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卫星通信的SATCOM系统设想处理方案

日期:2019-04-16   浏览次数:

  最初,对于将来的LEO系统,波束节制架构对确保链的效率至关主要。虽然利用HMC247等数字式移相器的模仿波束构成处理方案可供给今天的处理方案,因为转换器手艺变得越来越集成化,加强的信号处置过程变得更易正在低功耗设备中利用,数字波束构成改变成了一种很是有吸引力的架构。正在这种方式中,RF信号链正在整个阵列中连结不异,波束正在数字域中构成。数字波束节制的次要坚苦正在于办理多个ADC或DAC设备的尺寸、时序和功率。设备间的肆意时间或处置误差城市对波束的质量发生影响。AD9681等新设备可大幅简化数字波束节制设想。使八个ADC均利用一个不异的电压基准和时钟源可提束质量,而集成式设备则可减小封拆尺寸并降低功耗。

  虽然这较着是一个简化道理图,但通过假定每项功能利用分手元件实现,SWaP的寄义清晰了然。元件数量大、功耗大和隔离难题多意味着印刷电板(PCB)将很是大。并且因为高频布线,可能需要更多RF恰当的PCB材料,这会显著影响成本。除了需要继续支撑L频段的工做频次外,SWaP和设想工为难题也很复杂。

  虽然上文所述的SATCOM难题看起来很是棘手,但现正在曾经有很多新的先辈处理方案可应对这些难题,减小SWaP,或供给可以或许部门沉用或正在系统之间进行利用的信号架构。

  飞机和商用喷气机乘客正在全球旅行时需要毗连互联网。航空公司正正在力图添加驾驶舱的数据链,而实现loT系统和演讲则需要具无数百以至数千Mbps数据链的高数据速度SATCOM平台。

  不竭提高数据速度的需求正正在鞭策SATCOM范畴中的很多新成长。SATCOM链的数据速度将从kbps提高至Mbps,这将实现更高效的数据和视频传输。无人机的大幅添加为SATCOM链创制了一个新的舞台。并且,贸易航空航天市场中对数据和互联网接入不竭增加的需求正正在鞭策Ku频段和Ka频段不竭成长,以支撑最高达1000 Mbps的数据速度。同时,支撑保守数据链、最大限度减小尺寸、分量和功耗(SWaP)和削减系统开辟投入也正正在鞭策对开辟矫捷架构和最大限度提高系统沉用率的需求。

  对于MUOS等高带宽UHF SATCOM,新的持续时间-型(CTSD)带通模数转换器(ADC)可供给RF采样处理方案。例如,AD6676是一款整合了ADC、模仿增益节制(AGC)和数字下变频的中频领受机子系统。CTSD ADC可用噪底互换带宽,供给系统矫捷性和固有带通滤波响应,从而降低外部滤波要求。因为AD6676可以或许间接采集MUOS下行线,消弭了前端夹杂阶段和合成器,信号链削减至一个低噪声放大器和一个简单的无源滤波器。

  到目前为止,这种高带宽数据链次要正在飞机落地时供给,并利用一个安拆正在地面的系统实现取飞机的毗连。若是要实现横跨的笼盖,SATCOM是独一可以或许实现毗连的无效方式,例如国际海事通信卫星的L频段笼盖。正在将来,要达到所需的带宽,工做频次必需移至Ku频段或Ka频段。这些这些高频次可供给所需的带宽,但仍然存正在很多设想挑和,并且系统必需支撑保守数据链。

  国际海事卫星组织正正在为用户供给使器具有Ka频段数据链的GEO卫星的功能,以应对前面提及的一部门挑和。从架构的角度来说,这供给了一种处理带宽不脚问题的方案,但同时也对设想工程师引入了一些新的挑和。图1描述了正在Ka频段和Ku频段工做的典型超外差领受和发送信号链。这些系统往往需要两个模仿上变频和下变频阶段,有时候以至三个,每个阶段需要一个合成器、放大系统和增大系统SWaP的滤波系统。可是,要正在包含合用于所有可能数据链的此类信号链的现有飞机架构和配电系统内实现婚配不太可能。

  因为海拔高度较高且存正在辐射,因而往往需要采用额外的设备屏障或卫星屏障办法。并且,因为卫星离得太远,地面上的用户可能会有严沉信号丧失,同时还会影响信号链设想和元件选择。地面到卫星的距离较长还会形成用户和卫星之间的高延迟,这会影响部门数据和通信链。

  无人机也可能是此问题的一种处理方案,也可将某些平台视为扩展互联网笼盖范畴的手段。无人机可供给低延迟高带宽链,雷同于LEO,但现正在还具备了相对静止的劣势。可是,这种方案的成本取笼盖范畴对全球使用而言具有挑和性。

  过去二十年来,商用航空范畴一曲依赖卫星通信协调平易近用航空乘客出行。跟着数据流量和物联网(loT)使用的增加,对卫星通信系统的需求已达到颠峰。

  对于商用喷气机和大型客机而言,商用飞机的高带宽数据拜候需求也增加显著。我们发射了支撑更高频次的新卫星,以实现这种带宽增加。本文将调查这些手艺趋向,以及可通过市场上供给的可定制架构实现所需机能并缩短上市时间的处理方案。

  RF收发器凡是用做一种矫捷的间接变频无线电,这使其可以或许用做L频段处理方案的一部门。按照这种体例利用时,它可正在这些平台中供给较着的共性,而且可最大限度提高软件和固件的沉用率。总SWaP同样有所减小,大部门使用中仅耗损1.1 W的功率,并且可以或许封拆正在10 mm × 10 mm的空间中。

  对于Ku频段和Ka频段系统,全新、集成度更高的架构供给SWaP和信号链简化功能,以及支撑主要系统正在L频段和Ka频段之间沉用的功能。图3描述了AD9361 RF收发器正在用做中频转换器时可以或许节约的功耗,消弭了两个上变频和下变频阶段、放大器和滤波器,以及ADC和DAC。

  此外,新的PLL和VCO设备,例如ADF5355,可以或许供给超宽带、高机能、低SWaP频次源。ADF5355采用5 mm × 5 mm封拆,可以或许供给低功耗、高机能LO源,这些来历可以或许从VHF一曲扫描到13.6 GHz为公共平台设想供给了一种抱负的处理方案。

  近几十年来,SATCOM正在商用和军用通信和数据系统中饰演的脚色越来越主要。可是,全球对带宽不竭增加的需求对将来航空航天和防务SATCOM设想创制了新的挑和,同时还需要新的架构和系统设想。无论方针是耽误士兵电池寿命,取较小无人机负载相婚配,仍是鄙人一航班中供给互联网,SATCOM无线电的SWaP都将变得越来越主要。新的高线性度中频子系统、多通道高分辩率ADC、集成式RF收发器以及VCO和PLL组合将向下一代SATCOM无线电供给低SWaP处理方案

  LEO卫星可能缓解了一些压力。这类卫星正在低得多的海拔工做取地球概况的距离约为1 km但正在此海拔,它们并非静止,而是敏捷擦过地球概况,一个轨道周期约为30分钟。低海拔可降低发射成本,并且因为没有那么恶劣,需要的屏障和防护也更少。最主要的是,低海拔也意味着延迟更小。可是LEO系统的次要坚苦正在于,卫星正在用户范畴内的时间相当短,必需利用传送系统。

  SATCOM系统凡是操纵对地静止轨道(GEO)卫星相对于地球概况静止的卫星。要实现对地静止轨道,卫星必需具有很是高的海拔高度取地球概况的距离跨越30 km。如许的高轨道的益处正在于,笼盖大面积的地面只需要很少的卫星,并且因为晓得其固定坐标,因而将数据传输至卫星较为简单。因为这些系统的发射成本较高,因而它们专为长利用寿命而设想,很是不变,但有时也会有点过时。

  比来,人们提出了很多GEO卫星的替代方案或弥补系统,无人飞翔器和低地轨道(LEO)卫星也正正在考虑傍边。借帮低轨道,这些系统可减小基于GEO的系统方面的挑和,但会影响笼盖范畴,需要更多的卫星或无人飞翔器才能实现雷同的全球笼盖。

  可是,因为MUOS采用全双工模式,功率放大器(PA)的功耗也变得至关主要。手持型SATCOM无线 W之间的功率程度传输,新的氮化镓(GaN)放大器设备,例如HMC1099,可以或许供给更高的功率效率,连系数字预失实(DPD)等其他线性化手艺后,它们可供给对这些系统而言极具吸引力的SWaP处理方案。

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