本发明涉及高低轨宽带卫星通信领域中的物理层信道传输技术，特别是宽带卫星信号发射系统及其低资源数字预失真方法，可用于高低轨卫星关口站宽带通信。
背景技术：
1、宽带卫星通信系统具有通信速率大，占用的信号带宽宽的特点。宽带卫星通信系统使用的频段为高频的q/v频段，基带信号经过变频器、放大器及滤波器等设备时，由于器件本身的非线性会产生严重的非线性失真，导致evm指标变差，接收端收到的信号质量变差，影响通信效率。为保证通信质量，必须补偿该非线性失真。
2、目前，针对宽带信号非线性失真补偿的方法主要有两种：一是通过地面发送端事先分析信道的固有特性，进行预失真的补偿，这种方法灵活性较差，无法适应多速率的应用需求，二是星上接收端通过分析接收信号，采用均衡算法对非线性进行估计和补偿，该方法会增加星上载荷的资源开销，不适合资源受限的星上载荷实现，并且针对高频的q/v频段，这两种方法在实现结果上均很难达到矢量分析仪的标准。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了宽带卫星信号发射系统及其低资源数字预失真方法。本发明可对多种速率的信号进行预失真处理，灵活性较强，并且闭环使用矢量分析仪产生的系数对信号进行补偿，补偿效果与矢量分析仪中标准的均衡算法优化效果基本相同。
2、本发明采用的技术方案为：
3、宽带卫星信号发射系统，包括终端设备、后端设备和矢量分析仪，所述终端设备包括上位机、fpga和数模转换器，所述后端设备包括滤波器、变频器、放大器，所述fpga用于实现数据接口模块、系数处理模块和预失真处理模块，预失真处理模块用于对后端设备产生的失真进行预失真补偿；
4、所述数据接口模块根据上位机发来的速率档位要求，接收外部输入的基带数据，并将基带数据存入寄存器中，然后将寄存器中的基带数据发送给预失真处理模块；
5、所述系数处理模块接收上位机发来的预失真系数及校验信息，对预失真系数进行校验和存储，并根据上位机发来的速率档位要求进行相应的抽取，将抽取数据存入寄存器中，然后将寄存器中的系数数据发送给预失真处理模块；
6、所述预失真处理模块将数据接口模块发来的基带数据与系数处理模块发来的系数数据进行复卷积运算，得到预失真补偿的数字采样信号，并输出给数模转换器；
7、所述数模转换器对预失真处理模块输出的预失真补偿的数字采样信号进行数模转换，将转换后的模拟信号输出给后端设备；
8、所述后端设备对数模转换器输出的模拟信号进行滤波、变频和放大，得到需求带宽、频点和功率的高频卫星宽带信号并输出到天线端，同时将该高频卫星宽带信号反馈给矢量分析仪；
9、所述矢量分析仪对反馈的高频卫星宽带信号进行矢量分析，通过标准仪器内部的均衡滤波算法对反馈的高频卫星宽带信号进行均衡优化补偿，生成主辅两组均衡滤波系数，将生成的均衡滤波系数传入上位机中；
10、所述上位机产生一组成型滤波系数，并根据均衡滤波系数生成预失真系数，然后计算预失真系数的校验信息，并通过预失真系数重构通道将附带有校验信息的预失真系数加载到系数处理模块中；此外，通过上位机指定速率档位要求，并发送给数据接口模块和系数处理模块。
11、进一步地，所述数据接口模块的具体工作方式为：
12、接收基带数据，基带数据分为i路数据和q路数据；对于高速档，以i、q各4路并行的方式接收，对于中速档，以i、q各2路并行的方式接收，对于低速档，以i、q各1路串行的方式接收；
13、将接收的i路数据和q路数据分别放入循环移位寄存器中；对于高速档，放入67位寄存器且每个时钟周期更新4个数据，对于中速档，放入65位寄存器且每个时钟周期更新2个数据，对于低速档，放入64位寄存器且每个时钟周期更新1个数据；
14、将循环移位寄存器中的数据放入4个64位的寄存器中；对于高速档，将第1-64位数据放入第1个64位寄存器，将第2-65位数据放入第2个64位寄存器，将第3-66位数据放入第3个64位寄存器，将第4-67位数据放入第4个64位寄存器；对于中速档，将第1-64位寄存器放入第1个和第2个64位寄存器，将第2-65位寄存器放入第3个和第4个64位寄存器；对于低速档，将第1-64位数据放入4个64位寄存器；
15、将4个64位寄存器中的数据发送给预失真处理模块。
16、进一步地，所述系数处理模块的具体工作方式为：
17、接收上位机发来的预失真系数及校验信息，并存储在寄存器中，然后对预失真系数进行校验，若校验通过，则使用该预失真系数，并通过监控通道上报预失真系数重构成功，若校验不通过，则使用原预失真系数，并通过监控通道上报预失真系数重构失败，请求重新发送预失真系数；
18、将校验成功的预失真系数分为主系数和辅系数，分别存储在2个512位的寄存器中；
19、按照上位机发来的速率档位要求，将主系数和辅系数进行抽取和并行处理，然后存储到8个64位寄存器中，每一寄存器位中存储一个主系数和一个辅系数；其中，高速档对主系数和辅系数进行4倍抽取，将第8i+1个主系数和辅系数放入第1、3、5、7个64位寄存器中，将第8i+5个主系数和辅系数放入第2、4、6、8个64位寄存器中；中速档对主系数和辅系数进行2倍抽取，将第8i+1个主系数和辅系数放入第1、5个64位寄存器中，将第8i+3个主系数和辅系数放入第2、6个64位寄存器中，将第8i+5个主系数和辅系数放入第3、7个64位寄存器中，将第8i+7个主系数和辅系数放入第4、8个64位寄存器中；低速档不对主系数和辅系数进行抽取，将第8i+q个主系数和辅系数放入第q个64位寄存器中，i=0,2,…,63，q=1,2,…,8；
20、将8个64位寄存器中的数据发送给预失真处理模块。
21、进一步地，所述预失真处理模块将数据接口模块发来的4个64位寄存器的基带数据与系数处理模块发来的8个64位寄存器的系数数据进行复卷积运算；
22、所述复卷积运算采用512个复数乘法器和1008个加法器，复数乘法器分为8组，每组64个；复卷积运算的具体方式为：将第1个64位寄存器的基带数据放入第1、2组乘法器的乘数因子a中，将第2个64位寄存器的基带数据放入第3、4组乘法器的乘数因子a中，将第3个64位寄存器的基带数据放入第5、6组乘法器的乘数因子a中，将第4个64位寄存器的基带数据放入第7、8组乘法器的乘数因子a中，将8个64位寄存器的系数数据分别放入8组乘法器的乘数因子b中，每组乘法器并行进行乘法运算，将输出的i路和q路两组8×64个数据分别进行6次累加，第一次累加得到8×32个数据，第二次累加得到8×16个数据，第三次累加得到8×8个数据，第四次累加得到8×4个数据，第五次累加得到8×2个数据，第六次累加得到8×1个数据，将得到的i、q各8路并行的数据截取有效位数，得到预失真补偿的数字采样信号，并行16路输出给数模转换器。
23、进一步地，所述上位机产生一组成型滤波系数，并根据均衡滤波系数生成预失真系数，然后计算预失真系数的校验信息，具体方式为：
24、根据根升余弦公式产生一组512阶的成型滤波系数，进行量化处理，并将传入的两组均衡滤波系数分别与成型滤波系数进行卷积运算，生成主辅两组1024位的卷积结果；
25、分别截取主辅两组1024位卷积结果的257-769位，得到主辅两组系数，主辅两组系数均包含512个系数，然后对主辅两组系数分别进行归一化处理，得到预失真系数；
26、采用按字节累加求和再截位成单字节的方式，对主辅两组系数分别计算校验信息，将相应的校验信息添加到主辅两组系数的末尾。
27、宽带卫星信号发射系统的低资源数字预失真方法，其特征在于，应用于上述宽带卫星信号发射系统，包括以下步骤：
28、步骤1，在上位机产生一组成型滤波系数，并根据均衡滤波系数生成预失真系数，然后计算预失真系数的校验信息，并通过预失真系数重构通道将附带有校验信息的预失真系数加载到系数处理模块中；此外，通过上位机指定速率档位要求，并发送给数据接口模块和系数处理模块；
29、步骤2，数据接口模块根据上位机发来的速率档位要求，接收外部输入的基带数据，并将基带数据存入寄存器中，然后将寄存器中的基带数据发送给预失真处理模块；
30、步骤3，系数处理模块接收上位机发来的预失真系数及校验信息，对预失真系数进行校验和存储，并根据上位机发来的速率档位要求进行相应的抽取，将抽取数据存入寄存器中，然后将寄存器中的系数数据发送给预失真处理模块；
31、步骤4，预失真处理模块将数据接口模块发来的基带数据与系数处理模块发来的系数数据进行复卷积运算，得到预失真补偿的数字采样信号，并输出给数模转换器；
32、步骤5，数模转换器对预失真处理模块输出的预失真补偿的数字采样信号进行数模转换，将转换后的模拟信号输出给后端设备；
33、步骤6，后端设备对数模转换器输出的模拟信号进行滤波、变频和放大，得到需求带宽、频点和功率的高频卫星宽带信号并输出到天线端，同时将该高频卫星宽带信号反馈给矢量分析仪；
34、步骤7，矢量分析仪对反馈的高频卫星宽带信号进行矢量分析，通过标准仪器内部的均衡滤波算法对反馈的高频卫星宽带信号进行均衡优化补偿，生成主辅两组均衡滤波系数，将生成的均衡滤波系数传入上位机中；
35、重复以上过程，实现对基带数据的持续预失真处理。
36、进一步地，步骤2的具体方式为：
37、接收基带数据，基带数据分为i路数据和q路数据；对于高速档，以i、q各4路并行的方式接收，对于中速档，以i、q各2路并行的方式接收，对于低速档，以i、q各1路串行的方式接收；
38、将接收的i路数据和q路数据分别放入循环移位寄存器中；对于高速档，放入67位寄存器且每个时钟周期更新4个数据，对于中速档，放入65位寄存器且每个时钟周期更新2个数据，对于低速档，放入64位寄存器且每个时钟周期更新1个数据；
39、将循环移位寄存器中的数据放入4个64位的寄存器中；对于高速档，将第1-64位数据放入第1个64位寄存器，将第2-65位数据放入第2个64位寄存器，将第3-66位数据放入第3个64位寄存器，将第4-67位数据放入第4个64位寄存器；对于中速档，将第1-64位寄存器放入第1个和第2个64位寄存器，将第2-65位寄存器放入第3个和第4个64位寄存器；对于低速档，将第1-64位数据放入4个64位寄存器；
40、将4个64位寄存器中的数据发送给预失真处理模块。
41、进一步地，步骤3的具体方式为：
42、接收上位机发来的预失真系数及校验信息，并存储在寄存器中，然后对预失真系数进行校验，若校验通过，则使用该预失真系数，并通过监控通道上报预失真系数重构成功，若校验不通过，则使用原预失真系数，并通过监控通道上报预失真系数重构失败，请求重新发送预失真系数；
43、将校验成功的预失真系数分为主系数和辅系数，分别存储在2个512位的寄存器中；
44、按照上位机发来的速率档位要求，将主系数和辅系数进行抽取和并行处理，然后存储到8个64位寄存器中，每一寄存器位中存储一个主系数和一个辅系数；其中，高速档对主系数和辅系数进行4倍抽取，将第8i+1个主系数和辅系数放入第1、3、5、7个64位寄存器中，将第8i+5个主系数和辅系数放入第2、4、6、8个64位寄存器中；中速档对主系数和辅系数进行2倍抽取，将第8i+1个主系数和辅系数放入第1、5个64位寄存器中，将第8i+3个主系数和辅系数放入第2、6个64位寄存器中，将第8i+5个主系数和辅系数放入第3、7个64位寄存器中，将第8i+7个主系数和辅系数放入第4、8个64位寄存器中；低速档不对主系数和辅系数进行抽取，将第8i+q个主系数和辅系数放入第q个64位寄存器中，i=0,2,…,63，q=1,2,…,8；
45、将8个64位寄存器中的数据发送给预失真处理模块。
46、进一步地，步骤4中，预失真处理模块将数据接口模块发来的4个64位寄存器的基带数据与系数处理模块发来的8个64位寄存器的系数数据进行复卷积运算；
47、所述复卷积运算采用512个复数乘法器和1008个加法器，复数乘法器分为8组，每组64个；复卷积运算的具体方式为：将第1个64位寄存器的基带数据放入第1、2组乘法器的乘数因子a中，将第2个64位寄存器的基带数据放入第3、4组乘法器的乘数因子a中，将第3个64位寄存器的基带数据放入第5、6组乘法器的乘数因子a中，将第4个64位寄存器的基带数据放入第7、8组乘法器的乘数因子a中，将8个64位寄存器的系数数据分别放入8组乘法器的乘数因子b中，每组乘法器并行进行乘法运算，将输出的i路和q路两组8×64个数据分别进行6次累加，第一次累加得到8×32个数据，第二次累加得到8×16个数据，第三次累加得到8×8个数据，第四次累加得到8×4个数据，第五次累加得到8×2个数据，第六次累加得到8×1个数据，将得到的i、q各8路并行的数据截取有效位数，得到预失真补偿的数字采样信号，并行16路输出给数模转换器。
48、进一步地，步骤1中，在上位机产生一组成型滤波系数，并根据均衡滤波系数生成预失真系数，然后计算预失真系数的校验信息，具体方式为：
49、根据根升余弦公式产生一组512阶的成型滤波系数，进行量化处理，并将传入的两组均衡滤波系数分别与成型滤波系数进行卷积运算，生成主辅两组1024位的卷积结果；
50、分别截取主辅两组1024位卷积结果的257-769位，得到主辅两组系数，主辅两组系数均包含512个系数，然后对主辅两组系数分别进行归一化处理，得到预失真系数；
51、采用按字节累加求和再截位成单字节的方式，对主辅两组系数分别计算校验信息，将相应的校验信息添加到主辅两组系数的末尾。
52、本发明的有益效果在于：
53、1、本发明将宽带卫星通信终端发出的信号送到矢量分析仪中进行矢量分析，产生对应的均衡系数，将均衡系数送到上位机中，上位机将均衡系数与滤波器系数进行卷积、归一化等预处理产生预失真系数，预失真系数通过系数重构通道重加载到预失真算法中，基带信号与预失真系数通过复卷积运算，输出的信号即为预失真之后的信号，信号再经过后端失真设备时，信号的失真情况明显优化，频谱平坦度改善， evm指标性能提高。
54、2、本发明可根据实际应用场景动态重构系数，适应不同的非线性失真。
55、3、本发明在不增加算法复杂度的情况下，可适应多种速率带宽的信号。
56、4、本发明可结合基带成型滤波算法，实现成型滤波与预失真算法的灵活切换。
1.宽带卫星信号发射系统，其特征在于，包括终端设备、后端设备和矢量分析仪，所述终端设备包括上位机、fpga和数模转换器，所述后端设备包括滤波器、变频器、放大器，所述fpga用于实现数据接口模块、系数处理模块和预失真处理模块，预失真处理模块用于对后端设备产生的失真进行预失真补偿；
2.根据权利要求1所述的宽带卫星信号发射系统，其特征在于，所述数据接口模块的具体工作方式为：
3.根据权利要求2所述的宽带卫星信号发射系统，其特征在于，所述系数处理模块的具体工作方式为：
4.根据权利要求3所述的宽带卫星信号发射系统，其特征在于，所述预失真处理模块将数据接口模块发来的4个64位寄存器的基带数据与系数处理模块发来的8个64位寄存器的系数数据进行复卷积运算；
5.根据权利要求4所述的宽带卫星信号发射系统，其特征在于，所述上位机产生一组成型滤波系数，并根据均衡滤波系数生成预失真系数，然后计算预失真系数的校验信息，具体方式为：
6.宽带卫星信号发射系统的低资源数字预失真方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的宽带卫星信号发射系统，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的低资源数字预失真方法，其特征在于，步骤2的具体方式为：
8.根据权利要求7所述的低资源数字预失真方法，其特征在于，步骤3的具体方式为：
9.根据权利要求8所述的低资源数字预失真方法，其特征在于，步骤4中，预失真处理模块将数据接口模块发来的4个64位寄存器的基带数据与系数处理模块发来的8个64位寄存器的系数数据进行复卷积运算；
10.根据权利要求9所述的低资源数字预失真方法，其特征在于，步骤1中，在上位机产生一组成型滤波系数，并根据均衡滤波系数生成预失真系数，然后计算预失真系数的校验信息，具体方式为：
