ADI SDR收發(fā)器支持業(yè)余空間通信

通過新的地球靜止衛(wèi)星，現在可以在一次跳躍中可靠地覆蓋地球的三分之一。為了聯系衛(wèi)星，必須使用專用設備，因為訪問頻率與用于從電離層反射無線電信號的頻率不同。無線電收發(fā)器的新型軟件定義無線電（SDR）方法具有多種優(yōu)勢，例如靈活的重新配置和一目了然地觀察整個目標頻段的能力，僅舉幾例。

本文首先概述了這顆衛(wèi)星、它背后的故事、覆蓋的區(qū)域以及如何訪問它。然后，將介紹基于ADI SDR收發(fā)器之一的ADALM-PLUTO SDR實現實用無線電臺。

衛(wèi)星

卡塔爾衛(wèi)星公司Es'hailSat的Es'hail-2通信衛(wèi)星于2018年從卡納維拉爾角發(fā)射，在歐洲，中東，非洲及其他地區(qū)提供電視，語音，互聯網，企業(yè)和政府通信服務。它自2019年2月開始運行，并已位于非洲中部上空的地球靜止軌道上。從36，000公里的高度，它覆蓋了從巴西到馬來西亞，從法羅群島到南極洲的區(qū)域。

Es'hailSat成立于2010年。該公司總部位于卡塔爾多哈，擁有并運營衛(wèi)星，為廣播公司、企業(yè)和政府提供服務。為了促進和促進卡塔爾的空間技術發(fā)展，Es'hailSat與另一個全球非營利組織業(yè)余衛(wèi)星公司（AMSAT）合作，為卡塔爾業(yè)余無線電協(xié)會（QARS）發(fā)起了新技術的開發(fā)，QARS是一個面向業(yè)余無線電愛好者的國家非營利組織。AMSAT設計、建造、安排、發(fā)射和操作攜帶業(yè)余無線電有效載荷的衛(wèi)星。AMSAT附屬國家組織存在于各個國家，包括AMSAT德國（AMSAT-DL），它于2012年12月代表QARS參與其中.這種合作使得為Es'hail-2衛(wèi)星配備兩個專用轉發(fā)器成為可能，提供了第一個業(yè)余無線電地球靜止通信能力，通過單跳和實時連接可見地球的用戶。

許多業(yè)余衛(wèi)星獲得OSCAR（攜帶業(yè)余無線電的軌道衛(wèi)星）稱號。這些衛(wèi)星可由有執(zhí)照的業(yè)余無線電操作員免費使用，用于語音和數據通信。到目前為止，它們已被發(fā)射到低地球軌道（LEO）和高橢圓軌道（HEO），它們的共同點是，當它們出現在地平線上方幾分鐘時，有必要用天線跟蹤它們。一旦它們消失在地平線以下，通信就不再可能。地球靜止軌道上的衛(wèi)星具有從地球上觀察到的優(yōu)勢，它們的位置不會在天空中移動。雖然地球上的天線不必移動即可訪問它們，但36，000公里的遠距離在自由空間功率損耗，天線指向精度和延遲方面提出了新的挑戰(zhàn) - 從一個地面發(fā)射器到衛(wèi)星并返回另一個地面發(fā)射器的行程約為250毫秒。Es'hail-2的綽號是OSCAR100，因為它是第100顆攜帶業(yè)余無線電有效載荷的衛(wèi)星。

進入埃斯哈伊爾-2

業(yè)余無線電愛好者多年來一直使用衛(wèi)星。傳統(tǒng)上，這是使用模擬下變頻器和上變頻器完成的，這些下變頻器和上變頻器將接收和發(fā)送的信號移入收發(fā)器工作的業(yè)余頻段。衛(wèi)星使用的上行鏈路（從地球到衛(wèi)星）和下行鏈路（從衛(wèi)星到地球）頻率有時超出了現有收發(fā)器的能力。Es'hail-2有兩個轉發(fā)器：一個用于窄帶（NB）傳輸，另一個用于寬帶（WB）傳輸。在本節(jié)中，我們將討論窄帶轉發(fā)器。由于在該轉發(fā)器上，可用帶寬僅為250 kHz，因此為了容納多個通道，必須使用適當的調制技術。最常用的模擬調制類型是電報（摩爾斯電碼，也稱為連續(xù)波（CW））或電話（語音，也稱為單邊帶（SSB））。

右手圓極化 （RHCP） 的上行鏈路為 2.4 GHz（13 厘米頻段），水平 （H） 或垂直 （V） 極化的下行鏈路為 10.45 GHz（3 cm 頻段）。業(yè)余無線電愛好者有特權在13厘米頻段（2300 MHz至2310 MHz和2390 MHz至2450 MHz）作為具有足夠功率和高增益天線的衛(wèi)星通信許可無線電操作員進行傳輸。該頻段與民用無線電分配 2400 MHz 至 2500 MHz 重疊，后者是工業(yè)、科學和醫(yī)療 （ISM） 頻段的一部分。ISM頻段上最受歡迎的免許可發(fā)射之一是無線LAN。應答器詳見圖2。

圖2.Es'hail-2的轉發(fā)器。

創(chuàng)新的特別提款權方法

隨著SDR在其許多變體中的引入而帶來的變化也影響了業(yè)余無線電世界。盡管大多數收發(fā)器仍然具有與舊模擬收發(fā)器相同的控制，但其中許多收發(fā)器在混頻器之后采用了中頻電平的數字信號處理器（DSP）技術。其中一些還能夠直接對頻譜的整個短波部分（直流至30 MHz）進行采樣。SDR的一個優(yōu)點是其性能不會隨著時間的推移而下降，因為許多關鍵的模擬組件部分被數字算法取代。另一個優(yōu)點是，通過與模數轉換器（ADC）和DSP等不同元件相輔相成，可以以更具成本效益的方式獲得模擬無線電中需要昂貴組件（如混頻器或濾波器）的相同性能。在同一硅器件中集成多個模塊，如鏡像抑制混頻器、振蕩器和ADC，使得新的接收器架構變得可行，這對于分立技術實現非常關鍵。一個例子是AD9363/AD9364 RF捷變收發(fā)器等器件，它將所有RF前端、混合信號和數字模塊組合在一個器件中，用于接收和發(fā)送。當與管理進出設備的數字數據流的FPGA配對時，構建完整站的剩余元素是天線，功率放大器和計算機上運行的軟件算法。

ADI提供ADALM-PLUTO SDR來演示AD9363的功能，如圖3所示。這是一種經濟高效的硬件工具，工程師可以使用它來開發(fā)基于新SDR方法的無線電應用。AD9363的接收和發(fā)送帶寬為20 MHz，一旦Es'hail-2的窄幅和寬下行鏈路轉發(fā)器在外部下變頻至235 MHz至3.8 GHz的頻率范圍，它就可以輕松接收這些轉發(fā)器。它可以在上行鏈路頻率上傳輸，無需任何外部上變頻器。與相同類別和價格的設備相比，另一個有益的功能是它具有兩個用于接收和發(fā)送的連接器，因此支持全雙工操作。正常的業(yè)余無線電交互是半雙工的（您要么說話，要么聽），但是實時接收自己的傳輸的能力使您可以了解是否正在以清晰的方式進行調制，或者是否需要增加/減少發(fā)射功率。調整接收天線后，它還有助于將發(fā)射天線指向天空。

ADALM-PLUTO由一些自由軟件包支持傳輸和接收，這些軟件包通常由業(yè)余無線電愛好者自己編寫。一個例子是Simon Brown（業(yè)余無線電呼號G4ELI）的SDR控制臺。該軟件管理用戶與收發(fā)器之間的交互，并在軟件中實現解調和調制。

圖3.ADALM-PLUTO及其收發(fā)器AD9363。

特別提款權衛(wèi)星站

無線電業(yè)余愛好者以構建自己的硬件和重新利用現有設備以滿足他們的需求而聞名。對于接收天線和下變頻器，最便宜的替代方案是用于商業(yè)衛(wèi)星電視和低噪聲塊 （LNB） 的普通衛(wèi)星天線。LNB 包含波導和下變頻器，可將 10.450 GHz 的輸入下行鏈路信號轉換為小于 1 GHz，這屬于 SDR 的可接收頻段。窄帶調制類型，如CW（幾十Hz）或SSB（小于3 kHz）要求高度穩(wěn)定的本地振蕩器以避免連續(xù)重諧，這在廣播電視（一些MHz）使用的寬帶調制類型中不太重要。在現代數字通信中，由于熱問題引起的頻率偏移和長期漂移的補償已內置于標準中，并由每個人實施。不幸的是，對于業(yè)余無線電運營商實施的許多窄帶調制方案，這并沒有標準化或實施，并且期望LNB或基帶信號中的PLL或采樣率精度和漂移是完美的。為了確保這一假設是正確的，有時會使用高精度/低漂移參考時鐘。由于許多業(yè)余無線電操作員更愿意交換參考時鐘而不是實施復雜的數字信號處理技術，因此許多人會推薦這種簡單的解決方法。

由于上行鏈路頻率在WLAN 2.4 GHz頻段內，因此獲得許可的運營商可以重新利用現有的WLAN設備，如功率放大器和高增益天線。ADALM-PLUTO的功率輸出約為5 dBm，不足以驅動輸出功率為幾瓦的功率放大器。CN-0417參考設計基于ADL5606 20 dB功率放大器，由LTM8045 SEPIC微模塊轉換器供電，可提供足夠的功率增益來克服這一限制。圖 4 顯示了如何布置通信站。該站還可以在現場快速部署，以支持應急通信。

圖4.特別提款權衛(wèi)星廣播電臺。

總結

總之，我們看到無線電通信中向SDR技術的轉變。這可以通過在一臺設備中集成多個模擬和混合信號模塊來實現。直接的優(yōu)勢是成本效益、更高的可靠性和可重新配置性。

審核編輯：郭婷