本文首先簡要介紹上述衛星以及它背後的故事、覆蓋的區域及其訪問方式。然後，將介紹如何基於其中一個 ADALM-PLUTO SDR收發器，使用ADALM-PLUTO SDR實現實際的電台配置。

 

衛星

 

卡塔爾衛星公司Es’hailSat在2018年從卡納維拉爾角發射的Es’hail-2通信衛星為歐洲、中東、非洲等地提供電視、語音
、互聯網

、企業和政府通信服務。該衛星自2019年2月開始運行
，一直處於中非上空的地球同步軌道上

，工作高度為36,000公裏
，通信範圍覆蓋從巴西到馬來西亞
，從法羅群島到南極洲的區域，如圖1所示。

 

圖1.通過Es’hail-2看到的地球。

 

Es’hailSat成立於2010年。該公司總部設在卡塔爾的多哈，擁有並運營著幾顆為廣播公司、企業和政府服務的衛星。為了推動和促進卡塔爾的空間技術發展
，Es’hailSat與全球非盈利組織業餘無線電愛好者衛星公司(AMSAT)合作
，為麵向業餘無線電愛好者的全國性非盈利組織卡塔爾業餘無線電協會(QARS)啟動了一項新技術開發工作。AMSAT設計
、建造
、安排、發射和運行攜帶業餘無線電有效載荷的衛星。AMSAT附屬國家組織分布於各個國家/地區，包括2012年12月代表QARS參與的AMSAT德國(AMSAT-DL)。通過這一合作，Es’hail-2衛星可以配備兩個專用轉發器，從而實現了在可視區域內，連接業餘無線電用戶的單跳實時同步通信。

 

許多業餘通信衛星獲得了OSCAR（攜帶業餘無線電的軌道衛星）稱號。這些衛星可由持牌業餘無線電操作員免費用於語音和數據通信。迄今為止，它們已經被發射到近地軌道(LEO)和高橢圓軌道(HEO)
，它ta們men的de共gong同tong點dian在zai於yu
，當dang它ta們men出chu現xian在zai地di平ping線xian上shang幾ji分fen鍾zhong時shi
，必bi須xu用yong天tian線xian進jin行xing跟gen蹤zong。一yi旦dan它ta們men消xiao失shi在zai地di平ping線xian下xia，就jiu無wu法fa再zai進jin行xing通tong信xin。地di球qiu同tong步bu軌gui道dao上shang的de衛wei星xing，從cong地di球qiu上shang觀guan察cha，它ta們men的de位wei置zhi是shi不bu會hui改gai變bian的de。雖sui然ran天tian線xian不bu必bi移yi動dong就jiu能neng連lian接jie它ta們men，但dan在zai自zi由you空kong間jian功gong率lv損sun耗hao、天線指向精度和延遲方麵
，36,000公裏的遙遠距離提出了新的挑戰——從一個地麵發射機到衛星，再返回到另一個地麵發射機，大約需要250毫秒。Es’hail-2的昵稱是OSCAR100，因為它是第100顆攜帶業餘無線電有效載荷的衛星。

 

訪問Es’hail-2

 

業ye餘yu無wu線xian電dian愛ai好hao者zhe研yan究jiu衛wei星xing通tong信xin很hen多duo年nian了le。以yi前qian，這zhe一yi通tong信xin過guo程cheng是shi通tong過guo模mo擬ni下xia變bian頻pin器qi和he上shang變bian頻pin器qi來lai實shi現xian的de
，它ta們men將jiang接jie收shou和he傳chuan送song的de信xin號hao轉zhuan換huan到dao收shou發fa機ji工gong作zuo的de業ye餘yu無wu線xian電dian頻pin段duan。衛wei星xing使shi用yong的de上shang行xing（從地球到衛星）和下行（從衛星到地球）頻率有時超出了收發機的能力。Es’hail-2有兩個轉發器：一個用於窄帶(NB)傳輸，一個用於寬帶(WB)傳輸。在本節中，我們將討論窄帶轉發器。因為在這個轉發器上，可用帶寬隻有250 kHz，為了容納多個通道，需要使用適當的調製技術。最常用的模擬調製類型是電報（莫爾斯電碼，也稱為連續波(CW)）或電話（語音，也稱為單邊帶(SSB)）。

 

上行鏈路在右側圓極化(RHCP)的2.4 GHz處（13厘米頻段）
，下行鏈路在水平(H)或垂直(V)極化的10.45 GHz處（3厘米頻段）。業餘無線電愛好者作為持牌無線電操作員有權在13厘米頻段（2300 MHz至2310 MHz和2390 MHz至2450 MHz）使用足夠功率和高增益天線進行衛星通信。該頻段與民用無線電分配2400 MHz至2500 MHz的頻段重疊，這是工業、科學和醫療(ISM)頻段的一部分。在ISM頻段中，最常見的免執照頻段之一是無線局域網。轉發器詳情如圖2所示。

 

圖2.Es’hail-2的轉發器。

 

創新的SDR方法

 

隨著SDRgezhongbiantideyinruerdailaidebianhuayeyingxiangleyeyuwuxiandianlingyu。jinguandaduoshushoufajirengrancaiyongyulaoshimonishoufajixiangtongdekongzhifangshi
，danzaizhongpincengmian
，qizhongxuduoshoufajizaihunpinqizhihourongruleshuzixinhaochuliqi(DSP)技術。其中一些收發機還能夠直接對頻譜的整個短波部分（直流至30 MHz）采樣。SDRdeyigeyoudianshi
，qixingnengbuhuisuizheshijiandetuiyierxiajiang，yinweixuduoguanjianmoniyuanjianbeishuzisuanfabufenqudai。lingyigeyoudianshi，yuanbenxuyaoshiyongangguimoniwuxiandianyuanjian（如混頻器或濾波器）才能獲得的性能，可以通過替換其他元件（如模數轉換器(ADC)和DSP）等更加經濟有效的方式來獲得相同的性能。將多個模塊（如鏡像抑製混頻器
、振蕩器和ADC）集成在同一個矽器件中使得新接收機架構變得可行，在新的接收機架構中使用離散技術是至關重要。例如 AD9363/AD9364 射頻捷變收發器，這些器件將所有射頻前端
、混合信號和數字模塊組合在一個器件中，同時用於接收和傳輸。當與管理數據流的FPGA配對後，構建一個完整基站所需的元素就隻剩下天線、功率放大器和計算機上運行的軟件算法。

 

ADI提供了ADALM-PLUTOSDR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
，工程師可以通過該工具基於新的SDR方法來開發涉及無線電的應用。一旦Es’hail-2轉發器的頻率通過外部下變頻至235 MHz到3.8 GHz，AD9363擁有的20 MHz收發帶寬可以輕鬆接收窄頻和寬頻的下行信號。它可以直接在上行頻率上傳輸數據，不需要額外的上變頻器。相比於同類別、同價位的器件

，它的另一優勢是：它有兩個用於接收和傳輸的連接器，因此它支持全雙工操作。常規業餘無線電交互是半雙工的（說或聽）
，但是由於您能夠實時接收您自己的傳輸信號，因此您能夠了解自己是否在清晰地進行調製
，或者是否需要增加/減少傳輸功率。一旦調整好了接收天線，也有助於將發射天線指向天空。

 

一些免費軟件包支持ADALM-PLUTO用於傳輸和接收
，這些軟件包通常由無線電業餘愛好者自己編寫。例如Simon Brown編寫的SDR Console（業餘無線電呼號G4ELI）。該軟件可用於管理用戶與收發器之間的交互，並在軟件中實現解調和調製。

 

圖3.ADALM-PLUTO及其收發器AD9363。

 

SDR衛星電台

 

眾(zhong)所(suo)周(zhou)知(zhi)，業(ye)餘(yu)無(wu)線(xian)電(dian)愛(ai)好(hao)者(zhe)喜(xi)歡(huan)構(gou)建(jian)自(zi)己(ji)的(de)硬(ying)件(jian)和(he)重(zhong)新(xin)利(li)用(yong)現(xian)有(you)設(she)備(bei)來(lai)滿(man)足(zu)自(zi)己(ji)的(de)需(xu)求(qiu)。對(dui)於(yu)接(jie)收(shou)天(tian)線(xian)和(he)下(xia)變(bian)頻(pin)器(qi)，最(zui)實(shi)惠(hui)的(de)替(ti)代(dai)方(fang)案(an)是(shi)商(shang)用(yong)衛(wei)星(xing)電(dian)視(shi)的(de)普(pu)通(tong)衛(wei)星(xing)天(tian)線(xian)和(he)低(di)噪(zao)聲(sheng)模(mo)塊(kuai)(LNB)。LNB包含波導和下變頻器，將10.450 GHz的信號下變頻為小於1 GHz
，這屬於SDR的可接收頻段範圍。CW（幾十Hz）或SSB（小於3 kHz）等的窄帶調製類型要求高度穩定的本地振蕩器

，以避免連續重調
，而這在廣播電視（幾MHz）dengshiyongdekuandaitiaozhileixingzhongbunamezhongyao。zaixiandaishuzitongxinzhong
，youyurewentidaozhidepinlvpianyihechangqipiaoyidebuchangbeinarubiaozhunbingyaoqiuzhixing。yihandeshi
，duiyuxuduoyouyeyuwuxiandiancaozuoyuanshishidezhaidaitiaozhifanganlaishuo
，bingmeiyouguanzhuzheyibiaozhun
，yemeiyoudedaozhixing，renmenjiadingzaiLNB或基帶信號中的PLL或采樣率精度和漂移是完美的。為了確保這一假設正確，有時會使用高精度/dipiaoyidecankaoshizhong。youyuxuduoyeyuwuxiandianaihaozhegengxihuangenghuancankaoshizhong，erbushishixianfuzadeshuzixinhaochulijishu

，yincixuduorenhuijianyizhegejiandandejiejuebanfa。

 

由於上行頻率在WLAN 2.4 GHz頻段範圍內，持牌操作員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的輸出功率大約為5 dBm，不足以驅動輸出功率為幾瓦的功率放大器。基於 ADL5606 20 dB功率放大器並由 LTM8045SEPIC 微型模塊轉換器供電的 CN-0417 參考設計可產生足夠的功率增益來克服這一限製。圖4顯示如何布置通信站。也可以在現場快速部署通信站
，以支持緊急通信。

 

圖4.SDR衛星電台。

 

總結

 

綜上所述，我們目睹了無線電通信向SDR技(ji)術(shu)的(de)轉(zhuan)變(bian)。通(tong)過(guo)將(jiang)多(duo)個(ge)模(mo)擬(ni)和(he)混(hun)合(he)信(xin)號(hao)塊(kuai)集(ji)成(cheng)在(zai)一(yi)個(ge)器(qi)件(jian)中(zhong)，可(ke)實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)轉(zhuan)變(bian)。直(zhi)接(jie)優(you)勢(shi)在(zai)於(yu)具(ju)有(you)成(cheng)本(ben)效(xiao)益(yi)，更(geng)高(gao)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)可(ke)重(zhong)構(gou)性(xing)。

 

AMSAT運營副總裁Drew Glasbrenner（社交媒體帳號KO4MA）表示：“願第100顆OSCAR衛星成為未來業餘無線電衛星和有效載荷到地球靜止軌道和更遠地方的導引星。”

 

參考電路

 

“Es’hail-2/QO-100。” AMSAT-UK, 2019年。

 

“空間通信。” 美國無線電中繼聯盟，2019年。

 

Taylor、Wyatt 和 David Brown。“射頻收發器為航空航天和防務應用提供突破性的SWaP解決方案。” 模擬對話, 2016年9月。

 

 

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