卫星通信

Ka频段需要更多带宽?这里有三个选项

随着全球连接需求的增长,许多卫星通信(satcom)系统日益采用Ka频段,对数据速率的要求也水涨船高。目前,高性能信号链已经能支持数千兆瞬时带宽,一个系统中可能有成百上千个收发器,超高吞吐量数据速率已经成为现实。

另外,许多系统已经开始从机械定位型静态抛物线天线转向有源相控阵天线。在增强的技术和更高集成度的推动下,元件尺寸得以大幅减小,已能满足Ka频段的需求。通过在沿干扰信号方向的天线方向图中形成零位,相控阵技术还能提高降干扰性能。

下面将简要描述现有收发器架构中存在的一些折衷选项,以及不同类型的架构在不同类型的系统中的适用性。本分析将分解介绍卫星系统的部分关键技术规格,以及如何从这些系统级技术规格获得收发器信号链层各组件的规格。

从系统级分析向下分解技术规格
从宏观层面来看,卫星通信系统需要维持一定的载噪比(CNR),此为链路预算计算的结果。维持该CNR可以保证一定的误码率(BER)。需要的CNR取决于多种因素,如纠错、信息编码、带宽和调制类型。确定CNR要求之后,就可以依据高层系统要求向下分解得到各个接收器与发射器的技术规格。一般地,首先得到的是收发器的增益-系统噪声温度(G/T)品质因数和发射器的有效全向辐射功率(EIRP)。

作者:Stark

卫星通信就是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电,从而实现两个或者多个地球站之间的通信。目前卫星通信系统以其通信距离远、传输容量大、通信质量高等特点获得了广泛的应用,例如海事通信、数据采集与监视控制系统(SCADA)、无人机(UVA)、机对机应用(M2M)和物联网(IoT)。卫星通信需要占用不同的频带,因此在卫星通信系统中调制解调器是关键组件,其所采用的调制方式、滤波策略、解调方法和性能对系统的可靠性有很大影响。

调制解调器的工作原理是将数字信号调制到模拟载波信号上进行传输,并解调收到的模拟信号以得到数字信息的电子设备,它的任务是产生能够方便传输的模拟信号并且能够通过解码还原原来的数字信号数据。来自莫斯科的AHA Products Group(简称AHA)公司在开源软件无线电(GNURadio)大会上推出了一款基于Xilinx Zynq SoC的小型高性能卫星通信调制解调器CM1 DVB-S2X,如上图所示(图1 AHA推出的CM1 DVB-S2X卫星通信调制解调器)

卫星通信是当前重要的通信手段之一。针对原有单路解调器的不足,本文提出利用软件无线电思想,通过FPGA构建一种多路卫星信号处理系统。论述了数字下变频(DDC)、解调、数据通路等关键点的设计思路。最终实现的系统可同 时处理八路卫星信号,并通过实验验证,完全达到设计预期。并且该系统具有灵活性、可扩展性等多种优势,有良好的应用 前景。

一、引言
  在通信手段越来越丰富的今天,卫星通信因其具有通信距离远、覆盖范围广、通信线路多,容量大、安全性好等优点,在民用、军事通信系统中都占有相当重要的地位。随着通信技术的发展,卫星传输带宽不断增加,传统解调器已不能满足对卫星信号处理的要求。随着软件无线电思想(构建一个模块化程度高、开放性强的通用平台,将各种要实现的功能用软件编程来实现,并使A/D器件尽可能地靠近射频天线,让所有的信号处理都在数字域中进行)[1]思想的日益普及和电子器件的发展,越来越多的新型卫星信号处理系统涌现出来。

  本文所述系统正是基于软件无线电思想,直接用ADC对70MHz中频,带宽40MHz的卫星信号进行整带采样,然后使用FPGA对带宽内任意8个符号速率为32kbps~1024kbps的调制信号进行实时DDC、解调处理,解调方式多种可选,并将数据通过PCIE总线输出至计算机进行后续处理或存储。

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