ADI SDR收发器支持业余空间通信

通过新的地球静止卫星，现在可以在一次跳跃中可靠地覆盖地球的三分之一。为了联系卫星，必须使用专用设备，因为访问频率与用于从电离层反射无线电信号的频率不同。无线电收发器的新型软件定义无线电（SDR）方法具有多种优势，例如灵活的重新配置和一目了然地观察整个目标频段的能力，仅举几例。

本文首先概述了这颗卫星、它背后的故事、覆盖的区域以及如何访问它。然后，将介绍基于ADI SDR收发器之一的ADALM-PLUTO SDR实现实用无线电台。

卫星

卡塔尔卫星公司Es'hailSat的Es'hail-2通信卫星于2018年从卡纳维拉尔角发射，在欧洲，中东，非洲及其他地区提供电视，语音，互联网，企业和政府通信服务。它自2019年2月开始运行，并已位于非洲中部上空的地球静止轨道上。从36，000公里的高度，它覆盖了从巴西到马来西亚，从法罗群岛到南极洲的区域。

Es'hailSat成立于2010年。该公司总部位于卡塔尔多哈，拥有并运营卫星，为广播公司、企业和政府提供服务。为了促进和促进卡塔尔的空间技术发展，Es'hailSat与另一个全球非营利组织业余卫星公司（AMSAT）合作，为卡塔尔业余无线电协会（QARS）发起了新技术的开发，QARS是一个面向业余无线电爱好者的国家非营利组织。AMSAT设计、建造、安排、发射和操作携带业余无线电有效载荷的卫星。AMSAT附属国家组织存在于各个国家，包括AMSAT德国（AMSAT-DL），它于2012年12月代表QARS参与其中.这种合作使得为Es'hail-2卫星配备两个专用转发器成为可能，提供了第一个业余无线电地球静止通信能力，通过单跳和实时连接可见地球的用户。

许多业余卫星获得OSCAR（携带业余无线电的轨道卫星）称号。这些卫星可由有执照的业余无线电操作员免费使用，用于语音和数据通信。到目前为止，它们已被发射到低地球轨道（LEO）和高椭圆轨道（HEO），它们的共同点是，当它们出现在地平线上方几分钟时，有必要用天线跟踪它们。一旦它们消失在地平线以下，通信就不再可能。地球静止轨道上的卫星具有从地球上观察到的优势，它们的位置不会在天空中移动。虽然地球上的天线不必移动即可访问它们，但36，000公里的远距离在自由空间功率损耗，天线指向精度和延迟方面提出了新的挑战 - 从一个地面发射器到卫星并返回另一个地面发射器的行程约为250毫秒。Es'hail-2的绰号是OSCAR100，因为它是第100颗携带业余无线电有效载荷的卫星。

进入埃斯哈伊尔-2

业余无线电爱好者多年来一直使用卫星。传统上，这是使用模拟下变频器和上变频器完成的，这些下变频器和上变频器将接收和发送的信号移入收发器工作的业余频段。卫星使用的上行链路（从地球到卫星）和下行链路（从卫星到地球）频率有时超出了现有收发器的能力。Es'hail-2有两个转发器：一个用于窄带（NB）传输，另一个用于宽带（WB）传输。在本节中，我们将讨论窄带转发器。由于在该转发器上，可用带宽仅为250 kHz，因此为了容纳多个通道，必须使用适当的调制技术。最常用的模拟调制类型是电报（摩尔斯电码，也称为连续波（CW））或电话（语音，也称为单边带（SSB））。

右手圆极化 （RHCP） 的上行链路为 2.4 GHz（13 厘米频段），水平 （H） 或垂直 （V） 极化的下行链路为 10.45 GHz（3 cm 频段）。业余无线电爱好者有特权在13厘米频段（2300 MHz至2310 MHz和2390 MHz至2450 MHz）作为具有足够功率和高增益天线的卫星通信许可无线电操作员进行传输。该频段与民用无线电分配 2400 MHz 至 2500 MHz 重叠，后者是工业、科学和医疗 （ISM） 频段的一部分。ISM频段上最受欢迎的免许可发射之一是无线LAN。应答器详见图2。

图2.Es'hail-2的转发器。

创新的特别提款权方法

随着SDR在其许多变体中的引入而带来的变化也影响了业余无线电世界。尽管大多数收发器仍然具有与旧模拟收发器相同的控制，但其中许多收发器在混频器之后采用了中频电平的数字信号处理器（DSP）技术。其中一些还能够直接对频谱的整个短波部分（直流至30 MHz）进行采样。SDR的一个优点是其性能不会随着时间的推移而下降，因为许多关键的模拟组件部分被数字算法取代。另一个优点是，通过与模数转换器（ADC）和DSP等不同元件相辅相成，可以以更具成本效益的方式获得模拟无线电中需要昂贵组件（如混频器或滤波器）的相同性能。在同一硅器件中集成多个模块，如镜像抑制混频器、振荡器和ADC，使得新的接收器架构变得可行，这对于分立技术实现非常关键。一个例子是AD9363/AD9364 RF捷变收发器等器件，它将所有RF前端、混合信号和数字模块组合在一个器件中，用于接收和发送。当与管理进出设备的数字数据流的FPGA配对时，构建完整站的剩余元素是天线，功率放大器和计算机上运行的软件算法。

ADI提供ADALM-PLUTO SDR来演示AD9363的功能，如图3所示。这是一种经济高效的硬件工具，工程师可以使用它来开发基于新SDR方法的无线电应用。AD9363的接收和发送带宽为20 MHz，一旦Es'hail-2的窄幅和宽下行链路转发器在外部下变频至235 MHz至3.8 GHz的频率范围，它就可以轻松接收这些转发器。它可以在上行链路频率上传输，无需任何外部上变频器。与相同类别和价格的设备相比，另一个有益的功能是它具有两个用于接收和发送的连接器，因此支持全双工操作。正常的业余无线电交互是半双工的（您要么说话，要么听），但是实时接收自己的传输的能力使您可以了解是否正在以清晰的方式进行调制，或者是否需要增加/减少发射功率。调整接收天线后，它还有助于将发射天线指向天空。

ADALM-PLUTO由一些自由软件包支持传输和接收，这些软件包通常由业余无线电爱好者自己编写。一个例子是Simon Brown（业余无线电呼号G4ELI）的SDR控制台。该软件管理用户与收发器之间的交互，并在软件中实现解调和调制。

图3.ADALM-PLUTO及其收发器AD9363。

特别提款权卫星站

无线电业余爱好者以构建自己的硬件和重新利用现有设备以满足他们的需求而闻名。对于接收天线和下变频器，最便宜的替代方案是用于商业卫星电视和低噪声块 （LNB） 的普通卫星天线。LNB 包含波导和下变频器，可将 10.450 GHz 的输入下行链路信号转换为小于 1 GHz，这属于 SDR 的可接收频段。窄带调制类型，如CW（几十Hz）或SSB（小于3 kHz）要求高度稳定的本地振荡器以避免连续重谐，这在广播电视（一些MHz）使用的宽带调制类型中不太重要。在现代数字通信中，由于热问题引起的频率偏移和长期漂移的补偿已内置于标准中，并由每个人实施。不幸的是，对于业余无线电运营商实施的许多窄带调制方案，这并没有标准化或实施，并且期望LNB或基带信号中的PLL或采样率精度和漂移是完美的。为了确保这一假设是正确的，有时会使用高精度/低漂移参考时钟。由于许多业余无线电操作员更愿意交换参考时钟而不是实施复杂的数字信号处理技术，因此许多人会推荐这种简单的解决方法。

由于上行链路频率在WLAN 2.4 GHz频段内，因此获得许可的运营商可以重新利用现有的WLAN设备，如功率放大器和高增益天线。ADALM-PLUTO的功率输出约为5 dBm，不足以驱动输出功率为几瓦的功率放大器。CN-0417参考设计基于ADL5606 20 dB功率放大器，由LTM8045 SEPIC微模块转换器供电，可提供足够的功率增益来克服这一限制。图 4 显示了如何布置通信站。该站还可以在现场快速部署，以支持应急通信。

图4.特别提款权卫星广播电台。

总结

总之，我们看到无线电通信中向SDR技术的转变。这可以通过在一台设备中集成多个模拟和混合信号模块来实现。直接的优势是成本效益、更高的可靠性和可重新配置性。

审核编辑：郭婷