衛(wèi)星通信系統(tǒng)的帶寬技術(shù)趨勢(shì)詳細(xì)說(shuō)明

　　過(guò)去二十年來(lái)，商用航空領(lǐng)域一直依賴(lài)衛(wèi)星通信協(xié)調(diào)民用航空乘客出行。隨著數(shù)據(jù)流量和物聯(lián)網(wǎng)（loT）應(yīng)用的增長(zhǎng)，對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的需求已達(dá)到頂峰。對(duì)于商用噴氣機(jī)和大型客機(jī)而言，商用飛機(jī)的高帶寬數(shù)據(jù)訪問(wèn)需求也增長(zhǎng)顯著。我們發(fā)射了支持更高頻率的新衛(wèi)星，以實(shí)現(xiàn)這種帶寬增長(zhǎng)。本文將考察這些技術(shù)趨勢(shì)，以及可通過(guò)市場(chǎng)上提供的可定制架構(gòu)實(shí)現(xiàn)所需性能并縮短上市時(shí)間的解決方案。

　　SATCOM介紹和歷史

　　不斷提高數(shù)據(jù)速率的需求正在推動(dòng)SATCOM領(lǐng)域中的許多新發(fā)展。SATCOM鏈路的數(shù)據(jù)速率將從kbps提高至Mbps，這將實(shí)現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)和視頻傳輸。無(wú)人機(jī)的大幅增加為SATCOM鏈路創(chuàng)造了一個(gè)新的舞臺(tái)。而且，商業(yè)航空航天市場(chǎng)中對(duì)數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)接入不斷增長(zhǎng)的需求正在推動(dòng)Ku頻段和Ka頻段不斷發(fā)展，以支持最高達(dá)1000 Mbps的數(shù)據(jù)速率。同時(shí)，支持傳統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路、最大限度減小尺寸、重量和功耗（SWaP）和減少系統(tǒng)開(kāi)發(fā)投入也正在推動(dòng)對(duì)開(kāi)發(fā)靈活架構(gòu)和最大限度提高系統(tǒng)重用率的需求。 SATCOM系統(tǒng)通常利用對(duì)地靜止軌道（GEO）衛(wèi)星—相對(duì)于地球表面靜止的衛(wèi)星。要實(shí)現(xiàn)對(duì)地靜止軌道，衛(wèi)星必須具有非常高的海拔高度—與地球表面的距離超過(guò)30 km。這樣的高軌道的好處在于，覆蓋大面積的地面只需要很少的衛(wèi)星，而且由于知道其固定坐標(biāo)，因此將數(shù)據(jù)傳輸至衛(wèi)星較為簡(jiǎn)單。由于這些系統(tǒng)的發(fā) 射成本較高，因此它們專(zhuān)為長(zhǎng)使用壽命而設(shè)計(jì)，非常穩(wěn)定，但有時(shí)也會(huì)有點(diǎn)過(guò)時(shí)。由于海拔高度較高且存在輻射，因此往往需要采用額外的設(shè)備屏蔽或衛(wèi)星屏蔽措施。而且，由于衛(wèi)星離得太遠(yuǎn)，地面上的用戶可能會(huì)有重大信號(hào)損失，同時(shí)還會(huì)影響信號(hào)鏈設(shè)計(jì)和元件選擇。地面到衛(wèi)星的距離較長(zhǎng)還會(huì)造成用戶和衛(wèi)星之間的高延遲，這會(huì)影響部分?jǐn)?shù)據(jù)和通信鏈路。最近，人們提出了許多GEO衛(wèi)星的替代方案或補(bǔ)充系統(tǒng)，無(wú)人飛行器和低地軌道（LEO）衛(wèi)星也正在考慮當(dāng)中。借助低軌道，這些系統(tǒng)可減小基于GEO的系統(tǒng)方面的挑戰(zhàn)，但會(huì)影響覆蓋范圍，需要更多的衛(wèi)星或無(wú)人飛行器才能實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的全球覆蓋。

　　商用航空

　　飛機(jī)和商用噴氣機(jī)乘客在全球旅行時(shí)需要連接互聯(lián)網(wǎng)。航空公司正在力求增加駕駛艙的數(shù)據(jù)鏈路，而實(shí)現(xiàn)loT系統(tǒng)監(jiān)控和報(bào)告則需要具有數(shù)百甚至數(shù)千Mbps數(shù)據(jù)鏈路的高數(shù)據(jù)速率SATCOM平臺(tái)。到目前為止，這種高帶寬數(shù)據(jù)鏈路主要在飛機(jī)落地時(shí)提供，并使用一個(gè)安裝在地面的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)的連接。如果要實(shí)現(xiàn)橫跨大陸的覆蓋，SATCOM是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)連接的有效方法，例如國(guó)際海事通信衛(wèi)星的L頻段覆蓋。在未來(lái)，要達(dá)到所需的帶寬，工作頻率必須移至Ku頻段或Ka頻段。這些這些高頻率可提供所需的帶寬，但仍然存在許多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，而且系統(tǒng)必須支持傳統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路。

　　Ku頻段/Ka頻段和LEO系統(tǒng)

　　國(guó)際海事衛(wèi)星組織正在為用戶提供使用具有Ka頻段數(shù)據(jù)鏈路的GEO衛(wèi)星的功能，以應(yīng)對(duì)前面提及的一部分挑戰(zhàn)。從架構(gòu)的角度來(lái)說(shuō)，這提供了一種解決帶寬不足問(wèn)題的方案，但同時(shí)也對(duì)設(shè)計(jì)工程師引入了一些新的挑戰(zhàn)。圖1描述了在Ka頻段和Ku頻段工作的典型超外差接收和發(fā)送信號(hào)鏈。這些系統(tǒng)往往需要兩個(gè)模擬上變頻和下變頻階段，有時(shí)候甚至三個(gè)，每個(gè)階段需要一個(gè)合成器、放大系統(tǒng)和增大系統(tǒng)SWaP的濾波系統(tǒng)。但是，要在包含適用于所有可能數(shù)據(jù)鏈路的此類(lèi)信號(hào)鏈的現(xiàn)有飛機(jī)架構(gòu)和配電系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)匹配不太可能。