衛(wèi)星通信系統(tǒng)實(shí)際上也是一種微波通信，衛(wèi)星通信要求地面設(shè)備具有較大的發(fā)射功率，因此不易普及使用。傳統(tǒng)Ka波段地面站衛(wèi)星通信系統(tǒng)依賴于室內(nèi)到室外配置。室外單元包含天線和塊下變頻接收機(jī)，接收機(jī)輸出L波段的模擬信號。該信號隨后被傳送到室內(nèi)單元，室內(nèi)單元包含濾波、數(shù)字化和處理系統(tǒng)。Ka波段的干擾信號通常較少，因此室外單元的主要任務(wù)是以線性度為代價(jià)來優(yōu)化噪聲系數(shù)。室內(nèi)到室外配置很適合地面站，但難以融合到小尺寸、重量輕、低功耗(SWaP)的環(huán)境中。若干新興市場推動了對小尺寸Ka波段接入的需求。無人機(jī)(UAV)和步兵若能接入此類信道，將大大受益。對于無人機(jī)和步兵，無線電功耗直接決定電池壽命，進(jìn)而決定任務(wù)時(shí)長。此外，過去專門用于空中平臺的傳統(tǒng)Ka波段信道，現(xiàn)在正被考慮用于提供更廣泛的接入。這意味著，傳統(tǒng)上僅需要下變頻單個(gè)Ka信道的空中平臺，現(xiàn)在可能需要工作在多個(gè)信道上。本文將概述Ka波段應(yīng)用面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，并說明一種支持此類應(yīng)用實(shí)現(xiàn)低SWaP無線電解決方案的新架構(gòu)。

衛(wèi)星通信行業(yè)的最新趨勢顯示，信號傳輸正從X波段和Ku波段推進(jìn)到Ka波段。這在很大程度上是因?yàn)樵擃l率范圍內(nèi)很容易實(shí)現(xiàn)帶寬更寬的收發(fā)器。與此同時(shí)，X、Ku和Ka波段中的發(fā)射機(jī)總數(shù)在不斷增加。過去，Ka波段中的發(fā)射機(jī)數(shù)量非常少，但隨著這種趨勢的發(fā)展，此范圍內(nèi)的頻譜會變得越來越擁堵。這給此類系統(tǒng)的收發(fā)器設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)，尤其是針對低SWaP市場，這些市場的尺寸和功耗要求會限制可達(dá)到的選擇率。由于選擇率壓力越來越大，人們自然會折中考慮，降低選擇率要求。某些情況下，例如頻譜環(huán)境不那么明確的移動平臺中，這種折中是有意義的。但在其他可以非常精確地預(yù)測干擾的平臺中，選擇率仍將是最高優(yōu)先目標(biāo)。

室內(nèi)和室外概述

在典型的永久性衛(wèi)星通信設(shè)施中，室外設(shè)備和室內(nèi)設(shè)備在功能上是分開的。室外設(shè)備由Ka波段天線、低噪聲塊(LNB)和下變頻級組成，其將Ka波段信號下變頻為L波段信號，然后發(fā)送到室內(nèi)單元。LNB和下變頻級通常合并為一個(gè)單元，其輸出端利用同軸電纜或光纖將信號發(fā)送到室內(nèi)以供進(jìn)一步處理。在天線端下變頻至1 GHz到2 GHz信號可防止連接到室內(nèi)單元的電纜產(chǎn)生額外損耗。室內(nèi)單元由L波段接收機(jī)和解調(diào)器組成。此單元負(fù)責(zé)對信號做進(jìn)一步濾波、數(shù)字化和處理。此外，它與地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)相連，以便將信號發(fā)送到中央處理地點(diǎn)。

在發(fā)射側(cè)，波形產(chǎn)生發(fā)生在室內(nèi)L波段設(shè)備中。信號通過同軸電纜或光纖發(fā)送到室外設(shè)備。室外設(shè)備包含如下器件：一個(gè)塊上變頻器(BUC)，用以將信號從L波段變頻至Ka波段；一個(gè)HPA，用以將信號放大到所需的發(fā)射功率水平；以及一根天線。如果接收機(jī)和發(fā)射機(jī)共用該天線，則還會有一個(gè)雙工器，用以將發(fā)射機(jī)信號和接收機(jī)信號隔離開來。

尺寸和功耗

由于是永久設(shè)施，固定安裝地點(diǎn)中的器件通常不是針對低SWaP而設(shè)計(jì)。根據(jù)其特性和濾波要求，室外LNB可能有10" × 4" × 4"那么大。它通常盡可能靠近天線饋線放置，以優(yōu)化系統(tǒng)噪聲系數(shù)。室外BUC通常有相同的尺寸，而室外HPA可能非常大，具體尺寸取決于輸出功率要求。室內(nèi)設(shè)備包含一個(gè)19英寸寬機(jī)架安裝解調(diào)器，它可以同其他機(jī)架安裝調(diào)制解調(diào)器或處理設(shè)備疊放在一起。此設(shè)備負(fù)責(zé)完成接收和發(fā)射衛(wèi)星通信信號的任務(wù)，但其SWaP效率可能不是很高。

低SWaP市場

雖然全球移動通信發(fā)展的深化，以及人們期望即便在最偏遠(yuǎn)地區(qū)也有通信和數(shù)據(jù)鏈路可用，市場對降低SWaP的呼聲越來越高。

近年來，政府和商業(yè)對無人機(jī)的使用越來越多。無人機(jī)可用在距離其基地超過數(shù)百英里的偏遠(yuǎn)地區(qū)，日益依賴衛(wèi)星通信來發(fā)送收集到的數(shù)據(jù)及接收操作員指令。此外，我們看到商業(yè)世界開發(fā)的無人機(jī)用途越來越多，其中許多既需要與衛(wèi)星通信，也需要與其他航空器通信。這導(dǎo)致使用的頻譜更高，而以前對高頻譜的使用非常少。隨著頻譜變得越來越擁擠，濾波、頻率規(guī)劃和靈活性變得越來越重要。

低SWaP衛(wèi)星通信持續(xù)增長的另一個(gè)市場是手持式和便攜式領(lǐng)域。除安全通信外，人們還希望發(fā)生和接收其他更多內(nèi)容，這導(dǎo)致對手持設(shè)備的需求不斷增加。人們渴求快速發(fā)送數(shù)據(jù)，包括照片、音頻文件、地圖和其他數(shù)據(jù)，以及捕獲帶寬更寬的信號。這要求提高瞬時(shí)帶寬，而外形尺寸則保持不變或比上一代更小，并且要降低功耗以免攜帶笨重昂貴的電池。戰(zhàn)術(shù)車輛自身的功率有限，空間較小，故而存在類似的SWaP限制。