衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)計

1、實驗一衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器仿真設(shè)計設(shè)計思想衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的任務(wù)是把接收信號放大，并利用變頻器變換為下行頻率再發(fā)射出去。通過Matlab可以對接受信號的下變頻、中頻放大、上變頻、行波管放大等過程進行仿真。這里用到的行波管放大是一種非線性放大。通過仿真，可以驗證轉(zhuǎn)發(fā)器的原理，觀察非線性放大帶來的干擾。二實現(xiàn)流程Figure1轉(zhuǎn)發(fā)器整體框圖Xin(t)=xcos2二t(tf)cos2r:fcti=1Xin(t)6GHzFigure2轉(zhuǎn)發(fā)器具體實現(xiàn)流程非線性放大4GHzXout(t)這里Xin(t)表示輸入信號為9路DSB信號之和，代表9地球站的上行信號之和(采用FDMA制)。上行信號采用6GHz,相鄰2路信號載波

2、間隔為300MHz,DSB信號帶寬為100MHz。接收信號首先經(jīng)過本地載波相干解調(diào)，再通過低通濾波器濾出低頻部分，恢復出中頻信號。之后經(jīng)過中頻線性放大，再進行上變頻到4GHz。之后通過行波管功率放大。進彳TTWTA放大時應(yīng)用非線性放大模型。三結(jié)論分析Figure36GHzFigure4圖3顯示了接收信號的時域波形和頻譜。通過頻譜可以看出，接收信號是一個以為中心的一簇信號。圖4顯示了經(jīng)過下變頻之后的信號和其頻譜。通過頻譜可以看出，此時信號相當于集中分布在低頻和高頻段。假設(shè)一路信號為Xi(t)=cos叫tcosset,則與6GHz相乘之后，得至IJ：y,(t)=cositcosctcosctcos

3、2ct1:cosit211,=一cos.tcos2ctcosit22則頻譜分量中有低頻劭，高頻20c士必。為了得到中頻信號，下一步進行帶通濾波。Figure5圖5顯示了經(jīng)過下變頻之后的信號再經(jīng)過BPF之后得到的中頻信號和其頻譜。這里使用4階的巴特沃斯帶通濾波器，截止頻率設(shè)為0.1GHz,2GHz。可以看到中頻信號得到了很2倍。好的恢復。由于變頻之后幅度有衰減，于是對信號進行線性放大，也就是乘以4G上受預,言號圖7顯示了經(jīng)過TWTA放大的下行信號及其頻譜。這里可以看到經(jīng)過非線性放大之后，信號波形與放大前有了很大變化，且有了新的頻譜分量，低旁瓣被放大。這里就必須考慮非線性放大效應(yīng)。因此，作出了TW

4、TA輸出功率-輸入功率以及TWTA相移-輸入功率曲線圖?？梢钥吹?，在較低輸入功率段TWTA輸出功率近似與輸入功率成線性關(guān)系，但是在高輸入功率段，出現(xiàn)了非線性部分。當輸入功率較大時，相移也表現(xiàn)出非線性的關(guān)系，由于在一定條件下相移會轉(zhuǎn)化為頻率變化，即產(chǎn)生新的頻率分量（AM/PM轉(zhuǎn)換），所以才對于多載波輸入時TWTA放大會引起頻率上的干擾。Figure6圖6顯示了經(jīng)過4GHz上變頻的信號及其頻譜，可以看到中頻的已放大信號完全線性搬移到了4GHz頻段上。F%qGH打dG上變盛行號項調(diào)Freq(GH7)TWTASt大61號IWTA放大行號菽樨3加岫血iiM匚IWI1!忡刪帥啊岫M岫皿/崛哪堿Figure

5、7后PL"反矣TWTA輸出功率希人功率-400-350*300-250-2fK)-150"DO-50粒入功率idB)TWTA用修，輸入功率20D0-2000-4000-6000-4<M)-i50-300-250-200-ISC-100笆人功率CdB)100-10-10-8-fl4-2024粒人功率idB)檢入功率(dB)Figure8圖8顯示了非線性放大器的輸入-輸出功率和相移-輸入功率曲線圖?？梢钥吹疆斴斎牍β蚀笥?4dB后出現(xiàn)了明顯的非線性特性，而且在輸入功率為0dB時達到飽和。這時如果我們將輸入功率回退到一定范圍，則可以保證輸出功率與輸入功率近似成線性關(guān)系。因此

6、我們將輸入功率人為降低，也即回退到較小值。Figure9圖9中設(shè)定回退量為40dBo可以看出雖然還是有一些新的頻率分量產(chǎn)生，但是干擾比較小。如果回退量繼續(xù)增大，則干擾進一步減小直至沒有（如回退60dB）,但是會引起此時TWTA放大信號功率大幅減小。四思考題解答（1） 思考衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的各種模型？1 .雙變頻轉(zhuǎn)發(fā)器接收信號變換到中頻，經(jīng)過放大、限幅，然后變換到發(fā)射頻率，再經(jīng)行波管功率放大。2 .單變頻轉(zhuǎn)發(fā)器接收信號直接放大，直接變頻為下行頻率，再經(jīng)行波管功率放大。3 .處理轉(zhuǎn)發(fā)器接收信號變換到中頻，進行相干檢測和數(shù)據(jù)處理，從而得到基帶數(shù)字信號，再調(diào)制到中頻，再上變頻到下行頻率上。這其中，單變頻轉(zhuǎn)發(fā)

7、器適用于多載波輸入的情形。處理轉(zhuǎn)發(fā)器適用于數(shù)字衛(wèi)星通信，通過解調(diào)、糾錯、編碼、調(diào)制一系列過程，有利于消除噪聲積累。（2） 處理轉(zhuǎn)發(fā)器與透明轉(zhuǎn)發(fā)器之間比較，須增加哪些模塊？處理轉(zhuǎn)發(fā)器由于要得到基帶數(shù)字信號，還需要增加解調(diào)、調(diào)制模塊。由于要進行數(shù)據(jù)處理，所以還需要檢錯、糾錯模塊。由于要對信號進行再編碼，所以還需要加入信道編碼模塊。相當于進行了一個完整的解調(diào)、再調(diào)制過程。五源代碼及說明主函數(shù)clear;closeall;fs=1200;T=1/fs;Tp=1;%1S;N=Tp*fs;n=1:N;%產(chǎn)生9路DSB信號df=30;x0=cos(600*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);%D

8、SBx1=cos(600+df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);x2=cos(600-df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);x3=cos(600+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

9、)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);xn=x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8;figuresubplot(3,2,1)plot(n*T,xn,'-');axis(01-1.2*max(xn)1.2*max(xn)xlabel('t');ylabel('xout');title('轉(zhuǎn)發(fā)器接收射頻信號);gridonf=2*fs*(0:(N/2)/N/100;P1=fft128(xn,N);subplot(3,2,2)plot(f,10*log10(P1)title('轉(zhuǎn)發(fā)器接收射頻信號頻譜')xl

10、abel('Freq(GHz)')ylabel('|X(f)|')gridon%6G下變頻xn_down=cos(600*pi*n*T).*xn;%6GHz相干解調(diào)subplot(3,2,3)plot(n*T,xn_down,'-');axis(01-1.2*max(xn)1.2*max(xn)xlabel('t');ylabel('xout');title('6G下變頻信號');gridonP1=fft128(xn_down,N);subplot(3,2,4)plot(f,10*log10(P1)

11、title('6G下變頻信號頻譜,)xlabel('Freq(GHz)')ylabel('|X(f)|')gridon%帶通濾波wn=0.1/fs200/fs;%設(shè)置截止頻率bmi,ami=butter(4,wn);%巴特沃斯4階帶通濾波器xout=filter(bmi,ami,xn_down);subplot(3,2,5)plot(n*T,xout,'-');axis(01-1.2*max(xn)1.2*max(xn)xlabel('t');ylabel('xout');title('通過BPF后

12、的6G下變頻信號,);gridonP1=fft128(xout,N);subplot(3,2,6)plot(f,10*log10(P1)title('通過BPF后的6G下變頻信號頻譜,)xlabel('Freq(GHz)')ylabel('|X(f)|1)gridon%2倍信號放大xout=2*xout;%上變頻x_up=xout.*cos(400*pi*n*T);figuresubplot(3,2,1)plot(n*T,x_up,'-');axis(01-1.2*max(xn)1.2*max(xn)xlabel('t');yla

13、bel('xout');title('4G上變頻信號)；gridonP1=fft128(x_up,N);subplot(3,2,2)plot(f,10*log10(P1)title('4G上變頻信號頻譜')xlabel('Freq(GHz)')ylabel('|X(f)|')gridon%TWTA行波管放大backoff=0;y=salehs_model(x_up,backoff,N);subplot(3,2,3)plot(n*T,real(y),'-');xlabel('t');ylabe

14、l('xout');title('TWTA放大彳言號');gridonP1=fft128(y,N);subplot(3,2,4)plot(f,10*log10(P1)title('TWTA放大信號頻譜')xlabel('Freq(GHz)')ylabel('|X(f)|')gridonsubplot(3,2,5)pin=10*log10(abs(x_up);pout=10*log10(abs(y);plot(pin,pout);grid;xlabel('輸入功率(dB)');ylabel('

15、輸出功率(dB)');title('TWTA輸出功率-輸入功率')subplot(3,2,6)plot(pin,(180/pi)*unwrap(angle(y);grid;xlabel('輸入功率(dB)');ylabel('相移(度)');title('TWTA相移-輸入功率')%figure%logpsd,freq,ptotal,pmax=log_psd(x_up,1200,T);%plot(freq,logpsd);salehsmodel非線性放大函數(shù)仿真TWTAfunctiony=salehs_model(x,backoff,n)y=zeros(1,n)*(1.0+i*1.0);af=1.1587;bf=1.15;ag=4.0;bg=2.1;c=10A(backoff/20);fork=1:nain=c*abs(x(k);thetain(k)=