归纳卫星转发器设计

1、实验一卫星转发器仿真设计一设计思想卫星转发器的任务是把接收信号放大，并利用变频器变换为下行频率再发射出去。通过 Matlab可以对接受信号的下变频、中频放大、上变频、行波管放大等过程进行仿真。这里 用到的行波管放大是一种非线性放大。通过仿貞，可以验证转发器的原理，观察非线性放大 带来的干扰。二实现流程Figure 1转发器整体框图Xout(t)X in(l)= cos 2/r / (r-rf) cos 2fct i-lXin(t)这里Xin(Z)表示输入信号为9路DSB信号之和，代表9地球站的上行信号之和(采用FDMA制九上行信号采用6GHz,相邻2路信号载波间隔为300MHz, DSB信号带

2、宽为 100MHz.接收信号首先经过本地载波相干解调，再通过低通滤波器滤出低频部分，恢复出中频信 号。之后经过中频线性放大，再进行上变频到4GHz.之后通过行波管功率放大。进行TWTA 放大时应用非线性放大模型。三结论分析转发器接枚射频信号050000-150-200024681012Freq(GHz)转发器接收射頻信号硕常Figure 3图3显示了接收信号的时域波形和频谱。通过频谱可以看出，接收信号是一个以6GHz 为中心的一簇信号。6G下变皴信号频谱Figure 4图4显示了经过下变频之后的信号和英频谱。通过频谱可以看岀，此时信号相当于集中分布在低频和髙频段。假设一路信号为壬= cosco

3、sQf,则与6GHz相乘之后，得到:)： (/) = cos qf COS COct COS COctcos 2a)t +1=cos a)tt2=cos cott cos 2a)t + cos cot2 e 2则频谱分量中有低频高频2q。为了得到中频信号，下一步进行带通滤波。通过BPF后的6G下变频信号 V VI00.10.20.30.40.50.60.70.80.91通过BPF后的6G下变频信号频涪Freq(GHz)Figure 5图5显示了经过下变频之后的信号再经过BPF之后得到的中频信号和其频谱。这里使 用4阶的巴特沃斯带通滤波器，截止频率设为0.1GHz, 2GHz0可以看到中频信号得

4、到了很 好的恢复。由于变频之后幅度有衰减，于是对信号进行线性放大也就是乘以2倍。4G匕变频信号频谱Freq(GHz)Figure 6图6显示了经过4GHz上变频的信号及其频谱，可以看到中频的已放大信号完全线性搬 移到了 4GHz频段上。TWTA放大信号-U.G0-20eX-40-601illBill iJMta则啊啣岬1111100.10.20.30.40.50.60.70.80.91tTWTA迪大信号频谱0 28 10 12Freq(GHz)TWTA输出功率输入功率-400350-300250-200150-100-50050輸入功率(dB)TWTMJ俗输入功率Figure 7图7显示了经过

5、TWTA放大的下行信号及其频谱。这里可以看到经过非线性放大之后, 信号波形与放大前有了很大变化，且有了新的频谱分疑，低旁瓣被放大。这里就必须考虑非 线性放大效应。因此，作岀了 TWTA输出功率-输入功率以及TWTA相移-输入功率曲线图。 可以看到，在较低输入功率段TWTA输岀功率近似与输入功率成线性关系，但是在高输入 功率段，岀现了非线性部分。当输入功率较大时，相移也表现出非线性的关系，由于在一左 条件下相移会转化为频率变化，即产生新的频率分量(AM/PM转换)，所以才对于多载波 输入时TWTA放大会引起频率上的干扰。0-100200-300-4001*乂(8p)r昌壬牟100输入功率(dB)

6、0 -10-8642024輸入功率(dB)0.402-0.2-0.4Figure 8图8显示了非线性放大器的输入-输岀功率和相移-输入功率曲线图。可以看到当输入功 率大于-4dB后出现了明显的非线性特性，而且在输入功率为OdB时达到饱和。这时如果我 们将输入功率回退到一左范国，则可以保证输岀功率与输入功率近似成线性关系。因此我们 将输入功率人为降低，也即回退到较小值。TWTA放大信号0-6001 11 11 11 11100.10.20.30.40.506070.80.91tTWTA放大信号频谱20 X _ -404681012Freq(GHz)Figure 9图9中设泄回退虽为40dB。可以

7、看岀虽然还是有一些新的频率分量产生，但是干扰比 较小。如果回退量继续增大，则干扰进一步减小直至没有(如回退60dB),但是会引起此时 TWTA放大信号功率大幅减小。四思考题解答（一）思考卫星转发器的各种模型？1. 双变频转发器接收信号变换到中频，经过放大、限幅，然后变换到发射频率，再经行波管功率放大。2. 单变频转发器接收信号直接放大，直接变频为下行频率，再经行波管功率放大。3. 处理转发器接收信号变换到中频，进行相干检测和数据处理，从而得到基带数字信号，再调制到中 频，再上变频到下行频率上。这其中，单变频转发器适用于多载波输入的情形。处理转发器适用于数字卫星通信，通 过解调、纠错、编码、调制

8、一系列过程，有利于消除噪声积累。（二）处理转发器与透明转发器之间比较，须增加哪些模块？处理转发器由于要得到基带数字信号，还需要增加解调、调制模块。由于要进行数据处 理，所以还需要检错、纠错模块。由于要对信号进行再编码，所以还需要加入信逍编码模块。 相当于进行了一个完整的解调、再调制过程匚五源代码及说明主函数clear;close all;fs=12OO;T=l/fs;Tp=l;%lS;N=Tp*fs;n=l:N;%产生9路DSB信号df=3O;x0=cos(600*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);%DSB xl=cos(600+df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*

9、T); x2=cos(600-df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);x3=cos(6(X)+2*df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T); x4=cos(600-2*df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);x5=cos(600+3*df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T); x6=cos(600-3*df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);x7=cos(600+4*df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T); x8=cos(600-4*df)*pi*n*T). *cos( 10*pi *n*T);xn=x

10、 1 +x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8;figuresubplot(3,2,l)plot(n*T,xn/J);axis(0 1 -1.2*max(xn) 1.2*max(xn)xlabel(T);ylabcl(XouF);titled转发器接收射频信号)； grid onf=2*fs*(0:(N/2)/N/100;Pl=fftl28(xn,N); subplot(322)plot(f,10*logl0(Pl)山IcC转发器接收射频信号频谱) xlabc!(,Freq(GHzy) yIabel(lX(f)r) grid on%6G下变频 xn_down=cos(600*pi*n*T).

11、*xn;%6GHz 相干解调 subplot(323)plot(n*T,xn_down；-r);axis(0 1 -1.2*max(xn) 1.2*max(xn) xlabcl(t);ylabd(Xour);titleC6G下变频信号)； grid onP l=fftl 28(xn_down.N);subplot(324) plot(fJO*loglO(Pl) titleC6G下变频信号频谱) xlabel(,Freq(GHzy) ylabel(,IX(f)r) grid on%帯通滤波wn=0.1/fs 200/fs;%设置截止频率|bmi .ami = butter(4,wn);%巴特沃斯

12、4阶带通滤波器 xout = filter(bmi,ami.xn_down);subplot(325) plot(n*TxoiH,T);axis(0 1 -1.2*max(xn) 1.2*max(xn)xlabel(V); ylabcl(XouF);山IcC通过BPF后的6G下变频信号)； grid onPl=fftl28(xout,N);subplot(3,2.6) plot(fJO*loglO(Pl) 山IcC通过BPF后的6G下变频信号频谱) xlabeI(,Freq(GHzy)ylabel(lX(f)r) grid on%2倍信号放大 xout=2*xout;%上变频 x_up=xou

13、t.*cos(400*pi*n*T); figuresubplot(3,2) plot(n*Tx_up；-*); axis(0 1 -1.2*max(xn) 1.2*max(xn) xlabel(V);ylabel(Xouf);titleC4G上变频信号)； grid onPl=fftl28(x_up.N); subplol(322) plot(fJO*loglO(Pl) titleC4G上变频信号频谱) xlabel(Freq(GHz) ylabeflX(f)r) grid on%TWTA行波管放大 backoff = 0; y=salchs_modcl(x_up.backoff,N); s

14、ubplot(3?23)plot(n*T,rcal(y)&); xlabcl(t); ylabcKxouf); titleCTWTA 放大信号)； grid onPl=fftl28(y,N); subplot(324) plot(fJO*loglO(Pl) title(TWTA放大信号频谱) xlabel(,Freq(GHzy) ylabel(lX(f)r) grid onsubplot(3,25)pin = 1 O*log 10(abs(x_up);pout= 10*logl0(abs(y);plot(pin.pout);grid;xlabelC输入功率(dB) f);ylabclC 输岀功

15、率(dB);titleCTWTA输岀功率-输入功率) subplot(326)plot(pinX 180/pi)*unwrap(angle(y);grid; xlabelf输入功率(dB) );ylabclC相移(度)； title(TWTA相移-输入功率)% figure% logpsd.freq,ptotal.pmax=log_psd(x_up200,T); % plot(freq.logpsd);salehs modcl非线性放大函数 仿真TWTAaf= 1.1587;bf= 1.15;ag = 4.0;bg=2.1;c=10A(backoff/20);for k=l:nain = c*abs(x(k); thetain(k) = angle(x(k);aout