具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种技术方案：一种多波束高通量链路建模仿真系统，包括：

前向链路地面端和返向链路用户端

包括发送端数传仿真模块、Ka频段无线链路信道传输模块和Ka频段天线发送模块；

所述发送端数传仿真模块，用于进行对原始数据的编码、数字调制、成型滤波、上采样和空闲数据添加工作；

其中，数据率(数据传输速率)为1Mbps-800Mbps，编码包括卷积码、LDPC、RS、BCH多种编码方式，数字调制包括BPSK、QPSK、UQPSK、8PSK等方式；

所述Ka频段无线链路信道传输模块，用于接收天线发送信号，利用星地距离d和载波中心频率f_c计算自由空间传播损耗PL：

PL(dB)＝92.44+20lg d(m)+20lg f_c(GHz)

并将雨衰、电离层衰减等输入的衰减值加入路径损失的计算当中；

所述Ka频段天线发送模块，用于将调制及成型滤波后的信号输出到无线信道中，采用理想放大器对天线增益进行模拟，其中天线增益根据全向天线发射功率及天线方向图等影响因素综合提供；

建模过程不仅要考虑调制编码的方式，还要考虑帧长度等参数，其中的数传仿真模块以及星上模块的滤波器根据需求进行设计，无线信道模块则要考虑雨衰，大气层色散等因素。

卫星端

包括多波束反射面天线接收模块、星上基带接收模块、星上基带发射模块；

所述多波束反射面天线接收模块，用于从信道中接收传输信号后，根据输入的馈源的开关组合序列和反射面增益进行波束通道选择，输出到星上基带接收模块中。

所述星上基带接收模块，主要包括信号接收，滤波、下变频、解调、译码和解帧等功能；主要流程为：首先利用与数传模块同样的根升余弦滤波器进行匹配滤波，利用同步头及帧同步模块消除空闲数据并完成帧同步，再对帧同步后的数据进行下采样，利用异步数据分配器提取出有效数据序列，从而下变频到基带，最后进行数字解调和译码，输出到星上基带发送模块；星上基带接收模块与地面数传接收模块构成相同。

所述星上基带发送模块，主要包括信号产生、成帧、编码、调制、上变频、滤波和信号输出等功能。主要流程为：首先对输入信号进行编码与数字调制，利用序列生成模块生成同步头，与上一步经过编码、调制后的数据以及保护间隔序列(尾部补0)一起使用异步数据转换器进行成帧，再利用上采样器和根升余弦滤波器进行成型滤波，并在成型滤波后的帧尾添加若干比特的空闲数据，最后进行载波调制，经过放大器输出到星-地无线信道中。星上基带发送模块与地面数传发送模块构成相同。

其中，放大器使用低噪声放大器(LNA)，在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声以提高输出的信噪比；

由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F表示。理想放大器的噪声系数F＝1，其物理意义是输入信噪比等于输出信噪比。SystemVue放大器模块中的NF对应噪声系数，即NF(dB)＝10lg F，NF＝0对应F＝1，良好的低噪声放大器的NF可以达到3dB以下。

在噪声系数很低的场合,通常也用噪声温度T_e作为放大器噪声性能的量度：

T_e(K)＝T₀(F-1)

其中T₀为室温，通常取290K。

对多级级联低噪声放大器，噪声主要取决于他的前置级，如N个级联的低噪声放大器噪声系数为：

其中F₁、F₂、…、F_N为噪声系数，A₁、A₂、…、A_N为低噪声放大器增益；

建模过程不仅要考虑帧同步采样，还要考虑数字调制和编码的方式，其中的数传仿真模块以及星上模块的滤波器根据需求进行设计。

包括Ka频段天线接收模块和接收端数传仿真模块；

所述Ka频段天线接收模块，用于从信道中接收传输信号，按照天线增益进行放大，再经过接收模块中的低噪声放大器将微弱信号放大，输出到变频模块中；

所述接收端数传仿真模块，用于进行对接收数据的匹配滤波、帧同步、下采样、解调与解码和误码率统计工作；

接收端数传仿真模块不仅包含发射端数传仿真模块的逆过程，也包括了对误码率的计算，最终可以输出误码率的计算结果。

群时延和幅频特性模块

利用中心频率、通带宽度(通带截止频率)、通带衰减、阻带宽度(阻带截止频率)、阻带衰减和输入信号的采样频率，通过理论计算得到预设的滤波器的阶数，以便于我们计算滤波器的群时延特性；

根据以上输入参数，采用频率转换关系将数字滤波器的技术指标转换成模拟滤波器的技术指标，得到模拟滤波器的零点和极点，据此得到相应模拟滤波器的系统函数，假设无重复的极点，有：

其中s_pk为模拟滤波器的第k个极点，A_k为第k个极点对应增益，H(s)为滤波器的拉普拉斯域函数。

利用双线性变换法，将系统函数从模拟域s平面转换到数字域z平面，得到数字滤波器的系统函数：

得到数字滤波器的系统函数后，利用z＝e^jw将H(z)转化为H(e^jw)，计算出群时延：

对于幅频特性模块，利用systemvue中的频谱分析仪器件(可输出对应节点的幅频特性图)可以在链路任意位置插入，由频谱分析仪在射频末端(解码前)给出。

工作原理：

多波束高通量链路建模仿真软件(返向)的具体实施过程如图8(前向为用户端和地面站调换)所示。首先，如图1所示，在SystemVue中产生数据，通过MATLAB进行编码和数字调制，再经过成帧、上采样、成型滤波等操作，并在帧尾插入空闲数据，经过载波调制发送到发送天线模块。发送天线模块接收到已经上变频后的信号，给予一定的天线增益再发送到无线信道中。如图3所示，多波束反射面天线接收模块接收到经过无线信道的信号，根据“Ka频段天线形面误差模拟模块”及“Ka频段天线波束辐射特性建模模块”计算得出天线增益，按照输入的馈源的开关组合序列和反射面增益进行波束通道选择，输出到星上基带接收模块中。如图4所示，星上基带接收模块中进行信号匹配滤波、帧同步、下采样、数字解调与译码等处理，再输入到星上基带发送模块。如图5所示，星上基带发送模块中进行编码、数字调制、扩频、成帧、上采样、整型滤波等处理，再发送到无线信道中。如图6所示，用户端、地面站天线接收模块(Ka频段天线接收模块)中，用户端或地面站接收到星上发送的信号，给予一定的天线增益，再输出到如图7所示的接收端数传仿真模块，经过一系列的相对于发送端数传仿真模块的反操作，输出接收到的数据，并计算出整个系统的误码率(计算BER时将发射端数据和接收端数据输入到接收端数传仿真模块中的计算BER模块，进而计算出误码率和误帧率)。

综上所述，上述实施例的多波束高通量链路建模仿真系统，在卫星上进行星上解调译码再调制编码等处理，能够有效减少传输时延，解决大容量的信息高速交换问题，使得卫星系统可以采用大量高增益(强方向性)的窄点波束，获得较大的信号波束赋性增益，满足全覆盖和海量连接的需求，值得被推广使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。