卫星通信系统的带宽技术趋势详细说明

　　过去二十年来，商用航空领域一直依赖卫星通信协调民用航空乘客出行。随着数据流量和物联网（loT）应用的增长，对卫星通信系统的需求已达到顶峰。对于商用喷气机和大型客机而言，商用飞机的高带宽数据访问需求也增长显著。我们发射了支持更高频率的新卫星，以实现这种带宽增长。本文将考察这些技术趋势，以及可通过市场上提供的可定制架构实现所需性能并缩短上市时间的解决方案。

　　SATCOM介绍和历史

　　不断提高数据速率的需求正在推动SATCOM领域中的许多新发展。SATCOM链路的数据速率将从kbps提高至Mbps，这将实现更高效的数据和视频传输。无人机的大幅增加为SATCOM链路创造了一个新的舞台。而且，商业航空航天市场中对数据和互联网接入不断增长的需求正在推动Ku频段和Ka频段不断发展，以支持最高达1000 Mbps的数据速率。同时，支持传统数据链路、最大限度减小尺寸、重量和功耗（SWaP）和减少系统开发投入也正在推动对开发灵活架构和最大限度提高系统重用率的需求。 SATCOM系统通常利用对地静止轨道（GEO）卫星—相对于地球表面静止的卫星。要实现对地静止轨道，卫星必须具有非常高的海拔高度—与地球表面的距离超过30 km。这样的高轨道的好处在于，覆盖大面积的地面只需要很少的卫星，而且由于知道其固定坐标，因此将数据传输至卫星较为简单。由于这些系统的发 射成本较高，因此它们专为长使用寿命而设计，非常稳定，但有时也会有点过时。由于海拔高度较高且存在辐射，因此往往需要采用额外的设备屏蔽或卫星屏蔽措施。而且，由于卫星离得太远，地面上的用户可能会有重大信号损失，同时还会影响信号链设计和元件选择。地面到卫星的距离较长还会造成用户和卫星之间的高延迟，这会影响部分数据和通信链路。最近，人们提出了许多GEO卫星的替代方案或补充系统，无人飞行器和低地轨道（LEO）卫星也正在考虑当中。借助低轨道，这些系统可减小基于GEO的系统方面的挑战，但会影响覆盖范围，需要更多的卫星或无人飞行器才能实现类似的全球覆盖。

　　商用航空

　　飞机和商用喷气机乘客在全球旅行时需要连接互联网。航空公司正在力求增加驾驶舱的数据链路，而实现loT系统监控和报告则需要具有数百甚至数千Mbps数据链路的高数据速率SATCOM平台。到目前为止，这种高带宽数据链路主要在飞机落地时提供，并使用一个安装在地面的系统实现与飞机的连接。如果要实现横跨大陆的覆盖，SATCOM是唯一能够实现连接的有效方法，例如国际海事通信卫星的L频段覆盖。在未来，要达到所需的带宽，工作频率必须移至Ku频段或Ka频段。这些这些高频率可提供所需的带宽，但仍然存在许多设计挑战，而且系统必须支持传统数据链路。

　　Ku频段/Ka频段和LEO系统

　　国际海事卫星组织正在为用户提供使用具有Ka频段数据链路的GEO卫星的功能，以应对前面提及的一部分挑战。从架构的角度来说，这提供了一种解决带宽不足问题的方案，但同时也对设计工程师引入了一些新的挑战。图1描述了在Ka频段和Ku频段工作的典型超外差接收和发送信号链。这些系统往往需要两个模拟上变频和下变频阶段，有时候甚至三个，每个阶段需要一个合成器、放大系统和增大系统SWaP的滤波系统。但是，要在包含适用于所有可能数据链路的此类信号链的现有飞机架构和配电系统内实现匹配不太可能。