CN110677187B - 一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器及关口站 - Google Patents

Abstract

一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器及关口站，属于通信卫星有效载荷技术领域。分布式关口站转发器的接收端设计通道预选器，带宽覆盖本波束馈电链路上行频率；设计宽带低噪声放大器，性能与集中式关口站转发器一致；变频过程中，在变频器前增加混合桥，混合桥输入端口数量与分布式关口站用户波束数量一致；增加新本振频率变频器，将馈电链路上行频率经过混合桥合成为宽带信号后送入；输出端，增加双工器将变频器后的不同用户波束信号分路，增加与集中式关口站转发器馈电链路工作带宽一致的功放；增加功放后的输出滤波器，带宽为馈电链路下行频率。本发明的转发器及关口站最大程度利用空间频率资源，提高了馈电链路复用效率。

Description

一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器及关口站

技术领域

本发明涉及一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器及关口站，属于通信卫星有效载荷技术领域。

背景技术

传统的高通量卫星系统主要由关口站、用户终端、卫星、网络控制中心组成。星上载荷一般是集中式关口站透明转发。集中式透明转发由两类转发器组成：用户链路转发器和馈电链路转发器。本质上用户链路是对用户波束频率复用，馈电链路是对关口站波束频率复用。

在卫星能力一定的条件下，限制集中式关口站高通量卫星容量提升的主要矛盾集中在两点：每个关口站的物理带宽和关口站的建设数量。关口站的物理带宽由于需要分别分配给用户链路和馈电链路，两种链路之间的保护带宽比较大，产生了频谱浪费。关口站的建设数量主要取决于运营商综合考虑经济成本和审批手续，目前一个关口站的建设费用约为1亿元人民币且建设手续繁琐。

为了减少关口站建设成本，增大系统通量，本发明设计了分布式关口站转发器：分布式关口站的馈电波束与用户波束共用，即每一个用户波束建设一个分布式关口站，一个分布式关口站管理一个用户波束；同时用户波束可以在集中式关口站和分布式关口站之间灵活管理，增加分布式关口站转发器的通用性和适用性。设计的核心原理是调整卫星频率计划，转发器接收并转发用户波束与馈电波束的信号，星上宽带转发，利用地面设备分离两种信号。理论上分布式关口站管理多少用户波束，就有多少馈电波束，总频率资源得到增加。

相对于集中式关口站，分布式关口站采用小口径地面站，建设手续比较简单，不用专门征地。可以采用租地模式，环境评测和基建手续简洁，用地代价和基建成本大幅度降低。同时区域性降水对整网的吞吐影响非常小，通过可靠性设计可以有效提高系统抗雨衰能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器及关口站。分布式关口站转发器的接收端设计通道预选器，带宽覆盖本波束馈电链路上行频率；设计宽带低噪声放大器，性能与集中式关口站转发器一致；变频过程中，在变频器前增加混合桥，混合桥输入端口数量与分布式关口站用户波束数量一致；增加新本振频率变频器，将馈电链路上行频率经过混合桥合成为宽带信号后送入；输出端，增加双工器将变频器后的不同用户波束信号分路，增加与集中式关口站转发器馈电链路工作带宽一致的功放；增加功放后的输出滤波器，带宽为馈电链路下行频率。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器，包括馈电链路转发器、用户链路转发器、变频器C、滤波器B；

所述馈电链路转发器包括依次连接的预选器A、低噪声放大器A、功分器A、变频器A、滤波器A、功率放大器A、输出滤波器A；

所述用户链路转发器包括依次连接的预选器B、低噪声放大器B、变频器B、滤波器C、合成器D、功率放大器B、输出滤波器B；

所述功分器A输出的一端与变频器A连接，另一端依次与变频器C、滤波器B连接后输出给所述合成器D。

优选的，所述馈电链路转发器的工作带宽与所述用户链路转发器的工作带宽相等。

一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器，包括馈电链路转发器、用户链路转发器、合成器B、变频器C、双工器A；

所述馈电链路转发器依次连接的预选器A、低噪声放大器A、功分器A、合成器A、变频器A、滤波器A、功率放大器A、输出滤波器A；

所述用户链路转发器包括依次连接的预选器B、低噪声放大器B、功分器B、变频器B、双工器B、合成器D、功率放大器B、输出滤波器B；

所述功分器A输出的一端与变频器A连接，另一端依次与合成器B、变频器C、双工器A连接后输出给所述合成器D。

优选的，所述馈电链路转发器的工作带宽与所述用户链路转发器的工作带宽相等。

优选的，用户波束下行采用四色复用。

优选的，所述预选器A的数量、低噪声放大器A的数量、功分器A的输入端口数量、合成器A的输入端口数量、合成器B的输入端口数量、双工器A的输出端口数量均与分布式关口站管理的用户波束的数量相等。

优选的，所述转发器的馈电链路的下行频率为17.7GHz-18.7GHz，所述转发器的馈电链路的上行频率为27.5-29.5GHz；所述转发器的用户链路的下行频率为17.7GHz-18.7GHz，所述转发器的用户链路的上行频率为27.5-29.5GHz。

优选的，所述预选器A、预选器B、低噪声放大器A、低噪声放大器B的工作带宽均为27.5-30GHz；所述滤波器A为带通滤波器，工作带宽为17.7GHz-18.7GHz；所述双工器A的两个通带的带宽分别为17.7GHz-18.2GHz和18.2GHz～18.7GHz；所述双工器B的两个通带的带宽分别为19.2GHz-19.7GHz和19.7GHz～20.2GHz；所述功放A的工作带宽为17.7GHz-18.7GHz；所述输出滤波器A为带通滤波器，工作带宽为17.7GHz-18.7GHz；所述功放B的工作带宽为17.7GHz-20.2GHz；所述输出滤波器B为带通滤波器，工作带宽为17.7GHz-20.2GHz。

优选的，所述合成器D的两个输入端分别与双工器A的输出端和双工器B的输出端连接；所述功分器A的两个输出段分别与合成器A的一个输入端和合成器B的一个输入端连接。

一种通信卫星的关口站，包括至少一个集中式关口站和至少一个分布式关口站；所述分布式关口站内包括上述高通量通信卫星转发器；

所述每个分布式关口站管理一个用户波束；所述分布式关口站的馈电链路转发器的工作带宽大于所述集中式关口站的馈电链路转发器的工作带宽。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明的转发器及关口站最大程度利用空间频率资源，提高了馈电链路复用效率，馈电链路频率总资源增加一倍；

(2)本发明的转发器兼容传统高通量卫星转发器设计，充分发挥星上设备的利用率，具有设计通用性；

(3)本发明的分布式转发器连接关系简单，节省发射质量，降低了通信舱内转发器布局难度；

(4)本发明支持分布式关口站和集中式关口站波束管理的灵活切换，提高了可靠度性能，加强了系统抗雨衰能力；

(5)本发明的转发器及关口站增加了用户波束到用户波束的单跳通信能力，提升系统的通信灵活性；

(6)分布式关口站的环境评测和基建手续简洁，相对于集中式关口站，用地代价和基建成本大幅度降低，有效减少了用户地面建设周期和成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的转发器构成图；

图2为本发明实施例2的转发器构成图；

图3为本发明实施例3的高通量卫星覆盖区设计图；

图4为本发明实施例3集中式关口站转发器的频率计划图；

图5为本发明实施例3分布式关口站转发器的频率计划图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

实施例1：

一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器，其原理为：转发器分系统由馈电链路转发器、用户链路转发器和分布式关口站转发器组成，其中：

1)用户链路转发器设计：馈电波束的上行信号经预选器、低噪声放大、变频器后形成用户波束信号，再经过功率放大器进行功率放大，将功率放大后的信号送给指定的用户波束天线的发射端口。

2)馈电链路转发器设计：用户波束上行信号经过预选器、低噪声放大、变频器后将信号送入功率放大器进行高功率放大，最后经输出滤波后送至馈电天线发射口。

3)分布式关口站转发器设计：用户波束上行信号和分布式关口站信号经过用户链路转发器的预选器、低噪声放大器、功分器后形成分布式关口站信号，再经过变频器，进入用户链路的功率放大器进行功率放大，将功率放大后的信号馈给指定的用户波束天线的发射端口。

具体的，一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器，包括馈电链路转发器、用户链路转发器、变频器C、滤波器B；如图1所示。

所述馈电链路转发器包括依次连接的预选器A、低噪声放大器A、功分器A、变频器A、滤波器A、功率放大器A、输出滤波器A；

所述用户链路转发器包括依次连接的预选器B、低噪声放大器B、变频器B、滤波器C、合成器D、功率放大器B、输出滤波器B；

所述功分器A输出的一端与变频器A连接，另一端依次与变频器C、滤波器B连接后输出给所述合成器D。

所述预选器A的数量、低噪声放大器A的数量、功分器A的输入端口数量、合成器A的输入端口数量、合成器B的输入端口数量、双工器A的输出端口数量均与分布式关口站管理的用户波束数量相等。

本实施例中，所述转发器与馈电链路共用预选器A、低噪声放大器A、功分器A、合成器D；所述转发器与用户链路共用合成器D、功率放大器B、输出滤波器B。所述馈电链路转发器的工作带宽与所述用户链路转发器的工作带宽相等。

实施例2：

一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器，包括馈电链路转发器、用户链路转发器、合成器B、变频器C、双工器A；如图2所示。

所述馈电链路转发器依次连接的预选器A、低噪声放大器A、功分器A、合成器A、变频器A、滤波器A、功率放大器A、输出滤波器A；

所述用户链路转发器包括依次连接的预选器B、低噪声放大器B、功分器B、变频器B、双工器B、合成器D、功率放大器B、输出滤波器B；

所述功分器A输出的一端与变频器A连接，另一端依次与合成器B、变频器C、双工器A连接后输出给所述合成器D。

所述馈电链路转发器的工作带宽与所述用户链路转发器的工作带宽相等。用户波束下行采用四色复用。所述预选器A的数量、低噪声放大器A的数量、功分器A的输入端口数量、合成器A、合成器B的输入端口数量、双工器A的输出端口数量均与分布式关口站管理的用户波束的数量相等。

实施例3：

如图3中的高通量卫星覆盖区设计，共有24个用户波束和3个集中式关口站波束。由于关口站数量和关口站物理带宽限制，一个集中式关口站最大上行频率资源为27.5-30GHz，下行频率资源为17.7-20.2GHz，频率计划如图4。其中馈电链路上行频率为27.5-29.5GHz，下行频率为19.2-20.2GHz，每个波束带宽500MHz；用户波束上行频率为29.5-30GHz，下行频率为17.7-18.7GHz，每个波束带宽250MHz。为确保每个用户波束有足够下行频率资源，一个关口站最多管理8个用户波束。

同时设计24个用户波束由分布式关口站管理。每个波束上行频率带宽为500MHz，下行频率带宽为500MHz，频率计划如图4，图中矩形框内的数字为用户波束编号。在下行带宽资源不变的情况下，分布式关口站增加了上行带宽资源。

分布式关口站转发器设计：

1.确定一个分布式关口站管理一个用户波束，为便于天线设计，用户波束下行仍采用四色复用，每个波束上行频率带宽为500MHz，下行频率带宽为500MHz，频率划分如图5，图中矩形框内的数字为用户波束编号；上行频率总带宽为27.5-29.5GHz，下行频率总带宽为17.7-18.7GHz。

2.进行集中式关口站馈电链路和用户链路设计。

3.分布式关口站转发器设计：

步骤一：

接收段设计：设计24个预选器，带宽覆盖本波束馈电链路上行频率，通带频率为27.5-30GHz；设计24个宽带低噪声放大器，工作带宽为27.5-30GHz，设计24个功分器。

步骤二：

设计2入1出合成器12个，输入端口数量与分布式关口站管理的用户波束数量一致；增加两种新本振频率变频器，本振频率分别为9.8GHz和10.8GHz；将合成后的宽带信号后送入不同变频器。

步骤三：

增加12个双工器将变频器后的不同用户波束信号分路，共用集中式关口站转发器馈电链路工作带宽一致的功放24个，工作带宽为17.7GHz-20.2GHz；增加功放后的输出滤波器，带宽为馈电链路下行频率，带宽为17.7GHz-20.2GHz。

分布式关口站的具体组成可采用实施例1或实施例2。

分布式关口站的具体组成采用实施例2时，预选器A、预选器B、低噪声放大器A、低噪声放大器B的工作带宽均为27.5-30GHz。滤波器A为带通滤波器，工作带宽为17.7GHz-18.7GHz。双工器A的两个通带的带宽分别为17.7GHz-18.2GHz和18.2GHz～18.7GHz。双工器B的两个通带的带宽分别为19.2GHz-19.7GHz和19.7GHz～20.2GHz。功放A的工作带宽为17.7GHz-18.7GHz，输出滤波器A为带通滤波器，工作带宽为17.7GHz-18.7GHz。功放B的工作带宽为17.7GHz-20.2GHz，输出滤波器B为带通滤波器，工作带宽为17.7GHz-20.2GHz。合成器D的两个输入端分别与双工器A的输出端和双工器B的输出端连接。功分器A的两个输出段分别与合成器A的一个输入端和合成器B的一个输入端连接。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器，其特征在于，包括馈电链路转发器、用户链路转发器、变频器C、滤波器B；

所述馈电链路转发器包括依次连接的预选器A、低噪声放大器A、功分器A、变频器A、滤波器A、功率放大器A、输出滤波器A；

所述用户链路转发器包括依次连接的预选器B、低噪声放大器B、变频器B、滤波器C、合成器D、功率放大器B、输出滤波器B；

所述功分器A输出的一端与变频器A连接，另一端依次与变频器C、滤波器B连接后输出给所述合成器D。

2.根据权利要求1所述的一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器，其特征在于，所述馈电链路转发器的工作带宽与所述用户链路转发器的工作带宽相等。

3.一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器，其特征在于，包括馈电链路转发器、用户链路转发器、合成器B、变频器C、双工器A；

所述馈电链路转发器依次连接的预选器A、低噪声放大器A、功分器A、合成器A、变频器A、滤波器A、功率放大器A、输出滤波器A；

所述用户链路转发器包括依次连接的预选器B、低噪声放大器B、功分器B、变频器B、双工器B、合成器D、功率放大器B、输出滤波器B；

所述功分器A输出的一端与变频器A连接，另一端依次与合成器B、变频器C、双工器A连接后输出给所述合成器D。

4.根据权利要求3所述的一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器，其特征在于，所述馈电链路转发器的工作带宽与所述用户链路转发器的工作带宽相等。

5.根据权利要求3所述的一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器，其特征在于，用户波束下行采用四色复用。

6.根据权利要求3～5之一所述的一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器，其特征在于，所述预选器A的数量、低噪声放大器A的数量、功分器A的输入端口数量、合成器A的输入端口数量、合成器B的输入端口数量、双工器A的输出端口数量均与分布式关口站管理的用户波束的数量相等。

7.根据权利要求3～5之一所述的一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器，其特征在于，所述转发器的馈电链路的下行频率为17.7GHz-18.7GHz，所述转发器的馈电链路的上行频率为27.5-29.5GHz；所述转发器的用户链路的下行频率为17.7GHz-18.7GHz，所述转发器的用户链路的上行频率为27.5-29.5GHz。

8.根据权利要求7所述的一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器，其特征在于，所述预选器A、预选器B、低噪声放大器A、低噪声放大器B的工作带宽均为27.5-30GHz；所述滤波器A为带通滤波器，工作带宽为17.7GHz-18.7GHz；所述双工器A的两个通带的带宽分别为17.7GHz-18.2GHz和18.2GHz～18.7GHz；所述双工器B的两个通带的带宽分别为19.2GHz-19.7GHz和19.7GHz～20.2GHz；所述功率放大器A的工作带宽为17.7GHz-18.7GHz；所述输出滤波器A为带通滤波器，工作带宽为17.7GHz-18.7GHz；所述功率放大器B的工作带宽为17.7GHz-20.2GHz；所述输出滤波器B为带通滤波器，工作带宽为17.7GHz-20.2GHz。

9.根据权利要求7所述的一种分布式关口站的高通量通信卫星转发器，其特征在于，所述合成器D的两个输入端分别与双工器A的输出端和双工器B的输出端连接；所述功分器A的两个输出段分别与合成器A的一个输入端和合成器B的一个输入端连接。

10.一种通信卫星的关口站，其特征在于，包括至少一个集中式关口站和至少一个分布式关口站；所述分布式关口站内包括权利要求1或3所述的高通量通信卫星转发器；

所述每个分布式关口站管理一个用户波束；所述分布式关口站的馈电链路转发器的工作带宽大于所述集中式关口站的馈电链路转发器的工作带宽。

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