历史上的今天
今天是：2025年04月26日（星期六）
2021年04月26日 | 近地轨道卫星助力开启卫星互联网时代
2021-04-26 来源：EEWORLD
国家发改委明确表示卫星互联网已被纳入“新型基础建设”范畴，并作为开启数字化经济发展的重要动能。卫星互联网作为国家民用空间基础设施中重要组成部分，对于“宽带中国”战略以及全球化战略的实施具有至关重要的作用，是构建我国完整通信网络的重要组成部分，新基建相关政策有望加速行业发展。
卫星互联网是利用大量卫星组成通讯网络，发挥卫星通信覆盖面广、容量大、不受地域影响等优势，在 5G 的 mMTC 万物互联场景中，卫星互联网可以解决海洋、森林、沙漠等偏远地区船舶、飞机、科考等行业应用的宽带通信问题，具备一定的覆盖和成本比较优势，成为地面移动通信的补充。
近地轨道卫星下的低SWaP挑战
不难看出，卫星是构建卫星互联网的关键所在。传统的中高轨道地球同步卫星( GEO ) 位于赤道正上方大约3.58 万公里的固定静止轨道上。GEO 通常需要昂贵的防辐射硬化部件。它们与地球的自转方向相同，速度约每小时1000 英里，这使得它们能够相对于地球和相邻行星上数以百万计的固定卫星天线接收器保持固定的位置。与GEO不同，更低轨道的近地轨道卫星( LEO ) 的飞行高度约为 2,000 公里或更低，绕地球一周不超过 128 分钟，LEO 的体积更小，且对辐射的要求也更低，随之对应的发射成本、延迟性、制造成本也更低，而凭借传输时延小、链路损耗低、发射灵活等优势，LEO也成为了卫星互联网业务的主流实现方式。
想要让LEO真正在卫星通信上发挥作用，需要解决的还有通信带宽与波段问题。波段是无线电通讯频率中的一小段电磁波谱，通常以通道（channel）的方式来运用，高的波段频率可以带来更高的分辨率。早期卫星通讯往往采用8GHz — 12.5GHz的X波段和12-18GHz的Ku波段，卫星通信行业的最新趋势显示，信号传输正从X波段和Ku波段推进到27-40KHz的Ka波段，这在很大程度上是因为该频率范围内很容易实现带宽更宽的收发器。过去，Ka波段中的发射机数量非常少，但随着这种趋势的发展，此范围内的频谱会变得越来越拥堵。这给此类系统的收发器设计提出了挑战，尤其是卫星通信对尺寸、重量和功耗(SWaP)的独特要求，这些市场的尺寸和功耗会限制可达到要求的选择范围。
高中频架构解决低SWaP设计需求
针对低SWaP市场，更好且更合适的架构是高中频架构。这种架构利用了直接变频收发器相关技术的最新进展。在直接变频收发器中，输入RF能量直接变频到基带，并分割为I和Q两个单独的流。此类产品已将其频率范围提高到6 GHz，从而支持新的独特使用场景
在高中频架构中，Ka波段不是直接变频为基带，而是先转换到高中频，然后馈入直接变频接收机。由于此类转换器的频率范围得到提高，该中频可以放在5 GHz到6 GHz之间。中频频率从1GHz（当今的典型系统）提高到5 GHz，使得镜像频率范围比以前离得更远，故而前端滤波要求大大降低。前端滤波简化是缩小此类系统尺寸的一个因素。
ADI提供一款高度集成的宽带RF收发器AD9371，这是一款300 MHz至6 GHz直接变频收发器，具有两个接收通道和两个发射通道。接收和发射带宽可在8 MHz至100 MHz范围内调整，工作模式可配置为频分双工(FDD)或时分双工(TDD)。该器件采用12 mm2 封装，TDD模式下功耗约为3 W，FDD模式下功耗约为5 W。由于正交纠错(QEC)校准的优势，它实现了75 dB到80 dB的镜像抑制性能。
下图便展示了一种基于AD9371的接收机和发射机卫星通信系统。该系统由一个17 GHz到21 GHz的接收机通道和一个27 GHz到31 GHz的独立发射机通道组成。从接收机通道开始，输入RF能量先由Ka波段LNA放大，再进行滤波以让17 GHz到21 GHz信号通过混频器。混频器利用一个22 GHz到26 GHz范围的可调谐LO将17 GHz到21 GHz频段以100 MHz一段下变频至5 GHz IF。前端滤波器处理27 GHz到31 GHz范围中的镜像抑制、LO抑制和带外信号的一般抑制，防止来自m × n镜像的杂散信号通过混频器。此滤波器很可能需要定制，但由于对此滤波器的要求降低，所以其尺寸、重量和成本会比传统系统要低。
采用AD9371的接收机和发射机卫星通信系统示例
一旦将RF前端转换到5 GHz的高中频，就会进行进一步放大和滤波，然后发送到AD9371。高中频所需的滤波比较简单，利用现成的廉价小型LTCC滤波器即可轻松完成。这里的主要关注是要确保无中频谐波影响AD9371。在发射侧，AD9371可用来产生并输出最高+4 dBm的5 GHz波形。IF位于5.3 GHz的频率，不同于接收机上的5.1 GHz，这是为了降低两个通道之间发生串扰的可能性。然后对输出滤波以降低谐波水平，接着馈入上变频混频器，变频到27 GHz至31 GHz前端。这可以利用与接收机侧相同的22 GHz至26 GHz范围的LO来完成。
此外，采用直接变频收发器可为频率规划提供更大的灵活性。这里仅给出了一个例子，但还有许多可能的频段可以使用相同的架构。AD9371能够快捷轻松地改变其IF频率，使得系统可以灵活地避免有问题的杂散响应，或者像人们对软件定义无线电的预期那样进行性能优化。
结语
随着卫星互联网纳入新基建，行业将加速发展，商业卫星发射、制造、应用等市场的逐渐打开，更低成本的近地轨道卫星无疑会收到更多市场青睐，也是卫星互联网的首要选择。利用集成式收发器AD9371的高中频架构，用GSPS ADC取代集成收发器以提高瞬时带宽，并有效满足低SWaP要求。助力打造基于近地轨道卫星的卫星互联网。
史海拾趣
|
这里有玩Quartus II的伐？ 用VHDL编过计数器的帮忙 先声明 偶才接触这东西10来天的样子 不怎么熟练 外加这边的人看上去似乎都是专业的= = 最好能给点指导 或者能给个计数器的实例看下 我一般情况下就能搞懂了 以下这段实验用的东西为啥通不过编译呢？ LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all ...… 查看全部问答＞ |
|
如题，比如有个函数atoi(字符串转化为整形)相应的头文件我也包含过了。 比如我在MDK编译器下测试该函数发现它的输出一直为0，这是不对的。 难道在c库中这个函数是个空的函数，应该是定义且声明过，要不然编译应该报错。 编译器的c库中有的函数包 ...… 查看全部问答＞ |
|
毕业设计做的是主从分布式系统，涉及通信协议方面的事情。 报文头分别设置为5AA5H和6776H 这两个双字节数是老师告诉我常用的，但是并未跟我讲明白为何要用这两个双字节数。 写论文的时候，我说是因为其无对应的ASC码，老师说不对。 我说是因为 ...… 查看全部问答＞ |
|
热电偶维护检修问题如何解决 根椐中国家标准规定及工业用热电偶维护检修规程，热电偶维护检修中遇到的问题应有以下处理 方法,标准规定了工业用热电偶的维护、检修、投运及其安全 ...… 查看全部问答＞ |
|
LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE ieee.std_logic_arith.all; USE ieee.std_logic_unsigned.all; USE ieee.numeric_std.ALL; LIBRARY lpm; USE lpm.lpm_components.all; ENTITY test IS GENERI ...… 查看全部问答＞ |