现方法，其特征在于包括如下步骤：/n(1)根据HTS卫星通信链路上、下行各频段提供的可用频率资源确定馈电波束的频率范围和用户波束的频率范围，设计并核算单个用户波束的工作带宽最大包络BW；/n(2)确定HTS卫星通信系统中，单个用户波束由几个信关站进行管理；/n(3)根据步骤(1)、(2)的条件进行HTS卫星载荷前向馈电分路拓扑结构的设计；/n(4)设计前向馈电分路合成网络拓扑结构；/n(5)根据前向馈电分路合成网络进行有效载荷方案设计；/n(6)进行HTS卫星载荷返向链路馈电分路拓扑结构的设计；/n(7)设计返向链路分路合成网络拓扑结构；/n(8)根据返向链路分路合成网络进行有效载荷方案设计。/n

【技术特征摘要】
1.基于N-active构架的HTS卫星有效载荷射频域实现方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)根据HTS卫星通信链路上、下行各频段提供的可用频率资源确定馈电波束的频率范围和用户波束的频率范围，设计并核算单个用户波束的工作带宽最大包络BW；
(2)确定HTS卫星通信系统中，单个用户波束由几个信关站进行管理；
(3)根据步骤(1)、(2)的条件进行HTS卫星载荷前向馈电分路拓扑结构的设计；
(4)设计前向馈电分路合成网络拓扑结构；
(5)根据前向馈电分路合成网络进行有效载荷方案设计；
(6)进行HTS卫星载荷返向链路馈电分路拓扑结构的设计；
(7)设计返向链路分路合成网络拓扑结构；
(8)根据返向链路分路合成网络进行有效载荷方案设计。


2.根据权利要求1所述的基于N-active构架的HTS卫星有效载荷射频域实现方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，单个用户波束选择由2～N个信关站一同进行管理，N为信关站的总数量。


3.根据权利要求2所述的基于N-active构架的HTS卫星有效载荷射频域实现方法，其特征在于：所述的单个用户波束的带宽被分成N个子带，每个子带的带宽为BW/N，即每个信关站为该用户波束提供一个带宽为BW/N的管理资源。


4.根据权利要求3所述的基于N-active构架的HTS卫星有效载荷射频域实现方法，其特征在于：所述的步骤(3)中进行HTS卫星载荷前向馈电分路拓扑结构的设计，具体为：假设用户波束的频率为F1，它从N个管理该用户的信关站的馈电端进入转发器系统，对于每一个信关站，通过微波多工器，将F1划分为N个子频带，对应频率分别为F1-1、F1-2、F1-3、…F1-N，形成前向馈电分路拓扑结构。


5.根据权利要求1所述的基于N-active构架的HTS卫星有效载荷射频域实现方法，其特征在于：所述的前向馈电分路合成网络拓扑结构或者返向链...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洪英，康丁文，周颖，马文强，李杰，傅圣友，戚楠，李荣军，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61