CN115765834A - 宽带卫星馈电链路接收通道系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种宽带卫星馈电链路接收通道系统，包括：低噪声放大模块、分路模块和频率变换模块；低噪声放大模块用于对馈电链路上行信号进行放大处理；分路模块用于将经过放大处理的信号分成多路信号；频率变换模块连接多个信号处理终端，频率变换模块用于对多路信号进行频率变换，并将经过频率变换的信号对应输入到多个输入终端；频率变换模块还用于切换多路信号与多个信号处理终端的对应关系。本申请的馈电链路接收通道，基于频率变换模块采用在轨进行频率和路径规划配置的方式，可提高链路的干抗规避能力、服务质量和通道使用效率，对宽带卫星馈电链路性能的提升具有重要的作用。
Description
技术领域
本申请涉及通信卫星技术领域，具体地，涉及一种宽带卫星馈电链路接收通道系统。
背景技术
宽带卫星馈电上行链路接收有效载荷通常包括接收天线、接收通道和相应的信息处理交换设备，具有工作频带宽、承载信息种类多、传输信息量大和工作可靠性要求高的特点。其中，宽带卫星馈电接收通道对天线输出的微弱馈电上行信号进行低噪声放大、频率变换、通道选择，滤除杂波并放大至合适的功率，送相应的处理交换设备。接收通道的性能、功能和配置，需要满足馈电上行信号处理类型、规模和可靠性指标要求。
随着低轨移动卫星通信和高通量卫星技术的进步，宽带卫星通信应用蓬勃发展，用于Ka频段卫星通信的上行频率附近的通信信号日益增多，同时产生的干扰杂波和噪声也大量增加，对宽带卫星馈电接收通道的正常工作，提出了很大的挑战；通信卫星有效载荷的功能和构成日趋复杂，支持多种业务类型，传输的数据包括视频、图像、语音等，对卫星馈电链路接收通道的可靠性提出了更高的要求，同时分配的功耗和重量资源更少。然而，现有的宽带卫星馈电接收通道在可靠性方面无法满足要求。
发明内容
为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请实施例提供一种宽带卫星馈电链路接收通道系统。
第一方面，提供一种宽带卫星馈电链路接收通道系统，包括：低噪声放大模块、分路模块和频率变换模块；
低噪声放大模块用于对馈电链路上行信号进行低噪声放大；
分路模块用于将经过低噪声放大的信号分成多路信号；
频率变换模块连接多个信号处理终端，频率变换模块用于对多路信号进行频率变换，并将经过频率变换的信号对应输入到多个信号处理终端；频率变换模块还用于切换多路信号与多个信号处理终端的对应关系。
在一个实施例中，频率变换模块包括输入备份开关环、多个Ka下变频器和输出备份开关环，Ka下变频器的个数大于多路信号的个数，以实现频率变换模块的备份功能。
在一个实施例中，Ka下变频器的个数为5个，多路信号的个数为3个，频率变换模块实现5:3的冷备份设计。
在一个实施例中，多个Ka下变频器的性能指标一致，每个Ka下变频器的工作频带覆盖多路信号的工作频点。
在一个实施例中，频率转换模块还包括多个带通滤波器，多个带通滤波器用于对输出备份开关环输出的多路信号进行限带提纯，并将限带提纯后的多路信号分别输入到对应的信号处理终端。
在一个实施例中，分路模块包括输入多工器，用于将将经过低噪声放大的信号分成多路信号。
在一个实施例中，分路模块包括输入三工器，用于将将经过低噪声放大的信号分成三路信号。
在一个实施例中，低噪声放大模块包括：低噪放输入备份开关、2个Ka低噪声放大器和低噪放输出备份开关，低噪声放大模块实现2:1的冷备份设计。
在一个实施例中，系统还包括预选器，预选器连接低噪声放大模块。
相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：
(1)针对在轨卫星面临的日益复杂的空间频率干扰情况，首次系统的提出了一种宽带卫星馈电链路接收通道频率配置在轨调配方案，进行了原理分析和可行性论证，并给出了系统实现架构与技术途径。
(2)统筹考虑系统变频设备需求，用一种变频器实现对所有业务通道频率变换的需求，减少了变频器种类和设备配套数量，在降低系统实现难度的同时降低了成本。
(3)构造了多冗余度下变频器大环路备份方案，通过输入输出开关环独立的路径切换选择算法，实现了系统灵活的业务通道在轨配置功能和故障设备隔离功能，同时提高了系统的易用性和可靠性。
(4)馈电接收通道系统通过在轨进行频率和路径规划配置，可提高链路的干抗规避能力、服务质量和通道使用效率，对宽带卫星馈电链路性能的提升具有重要的作用。
(5)馈电接收通道系统针对每个通道分别设置了多级限带措施，使整个通道从前端开始提前逐级具备通带选择特性，提高了通道对带外干扰信号的抑制能力，同时提高了通道输出谐杂波指标。
附图说明
本申请可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。在附图中：
图1示出了根据本申请实施例的宽带卫星馈电链路子系统示意图；
图2示出了根据本申请实施例的宽带卫星馈电链路工作频率分配图；
图3示出了根据本申请实施例的宽带卫星馈电链路接收通道系统的示意图；
图4示出了根据本申请实施例的宽带卫星馈电链路接收通道系统典型实现示意图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本申请的示例性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施例的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中可以做出很多特定于实施例的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施例的不同而有所改变。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本申请，在附图中仅仅示出了与根据本申请的方案密切相关的装置结构，而省略了与本申请关系不大的其他细节。
应理解的是，本申请并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。在本文中，在可行的情况下，实施例可以相互组合、不同实施例之间的特征替换或借用、在一个实施例中省略一个或多个特征。
图1示出了根据本申请实施例的宽带卫星馈电链路子系统示意图。宽带卫星馈电链路子系统，与馈电收发天线、高速处理器、宽柔处理器、微波交换矩阵、网络交换控制器和信令处理器配合完成用户和信关站之间的控制和业务信息传输功能。馈电链路子系统包括馈电接收通道和馈电发射通道两部分，其中，馈电接收通道完成多路独立的Ka频段宽带高速信道馈电链路上行信号的低噪声放大、分路和频率变换功能，形成多路独立输出信号，并分别送往高速处理器、宽柔处理器和微波交换矩阵；这里，宽带卫星馈电链路位于29～31GHz，上行输入频率计划如图2所示。
图3示出了根据本申请实施例的宽带卫星馈电链路接收通道系统的示意图。参见图3，本申请实施例提供一种宽带卫星馈电链路接收通道系统，包括：低噪声放大模块、分路模块和频率变换模块；以下对各个模块的功能进行详细描述：
低噪声放大模块用于对馈电链路上行信号进行低噪声放大；分路模块用于将经过低噪声放大的信号分成多路信号；频率变换模块连接多个信号处理终端，频率变换模块用于对多路信号进行频率变换，并将经过频率变换的信号对应输入到多个信号处理终端；频率变换模块还用于切换多路信号与多个信号处理终端的对应关系。
本申请该实施例，馈电链路接收通道基于频率变换模块，采用在轨进行频率和路径规划配置的方式，可提高链路的干抗规避能力、服务质量和通道使用效率，对宽带卫星馈电链路性能的提升具有重要的作用。
在一个实施例中，参见图3，频率变换模块包括输入备份开关环、多个Ka下变频器和输出备份开关环，Ka下变频器的个数大于多路信号的个数以实现频率变换模块的备份功能。
在一个实施例中，多个Ka下变频器的性能指标一致，每个Ka下变频器的工作频带覆盖多路信号的工作频点。
在一个实施例中，Ka下变频器的个数为5个，分别为Ka下变频器1、Ka下变频器2、Ka下变频器3、Ka下变频器4和Ka下变频器5，多路信号的个数为3个，分别为CH1通道信号、CH2通道信号和CH3通道信号，频率变换模块实现5:3的冷备份设计。
该实施例中，通过在轨设置ka下变频器工作状态，实现不同通道的频率变换功能。这里，ka下变频器采用5:3的大环路备份设计，通过在轨设置输入备份开关环和输出备份开关环的信号路径，实现3路信号与3个信号处理终端的对应关系的切换功能和频率变换模块的备份功能，这里，3个信号处理终端包括高速处理器、宽柔处理器和微波交换矩阵。
参见图3，3路信号分别为CH1通道信号、CH2通道信号和CH3通道信号，其中，CH1通道频率低于CH2通道频率，CH2通道频率低于CH3通道频率。默认情况下CH1通道信号通过Ka下变频器1对应高速信道，CH2输入信号通过下变频器3对应宽柔信道，CH3输入信号通过下变频器5对应微波交换信道。
多路信号根据馈电链路实时频谱质量特性状态，可以优先保证3个信道中的重要信道使用传输特性好的通道。这里，假设CH2通道信号质量好，CH1通道信号存在干扰杂波，导致通信能力下降。在高速信道重要，而宽柔信道传输一般业务的情况下，可以将CH2通道信号通过输入备份开关环切换至Ka下变频器1对应的高速信道，CH1通道信号切换至Ka下变频器3对应的宽柔信道，CH3通道信号通过Ka下变频器5对应微波交换信道，对应关系保持不变，通过上述方式，优先保证了高速信道的通信能力。在进行通道对应关系切换时，输入备份开关环的路径进行了重新规划，输出备份开关环的状态不变。
在输入备份开关环、多个Ka下变频器和输出备份开关环构成的5:3的大备份环路中，Ka下变频器1、3、5是主用设备，Ka下变频器2和Ka下变频器4是冷备份设备。由于Ka下变频器2、4的存在，可以替代任何一个或两个失效的Ka下变频器，提高备份环路的可靠性。具体来说，若Ka下变频器5失效，可通过输入备份开关环将CH3通道信号切换至Ka下变频器4的输入端，通过输出备份开关环将下Ka变频器4输出信号切换至微波交换信道，恢复微波交换信道的正常工作状态。在备份Ka下变频器接入使用的过程中，输入备份开关环和输出备份开关环的连接关系是镜像联动的关系。
图4示出了根据本申请实施例的宽带卫星馈电链路接收通道典型实现示意图。参见图4，输入备份开关环中的微波开关从上往下依次定义为输入微波开关1～5。CH2通道信号通过输入备份开关环切换至Ka下变频器1对应的高速信道，通过输入微波开关联通关系设置，实现过程如下：CH2通道信号首先进入输入微波开关3的接口3，然后从接口4输出至输入微波开关2的接口2，最后从接口4输出至输入微波开关1接口2，从接口1输出至ka下变频器1；CH1通道信号通过输入备份开关环切换至Ka下变频器3对应的高速信道，通过输入微波开关联通关系设置，实现过程如下：CH1通道信号首先进入输入微波开关1的接口3，然后从接口4输出至输入微波开关4的接口3，最后从接口4输出至输入微波开关3接口2，从接口1输出至ka下变频器3。该实施例中，输入/输出备份开关环具有更复杂、数量更多的冗余路径，可以配合实现输入信号与处理终端之间的对应关系变换设置。
该实施例中，在输入输出备份环路设计上同时考虑通道切换和备份设备切换需求，相较一般备份环路增加了更多的冗余路径和选择开关数量，避免可能存在的路径阻塞现象；该实施例的接收通道系统工作时考虑两类切换(通道切换和备份设备切换)的独立设置需求，合理规划输入输出备份环路信号路径。此外，5:3的ka下变频器大备份环路设计降低了变频器设备配套数量，同时提高了系统可靠性。
上述实施例是基于馈电链路工作在3路信道的模式，采用上述实施例的设计方案能够有效实现通道性能和可靠性的提升，在其他实施例中，当信道数量多于3路时，也可以通过合理设计多冗余路径大备份环路设计，例如，当信道数量为4时，ka下变频器采用6:4的大环路备份设计，同时实现备份环路输入输出端口交换功能和备份变频设备接入使用功能，提高系统通道使用性和可靠性。这里，信道数量和ka下变频器的大环路备份设计方案不限于此，也可以采用其他的设计方案，都在本申请的保护范围之内。
在一个实施例中，频率转换模块还包括多个带通滤波器，多个带通滤波器用于对输出备份开关环输出的多路信号进行限带提纯，并将限带提纯后的多路信号分别输入到对应的信号处理终端。这里带通滤波器可以采用C波段带通滤波器，具有单个通道中最窄的通带，是每个通道带宽的决定设备，为了保证通道的传输特性，C波段带通滤波器应具有较小的群时延波动指标。
在一个实施例中，分路模块包括输入多工器，用于将将经过低噪声放大的信号分成多路信号。在其他实施例中，当馈电链路工作在3路信道的模式，分路模块包括输入三工器，用于将将经过低噪声放大的信号分成三路信号。输入三工器采用波导腔体形式，将馈电链路上行信号分为3路独立的业务信号，每个通道的工作带宽尽量小，带外抑制足够高，为了减少通道之间的影响，每个通道之间的隔离度尽量高。
在一个实施例中，低噪声放大模块包括：低噪放输入备份开关、2个Ka低噪声放大器和低噪放输出备份开关，低噪声放大模块实现2:1的冷备份设计；这里，Ka低噪声放大器具有大带宽、高增益、低噪声和大动态输入范围的特性，对馈电链路上行信号进行放大，确保接收通道系统的灵敏度和动态范围指标；低噪声放大模块进行了2:1的冷备份设计，以提高系统可靠度，设置低噪放输入备份开关和低噪放输出备份开关，用于选择工作的低噪声放大器，而未工作的低噪放处于关机状态，作为冷备份。
在一个实施例中，系统还包括预选器，预选器连接低噪声放大模块；预选器处在馈电接收通道系统的最前端，具有优良的性能指标；预选器选用腔体波导滤波器形式，实现较大的工作带宽，以确保3路上行馈电宽带通道同时正常工作；预选器具有较小的带内损耗和波动特性，远带抑制应尽量大。
综上，本申请具有以下有益效果：
(1)针对在轨卫星面临的日益复杂的空间频率干扰情况，首次系统的提出了一种宽带卫星馈电链路接收通道频率配置在轨调配方案，进行了原理分析和可行性论证，并给出了系统实现架构与技术途径。
(2)统筹考虑系统变频设备需求，用一种变频器实现对所有业务通道频率变换的需求，减少了变频器种类和设备配套数量，在降低系统实现难度的同时降低了成本。
(3)构造了多冗余度下变频器大环路备份方案，通过输入输出开关环独立的路径切换选择算法，实现了系统灵活的业务通道在轨配置功能和故障设备隔离功能，同时提高了系统的易用性和可靠性。
(4)馈电接收通道系统通过在轨进行频率和路径规划配置，可提高链路的干抗规避能力、服务质量和通道使用效率，对宽带卫星馈电链路性能的提升具有重要的作用。
(5)馈电接收通道系统针对每个通道分别设置了多级限带措施(低噪声放大模块、分路模块和频率变换模块)，使整个通道从前端开始提前逐级具备通带选择特性，提高了通道对带外干扰信号的抑制能力，同时提高了通道输出谐杂波指标。
以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种宽带卫星馈电链路接收通道系统，其特征在于，包括：低噪声放大模块、分路模块和频率变换模块；
所述低噪声放大模块用于对馈电链路上行信号进行低噪声放大；
所述分路模块用于将经过低噪声放大的信号分成多路信号；
所述频率变换模块连接多个信号处理终端，所述频率变换模块用于对所述多路信号进行频率变换，并将经过频率变换的信号对应输入到所述多个信号处理终端；所述频率变换模块还用于切换所述多路信号与所述多个信号处理终端的对应关系。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述频率变换模块包括输入备份开关环、多个Ka下变频器和输出备份开关环，所述Ka下变频器的个数大于所述多路信号的个数，以实现所述频率变换模块的备份功能。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述Ka下变频器的个数为5个，所述多路信号的个数为3个，所述频率变换模块实现5:3的冷备份设计。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个Ka下变频器的性能指标一致，每个所述Ka下变频器的工作频带覆盖所述多路信号的工作频点。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述频率转换模块还包括多个带通滤波器，所述多个带通滤波器用于对所述输出备份开关环输出的多路信号进行限带提纯，并将限带提纯后的多路信号分别输入到对应的信号处理终端。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分路模块包括输入多工器，用于将将经过低噪声放大的信号分成多路信号。
7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述分路模块包括输入三工器，用于将将经过低噪声放大的信号分成三路信号。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，低噪声放大模块包括：低噪放输入备份开关、2个Ka低噪声放大器和低噪放输出备份开关，所述低噪声放大模块实现2:1的冷备份设计。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括预选器，所述预选器连接所述低噪声放大模块。
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