CN117478194A - 一种高通量卫星共用行放c/i性能提升设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高通量卫星共用行放C/I性能提升设计方法，在波束下行信号进行转发过程中，通道滤波性能影响波束覆盖区内C/I性能；所述通道滤波性能最大的决定因素为变频后的滤波性能；通过对变频后信号进行分路多通道滤波处理，再进行间隔通道信号合路处理，提升滤波性能。本发明可以获得较好的通道带外抑制性能，临近通道抑制性能较宽带滤波方式明显提升。按照12％保护带宽的频率规划，临近通道临近边频的抑制能力一般在15dB以上，中心频点的滤波性能可达到30dB左右，再考虑输出滤波器的通道间抑制性能，系统会获得良好的通道C/I性能。

Description

一种高通量卫星共用行放C/I性能提升设计方法

技术领域

本发明涉及一种高通量卫星共用行放C/I性能提升设计方法，属于卫星通信技术领域。

背景技术

高通量卫星(HTS)为采用多点波束和频率复用技术、在同样频谱资源的条件下，整星通量是传统固定通信卫星(FSS)数倍的卫星，可以运行在任何频段，通量有大有小，取决于分配的频谱和频率复用次数。

HTS卫星频率复用技术带来一些问题，当2个或更多的波束使用同一频段频率时，由于天线波束滚降和旁瓣不为零，在同一覆盖区就会接收到2个或更多波束发射的同一频率，产生波束间的同频干扰。另一方面，HTS卫星转发器通道中的调制信号频谱是宽带的，如果转发器临近通道功率抑制能力的弱也会带来波束间的干扰。点波束技术会引起的波束间干扰，降低效率。如果增加波束间的距离，可以降低干扰，但又减少了频率复用，影响了总的通量。

随着HTS卫星对容量需求的不断提升，HTS卫星的波束数量在不断增加，对应的卫星转发器通道数量也不断增加。随之，HTS卫星有效载荷转发器系统受重量、结构、功耗等方面的因素限制，HTS卫星前向转发器(关口站至用户链路)需要按照临近通道共用功率放大器(通常为行波管放大器，简称行放)的方式进行设计以支持更多的波束通道设计，对变频器输出的信号按照共用行放的波束数量分别进行滤波后进入行放，滤波器对单波束通道的带外抑制性能较差，临近通道无抑制，使得通道的C/I性能较差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种高通量卫星共用行放C/I性能提升设计方法，通过对有效载荷频率复用的通道组合关系进行重排列，实现每一个通道进行通道化滤波，从而提升通道的滤波性能来实现有效载荷C/I提升。

本发明的技术解决方案是：

一种高通量卫星共用行放C/I性能提升设计方法，所述卫星有效载荷前向波束下行通道至少包括3个以上频点通道，存在2个以上频点通道共用行放，对波束覆盖区内C/I性能的影响因素分析，在波束下行信号进行转发过程中，最大影响因素为变频后的滤波性能；

将变频后完成分路多通道滤波的有效载荷频率复用通道组合关系进行重排列，采用间隔通道信号合路处理，再共用功率放大器，提升变频后的滤波性能，提高波束覆盖区内C/I性能。

优选的，间隔通道信号合路处理，所述间隔通道的通道数根据频率规划情况确定，间隔1个或多个。

优选的，选择合路的间隔通道内信号为不同来源信号，即两路信号不是来自同一宽带信号。

优选的，选取合路的两路信号为不同极化的通道信号。

优选的，若通道滤波器滤波性能降低，如果保护带宽不变，则通道的带内波动性能、时延波动性能将得到提升。

优选的，若通道滤波器滤波性能降低、且通道的带内波动性能、时延波动性能出现余量过剩时，减小通道间的保护带宽，获得通道带宽使用收益。

优选的，波束下行信号进行转发的电路为：波束输入变频器，变频至用户频点；功分器接收变频器输出信号，分成若干路信号并分别输入一个通道滤波器进行滤波处理，间隔通道滤波器的输出信号合路，生成的各合路信号分别输出至功率放大器，各功率放大器对信号放大处理后通过输出双工器进行单频点通道的输出滤波，得到用户所需波束。

优选的，所述通道滤波器为窄带滤波器。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明获得良好的通道近带抑制性能，通过间隔通道组合共用行放形式的设计，每个转发器通道均可获得通道滤波器和输出多工器对通道带外抑制性能的收益，从而获得更好的带外抑制性能，减小对临近通道的干扰，显然能获得有效载荷C/I性能的提升。

(2)本发明可以提升频谱利用效率性，HTS卫星有效载荷C/I性能是由转发器和天线的性能共同决定的，当转发器的通道抑制性能对有效载荷综合的C/I性能影响较小时，可以减小通道见得保护带宽，以获得更宽的通道频率带宽，提升频率利用率。

(3)本发明具有良好的扩展性和普适性，对2个或多个通道共用行放的HTS卫星转发器通道设计均适用，对同类设计需求的通信系统可参考使用。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为HTS卫星28用户波束下行发射覆盖区示意图；

图2为HTS卫星28用户频率规划示意图；

图3为典型HTS卫星有效载荷(前向)转发器系统构成原理图；

图4为典型HTS卫星前向转发器频率规划示意图；

图5为一般共用行放设计框图；

图6为临近通道共用行放设计信号流程示意图；

图7为本发明实施例共用行放提升临近通道抑制性能改进设计框图；

图8为本发明实施例间隔通道共用行放设计信号流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

HTS卫星有效载荷C/I性能反映高通量卫星前行载荷下行发射信号用户波束间的互相影响情况，图1为HTS卫星28用户下行发射波束覆盖区示意图，其对应频率规划示意见图2。从图1、图2中可以看出，高通量卫星用户波束是由5个频率在覆盖区进行复用排列形成的。对于天线波束，实际设计的天线覆盖区要比覆盖区需求的区域大，这样就会使得某个波束的信号落入其他波束覆盖区内，当两个覆盖区频率一样时就会形成同频干扰，如F1、F6、F11三个关口站频率对应用户波束为同频率，当F1波束信号落入F5或F11波束区域时形成干扰。对于转发器通道，转发器通道传输的信号，通道内的邻近通道频率分量会对邻近通道形成干扰。因此，对高通量卫星，波束覆盖区内C/I性能由天线波束性能和转发器通道抑制性能决定考虑两项因素时，C/I可表示为：

C/I＝C/(I_波束+I_邻近通道) (1)

式中，I_波束为天线波束重叠引入的干扰，I_邻近通道为转发器邻近通道功率引入的干扰。从式中可看出，当I_邻近通道降低时，可提升用户波束的C/I性能。在HTS卫星有效载荷转发器通道系统中I_邻近通道的性能主要由发射频段的滤波性能决定。

典型HTS卫星有效载荷(前向)转发器系统构成原理图如图3所示，转发器系统的通道滤波性能主要由变频器后的滤波器以及功放后的滤波器共同决定。功放后每个用户波束均需进行滤波器，其需要保证低损耗的同时进行功放谐波抑制及关口站上行频段噪声抑制，对临近通道干扰信号抑制能力较低，因此，转发器系统临近通道干扰抑制能力主要取决于变频器后的滤波器性能。

以典型的HTS卫星前向转发器频率规划设计进行描述，图4给出了一个16波束4色复用的多波束频率规划示意图，关口站共包含8个频率通道2个极化的16个频点信号，每个极化的F1～F4、F5～F8频点经过LO1、LO2两个不同的本振变频至用户F1～F4频点，共包括2个极化4个频点的16路信号。

对于高通量卫星由于卫星对产品重量、体积承载能力的限制，高通量卫星波束一般在几十个到几百个，卫星系统不可能为每个波束配置功率放大器(卫星通信中一般为行放)，需要多个波束共用行放进行设计。行放共用方式的设计方式区别核心是变频滤波器模块的设计，一般的共用行放的设计采用图5所示的结构模型进行设计，滤波器按照共用行放的波束数量进行宽带滤波。该种形式的设计由于采用宽带滤波器设计形式，可以获得较好的通道带内波动性能及时延变化性能，但是滤波器对单波束通道的带外抑制性能较差，临近通道无抑制，也就会使得通道的C/I性能较差。以图4的频率规划对该方案的方法进行具体说明：

按照每两个通道共用行放进行设计时，常规的设计方式是按照临近通道共用行放形式，如图6所示，即F1+F2通道、F3+F4通道共用行放的方式进行设计。以F1、F2共用通道为例，F1、F2通道为同一本振变频通道，变频后进行通道化滤波(F1+F2)后进入同一行放，在行放后通过输出双工器进行单频点通道的输出滤波，形成两个波束，信号流图如图5所示。用户波束R、L两个极化，每个极化包括F1～F4四个波束共8个用户波束，按照临近的两个通道共用行放的方式分别进行滤波即对F1+F2和F3+F4频点的4个组合通道进行滤波进入行放。采用此种方案行放前射频链路形式简单，滤波器数量少，缺点在于F1、F2频率间通道滤波抑制仅依赖输出双工器的滤波能力，F2与F3频点间因采用F1与F2同时进行滤波的滤波器，滤波器带宽较宽，滤波器对F3频点通道的抑制性能较差，按照目前多工器的性能水平，相邻通道的边缘抑制性能一般只能达到6～9dB。

为解决临近通道共用行放设计的方式带来的缺点，提升临近通道的通道间隔离性能，本发明提出了一种高通量卫星共用行放C/I性能提升设计方法，采用间隔通道单独滤波后合路组合共用行放的方式进行共用行放设计，即F1+F3通道、F2+F4通道共用行放的方式进行设计。本发明核心的设计要点包括：

1)合路滤波方式采用间隔通道合路的思路进行设计，合路共用行放的两个通道间隔通道数量可以1个或多个。

2)合路的通道信号必须选用异源通道合路的方式进行合路。

该两项设计要点的原因是，对于通道滤波器的设计，采用间隔的方式，滤波器通道间可获得较大的过渡带宽，便于滤波器的实现。另一方面，按照临近通道共用行放形式，如果对来自同一个输入的源端的F1、F2通道分别进行通道滤波再合路的方式，一方面通道间需要足够的保护带宽以保障滤波器的通道带内特性满足要求，另一方面合路后F1与F2间的滤波效果(通道隔离的性能)会消失殆尽。因此，在合路通道的选择上需要选取不同来源的信号进行合路，也就是滤波前合路的两路信号不是来自同一宽带信号。使用本方法的设计方案，选取合路的两路信号来自于两个极化的通道信号，避免了同一信号来源信号经滤波器后合路造成的频谱混叠影响，同时，每个通道滤波器所需要的通道间保护带要求降低(频谱资源的利用率因此可以获得提升)，可以在保证必要的通道带外抑制能力的同时获得更好的通道带内特性。

按照本发明的方式进行设计的滤波合路方案设计原理框图见图6所示，对变频器输出的信号按照每个通道的频率进行分路并滤波，同时按照间隔通道进行合路的方式进行合路，合路按照不同极化的频点的方式进行合路的组合进行合路，合路后的信号进入行放。图7所示的共用行放设计结构形式较为复杂，每个波束均设置窄带滤波器进行滤波。该种形式的设计由于采用窄带滤波器设计形式，可以获得较好的通道带外抑制性能，临近通道抑制性能较宽带滤波方式明显提升。按照12％保护带宽的频率规划，临近通道临近边频的抑制能力一般在15dB以上，中心频点的滤波性能可达到30dB左右，再考虑输出滤波器的通道间抑制性能，系统会获得良好的通道C/I性能。

以图4的频率规划对该方案的方法进行具体说明：

间隔通道共用行放设计信号流程示意图见图8，同样使用图4的频率规划进行说明，用户波束R、L两个极化，每个极化包括F1～F4四个波束共8个用户波束，按照间隔一个通道的两个通道共用行放的方式分别进行滤波组合的方式进行设计，即对F1+F3和F2+F4频点的4个组合通道进行滤波进入行放。变频后对每个极化的4个通道分别进行滤波，共形成L、R极化对应的F1～F4共8个通道信号，为避免同源信号频谱混叠问题，采用不同极化信号组合的形式进行组合即：F1(R)+F3(L)、F2(R)+F4(L)、F1(L)+F3(R)、F2(L)+F4(R)，按照该组合关系的信号合路后进入共用行放进行放大。采用非同源信号合路的方式可以保证良好的通道滤波特性的保持，不会造成合路后的频谱混叠还原。

间隔通道的通道数根据频率规划情况可以间隔1个或多个，共用行放的通道数量可以2个或多个，共用行放的通道来源是不同的。间隔通道共用行放的方式由于变频器后窄带滤波性能对临近通道滤波性能优良，可以使通道获得对相邻通道高端及低端两级滤波器的抑制性能叠加，使得系统获得良好的临近通道抑制性能，从而使载荷系统提升C/I性能。同时，行放前的通道滤波器一般可接受较大的插损性能，通道滤波器可采用较高阶数的滤波器，通道滤波器的带外抑制性能较输出级要好得多，综合两级滤波器的抑制性能，通过本设计方法两个相邻通道近端可获得优于17～23dB以上的抑制性能。

通过本设计方案形式，在一些设计中，由于转发器整体带外抑制性能的提升，使得有效载荷中转发器的I邻近通道性能大幅提升，综合考虑转发器部分I邻近通道对于系统C/I性能的影响情况，当有效载荷性能带外抑制性能过剩时，可以降低滤波器对通道间滤波性能的要求，获得两个可能的好处：

(1)当通道滤波器抑制性能降低时，如果保护带宽不变，则通道的带内波动性能、时延波动性能将会得到提升；

(2)当通道滤波器抑制性能降低时，如果通道的带内波动性能、时延波动性能出现余量过剩时，可以减小通道间的保护带宽，如从12％减小到10％，从而可以获得2％的通道带宽使用收益。

因此，在系统设计时根据设计结果可以系统性考虑频率资源的使用效率，综合带外抑制与使用带宽间的性能权衡，在通道带内性能、C/I性能及通道使用效率方面进行综合以获得最大的系统效益。

以上所述实施例只是本发明较优选具体实施方式，本领域技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高通量卫星共用行放C/I性能提升设计方法，所述卫星有效载荷前向波束下行通道至少包括3个以上频点通道，存在2个以上频点通道共用行放，其特征在于，包括：

对波束覆盖区内C/I性能的影响因素分析，在波束下行信号进行转发过程中，最大影响因素为变频后的滤波性能；

对变频后完成分路多通道滤波的有效载荷频率复用通道组合关系进行重排列，采用间隔通道信号合路处理，再共用功率放大器，提升变频后的滤波性能，提高波束覆盖区内C/I性能。

2.根据权利要求1所述的一种高通量卫星共用行放C/I性能提升设计方法，其特征在于，间隔通道信号合路处理，所述间隔通道的通道数根据频率规划情况确定，间隔1个或多个。

3.根据权利要求1或2所述的一种高通量卫星共用行放C/I性能提升设计方法，其特征在于，选择合路的间隔通道内信号为不同来源信号，即两路信号不是来自同一宽带信号。

4.根据权利要求3所述的一种高通量卫星共用行放C/I性能提升设计方法，其特征在于，选取合路的两路信号为不同极化的通道信号。

5.根据权利要求1所述的一种高通量卫星共用行放C/I性能提升设计方法，其特征在于，若通道滤波器滤波性能降低，如果保护带宽不变，则通道的带内波动性能、时延波动性能将得到提升。

6.根据权利要求1所述的一种高通量卫星共用行放C/I性能提升设计方法，其特征在于，若通道滤波器滤波性能降低、且通道的带内波动性能、时延波动性能出现余量过剩时，减小通道间的保护带宽，获得通道带宽使用收益。

7.根据权利要求1所述的一种高通量卫星共用行放C/I性能提升设计方法，其特征在于，波束下行信号进行转发的电路为：波束输入变频器，变频至用户频点；功分器接收变频器输出信号，分成若干路信号并分别输入一个通道滤波器进行滤波处理，间隔通道滤波器的输出信号合路，生成的各合路信号分别输出至功率放大器，各功率放大器对信号放大处理后通过输出双工器进行单频点通道的输出滤波，得到用户所需波束。

8.根据权利要求7所述的一种高通量卫星共用行放C/I性能提升设计方法，其特征在于，所述通道滤波器为窄带滤波器。