通過新的地球靜止衛(wèi)星，現(xiàn)在可以在一次跳躍中可靠地覆蓋地球的三分之一。為了聯(lián)系衛(wèi)星，必須使用專用設(shè)備，因?yàn)樵L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(biāo)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(shí)現(xiàn)實(shí)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(lián)網(wǎng)，企業(yè)和政府通信服務(wù)。它自2019年2月開始運(yùn)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(yùn)營衛(wèi)星，為廣播公司、企業(yè)和政府提供服務(wù)。為了促進(jìn)和促進(jìn)卡塔爾的空間技術(shù)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(shù)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(shè)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(zhuǎn)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(shí)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(fèi)使用，用于語音和數(shù)據(jù)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(diǎn)是，當(dāng)它們出現(xiàn)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(yuǎn)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?yàn)樗堑?00顆攜帶業(yè)余無線電有效載荷的衛(wèi)星。

進(jìn)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(xiàn)有收發(fā)器的能力。Es'hail-2有兩個轉(zhuǎn)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(zhuǎn)發(fā)器。由于在該轉(zhuǎn)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(dāng)?shù)恼{(diào)制技術(shù)。最常用的模擬調(diào)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(quán)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(jìn)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(xué)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(yīng)答器詳見圖2。

圖2.Es'hail-2的轉(zhuǎn)發(fā)器。

創(chuàng)新的特別提款權(quán)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(shù)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(shù)字信號處理器（DSP）技術(shù)。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(jìn)行采樣。SDR的一個優(yōu)點(diǎn)是其性能不會隨著時間的推移而下降，因?yàn)樵S多關(guān)鍵的模擬組件部分被數(shù)字算法取代。另一個優(yōu)點(diǎn)是，通過與模數(shù)轉(zhuǎn)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(gòu)變得可行，這對于分立技術(shù)實(shí)現(xiàn)非常關(guān)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(shù)字模塊組合在一個器件中，用于接收和發(fā)送。當(dāng)與管理進(jìn)出設(shè)備的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的FPGA配對時，構(gòu)建完整站的剩余元素是天線，功率放大器和計算機(jī)上運(yùn)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(jīng)濟(jì)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(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)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(shí)時接收自己的傳輸?shù)哪芰κ鼓梢粤私馐欠裾谝郧逦姆绞竭M(jìn)行調(diào)制，或者是否需要增加/減少發(fā)射功率。調(diào)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(shí)現(xiàn)解調(diào)和調(diào)制。

圖3.ADALM-PLUTO及其收發(fā)器AD9363。

特別提款權(quán)衛(wèi)星站

無線電業(yè)余愛好者以構(gòu)建自己的硬件和重新利用現(xiàn)有設(shè)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(dǎo)和下變頻器，可將 10.450 GHz 的輸入下行鏈路信號轉(zhuǎn)換為小于 1 GHz，這屬于 SDR 的可接收頻段。窄帶調(diào)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(diào)制類型中不太重要。在現(xiàn)代數(shù)字通信中，由于熱問題引起的頻率偏移和長期漂移的補(bǔ)償已內(nèi)置于標(biāo)準(zhǔn)中，并由每個人實(shí)施。不幸的是，對于業(yè)余無線電運(yùn)營商實(shí)施的許多窄帶調(diào)制方案，這并沒有標(biāo)準(zhǔn)化或?qū)嵤?，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(shè)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(shí)施復(fù)雜的數(shù)字信號處理技術(shù)，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(nèi)，因此獲得許可的運(yùn)營商可以重新利用現(xiàn)有的WLAN設(shè)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(qū)動輸出功率為幾瓦的功率放大器。CN-0417參考設(shè)計基于ADL5606 20 dB功率放大器，由LTM8045 SEPIC微模塊轉(zhuǎn)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(xiàn)場快速部署，以支持應(yīng)急通信。

圖4.特別提款權(quán)衛(wèi)星廣播電臺。

總結(jié)

總之，我們看到無線電通信中向SDR技術(shù)的轉(zhuǎn)變。這可以通過在一臺設(shè)備中集成多個模擬和混合信號模塊來實(shí)現(xiàn)。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