在通信技术领域,星座卫星通信系统作为重要的组成部分,其前向链路的性能直接影响着通信的稳定性和质量。文章中提到的梳状滤波器(Cascaded Integrator-Comb, CIC)在数字上调频(Digital Up Converter, DUC)的最后一级中承担着关键的角色,但是其频谱特点导致通带内频谱衰减,这对于信号的完整性和质量是一个挑战。因此,设计一个低通补偿滤波器来弥补这种频谱衰减,合成理想的低通滤波器,以及通过这种频谱补偿的设计思路,以达到抑制码间干扰(Inter-Symbol Interference, ISI)和降低旁瓣的目的,是文章所讨论的核心内容。
梳状滤波器CIC在通信系统中的作用是减少混叠现象,并允许较高的插值率,适用于数字下变频(Digital Down Converter, DDC)和上变频(DUC)中。然而,CIC滤波器的一个显著缺点是主瓣衰减较大,旁瓣衰减较小。在多级滤波器的设计中,通常将CIC滤波器用在抽取器的首级和内插器的末级,这是因为CIC滤波器不需乘法单元,极大地减少了计算复杂度。
文章中提出的补偿滤波器设计方法,是指在CIC滤波器之前使用一个低通滤波器来补偿CIC滤波器频谱中通带内的衰减,从而使得整个频谱响应在通带内更加平坦。这样做可以满足根升余弦特性的需求,该特性对于消除码间干扰至关重要。通过仿真验证,这种补偿滤波器的设计思路不仅在星座卫星通信系统前向链路中有效,还可以广泛地应用于数字下变频、陷波器、均衡等通信系统中。
另外,文章中强调了软件无线电的概念,即尽可能将模数转换(A/D)和数模转换(D/A)部分靠近射频部分。在收发信机的DUC/DDC设计中,调制解调过程在数字部分通过与载波数控振荡器(Numerically Controlled Oscillator, NCO)相乘实现。在进行调制解调前,信号需要经过多级内插或抽取以实现速率匹配。多级结构由于滤波器过渡带变宽,能够减少滤波器的阶数,同时减少运算量。
文章还提到,为了实现基带成形,通常需要一个脉冲成形滤波器,如根升余弦滤波器。然而,由于CIC滤波器的频响在通带内衰减较大,无法保证与脉冲成形滤波器联合响应满足所需的特性,故需要在内插低通滤波器C(Z)上进行频谱补偿,使得与CIC滤波器联合响应在通带内平滑。文章中还提到,通过将补偿滤波器与脉冲成形滤波器合成,进而与CIC滤波器形成二级内插结构,可以无需任何乘法结构单元就能实现基带成形。
此外,文章通过上海市自然科学基金、国家自然科学基金项目以及上海市科委重大科技项目攻关课题获得资助,这表明该研究不仅具有理论价值,同时也有一定的实用前景和应用价值。
总结来说,文章通过梳状滤波器的补偿设计,解决了CIC滤波器频谱衰减导致的码间干扰和旁瓣问题,提出了一个高效且运算量小的二级内插滤波器结构。这种设计不仅适用于星座卫星通信系统的前向链路,也能够应用在数字下调处理、陷波器、均衡等其他领域,为未来的通信系统设计提供了新的思路和方法。