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卫星通信解决方案 我要留言返回列表 卫星通信解决方案 一、产品 1 综合业务VSAT卫星通信系统 1.1 概述 综合业务VSAT通信系统是由卫星、地球站和网控中心构成的卫星通信系统，可支持话音、数据和传真等业务，系统可工作在L、C和Ku频段。VSAT系统地球站组成主要包括：天线、射频设备、信道设备和终端设备。 1.2 天线 VSAT地球站天线包括动中通、静中通天线和便携式天线等系列天线。 1.2.1 车载动中通天线 采用悬浮隔离三轴稳定技术设计，具有自动对星、跟踪功能，能够存储多颗卫星参数，可设置成自动跟踪、半自动跟踪和手动跟踪等多种工作模式。主要技术指标： a) 工作频段：Ku； b) 天线口径：0.6米、1米，1.2米； c) 天线增益： 1) 0.6米：收35.6dBi，发36.6dBi； 2) 1米：收40.0dBi，发41.2dBi； d) 极化方式：线极化（自动调整）； ；?无极限，俯仰1575?e) 跟踪范围：方位360 f) 初始开通时间：4min； g) 目标丢失3分钟以内的再捕获时间：1s； h) 馈源接口：WR-75。 1.2.2 车载静中通天线 具有自动对星、跟踪功能，能够存储多颗卫星参数，可设置成自动跟踪、半自动跟踪和手动跟踪等多种工作模式。主要技术指标： a) 工作频段：Ku； b) 天线口径：1.2米、1.8米、2.4米； c) 天线增益： 1) 1.2米：收42.1dBi，发43.2dBi； 2) 1.8米：收45.6dBi，发46.7dBi； 3) 2.4米：收48.1dBi，发49.2dBi； d) 极化方式：线极化（自动调整）； e) 跟踪范围：方位：±180°，俯仰：10°85°。； f) 初始开通时间：10min； g) 馈源接口：WR-75。 1.2.3 便携式天线 采用24片拼装式结构，电子罗盘和液晶显示辅助手动对星方式，具有：体积小、重量轻，便于携带，辅助对星手段使得对星操作快捷方便。主要技术指标如下： a) 工作频段：Ku； b) 天线口径：0.5米、0.9米； c) 天线增益： 1) 0.5米：收34.5dBi，发35.6dBi； 2) 0.9米：收39.6dBi，发40.7dBi； d) 极化方式：线极化； 无极限，俯仰：10°85°。； e) 跟踪范围：方位360 f) 初始开通时间：7min； g) 馈源接口：WR-75。 1.3 射频设备 射频设备包括射频收发信机，L、C、Ku系列变频器等设备，用于载波信号的变频和收发。主要设备技术指标如下： 1.3.1 70L上下变频器 a) 参考输入：10MHz； b) 输入频率：上变频器70±20MHz，下变频器9501450MHz； c) 输出频率：上变频器9501450MHz，下变频器70±20MHz； d) 频率步进：125kHz； e) 电平调节范围：30dB，1dB步进。 1.3.2 LC上下变频器 a) 参考输入：10MHz； b) 输入频率：上变频器9501525MHz，下变频器36254200MHz； c) 输出频率：上变频器58506425MHz，下变频器36254200MHz； d) 增益：上变频器10dB，下变频器20dB。 1.3.3 LKu上下变频器 e) 参考输入：10MHz； f) 输入频率：上变频器9501450MHz，下变频器12.2512.75GHz； g) 输出频率：上变频器1414.5GHz，下变频器9501450MHz； h) 增益：上变频器10dB，下变频器20dB。 1.3.4 低噪声放大器 a) 工作频段：12.2512.75GHz； b) 噪声系数：1.2dB； c) 杂散输出：60dBc ； d) 供电：1524V DC； e) 输入端连接器：WR-75； f) 输出端连接器：N-K。 1.4 信道设备 VSAT系统中频以下的基带和接口处理设备，提供话音、数据等业务，主要技术指标： 技术体制：MBE-卷积编码-DQPSK-FDMA-SCPC； 业务种类：话音、数据、传真、web访问； 最高业务速率：9.6kbps2048kbps； 终端接口类型：二线用户线、RS232、RS422、LAN。 2 支持的站型设备 2.1 便携站 用于解决各分散用户的数字话音和数据通信，抗干扰能力强、智能化程度高、开通快捷、操作简单。可自动采集本地经纬度，有卫星信号强弱显示功能，能方便精确确定天线指向； 并且可以通过系统的中心地球站，方便地联入公用电话网、公用数据网和INTERNET网 工作频段：Ku； 天线口径：0.5米，0.9米； 业务类型：话音、数据； 最高业务速率：9.6kbps（0.5米天线），1024kbps（0.9米天线）； 信道数量：1路； 收藏尺寸：500 mm×400 mm×250 mm 总重量：18kg； 2.2 箱式站 由2个箱子组成，便于搬运或随车携带，能够快速开设，通信容量3路，实现话音、数据和图像业务通信，可接入地面有线网络。设备内置视频编解码器，配合视频终端可实现电视会议。 工作频段：Ku； 天线口径：0.9米 业务类型：话音、数据； 最高业务速率：1024kbps； 信道数：宽带1 路，窄带2路； 2.2 动中通地球站 动中通地球站是卫星通信系统中的一种重要站型，通过中心站的集中网络控制管理可实现与网内任意中央站、固定站以及车载固定站之间的通信，网络结构为集中控制的网状结构，可传输话音、数据、传真业务。 工作频段：Ku； 天线口径：0.6米； 业务类型：话音、数据、传真、web； 最高业务速率：512kbps（0.6米天线）； 业务信道：1路。 2.3 静中通车载站 车载站采用了国际上一系列高新技术，设备具有小型化、数字化、智能化等特点，工作全部实现自动化。该车载站性能优越、可靠性好、操作简便，是目前国内首创，并达到了国际先进水平。可传输电话、传真、数据、图像等综合业务。 工作频段：Ku； 天线口径：1.8米； 业务类型：话音、数据、传真、网络业务； 最高业务速率：2048kbps； 业务信道：2路（标配，可扩展）。 2.4 网控中央站 中央站是卫星通信系统控制和管理的核心，能对全网各通信地球站进行监控管理、网络管理等，中央站能传输话音、数据、电传报、传真等业务，并能够进行电话会议。 工作频段：C、Ku；业务类型：话音、数据、传真、web； 最高业务速率：64kbps； 业务信道：4路（标配，可扩展）； 出入网功能：支持； 系统管理功能：支持。二、解决方案 1 卫星系统组网设计方案 1.1 系统组成 系统包括：网控中心、静中通车载站、动中通车载站、便携站等多种站型，在网控中心的统一管理下，实现各类业务通信。系统支持话音、数据、web访问，其中大型车载站和网控中心还支持地面电话网接入功能。 系统组成图 1.2 网络拓扑结构及资源分配方式 业务通信：网状网； 网络控制：星状网。 资源分配方式：DAMA和PAMA相结合。 1.3 实现业务种类 话音：按传统呼叫拨号建链、数据拨号建链； 数传：提供接口转换设备，实现IP数据传输； 视频会议：实现视频终端的接入。 1.4 各站型接入方案 系统为各站型分配接入授权，只有合法用户才能入网，各用户有权限管理，包括可通数率限制、可通对象等。 2 Ku波段LNA仿真优化设计方案 2.1 引言 低噪声发大器（LNA）在所有的收发系统中都处于前端位置，在系统中起着举足轻重的作用，其性能的好坏直接影响整机的性能。LNA的主要功能是在克服噪声的条件下为后级提供足够高的增益，即在提供增益的同时，尽可能地减少噪声。利用微波CAD仿真软件进行电路设计，可以避开复杂的理论计算，极大地提高了设计的准确性和效率。 2.2 设计原理 LNA的设计是在以下各特性的折中，即优化的增益、低噪声系数、输入输出端口匹配、高的线性度和低功耗。LNA的简单结构汇误导我们，认为设计很简单，但其中设计的折中非常复杂。 LNA的主要性能指标是工作频率、噪声系数、输出增益、增益平坦度、电压驻波比等，其中噪声系数和输出增益又是最重要的指标。 噪声系数：噪声系数的定义为放大器输入信噪比与输出信噪比的比值。噪声系数决定于所选放大管的最小噪声系数、放大管等效噪声电阻、输入端的源反射系数等。当放大器的输入端完全匹配时，放大器有最小噪声系数输出。 输出增益：放大器的输出增益定义为放大器输出功率与输入功率的比值。提高LNA的增益对降低整机的噪声系数非常有利，但LNA的增益过高汇影响整个接收机的动态范围。所以，一般来说LNA增益的确定应与系统的整机噪声系数、接收机动态范围等结合起来考虑。 放大器的动态范围：在LNA的设计中，应充分考虑整个接收机的动态范围，以免在接收机后级造成严重的非线性失真，一般应选择低噪声放大器的输入三阶交调点较高的，至少比最大输入信号高30dB，以免在信号输入时产生非线性失真。 2.3 设计步骤 首先选择合适的微波场效应管，为了是整机的噪声系数小于1.3dB，LNA输入级的放大管噪声系数就要小，而为了达到20dB以上的增益，LNA必须采用多级放大器串连的方式。经分析计算，需采用三级放大器串连，前两级选用NEC公司的NE3210S01（噪声系数只有0.34dB），第三级选用HP公司的A TF36077 再应用微波仿真软件设计电路图，打开Serenade8.7微波仿真软件，生成第一级放大电路的原理图，以噪声系数最小化为目标进行优化仿真，随后串联上第二级放大电路，中间通过耦合电容耦合，进行级间电路匹配，继续分析优化。级间匹配电路的目的是使后级放大管的输入阻抗与前级输出阻抗相匹配，能产生较大增益，另外还要使第二级有足够低的噪声。在这一过程完成后，将第三级放大器单独生成放大电路原理图，进行输出电路的匹配优化。输出匹配电路的任务是把场效应管的复数输出阻抗匹配到负载实数阻抗50欧姆，使放大器的输出增益最大。最后将三级放大电路串联起来。 2.4 结论 目前我公司低噪声放大器的设计普遍采用CAD的方法进行仿真，通过软件的优化避免了微波电路设计过程中匹配电路与稳定性问题的繁杂计算。 3 车载卫星通信天线自动控制系统的设计方案 3.1 前言 卫星通信的特点使通信距离远，覆盖范围广，组网灵活，信道质量好，并且成本与通信距离有关，因此近年来在通信中普及发展很快。车载站在各种卫星地球站中具有机动性高，架设开通快速方便等特点，因此应用前景比较广泛。而天线为其中的主要设备之一，研制大口径的天线自动控制系统就非常必要了。 3.2 系统设计 3.2.1 闭环控制系统 （1）自动控制和自动控制系统 自动控制是利用控制装置自动控制机器的过程，使该机器具有一定的性能。被控制的机器称为控制对象，所用的控制装置称为控制器。 控制器和控制对象组成自动控制系统。系统的输入作用于控制器，使控制对象具有预定性能或有预定的输出，称为控制输入；系统还有一种输入，作用与控制对象，它干扰或破坏系统的预定性能或预定输出，称为扰动输入。系统的输出是自动控制系统的被控制量。例如速度自动控制系统（调速系统），用电位器调节的速度给定电压是调速系统的控制输入；作用于自动机轴上的负载转矩是调速系统的扰动输入；电动机的转速是调速系统的被控制量，是系统的输出。 （2）开环控制系统和闭环控制系统 开环控制系统是最简单的自动控制系统。对应一个系统的控制输入，系统相应的便有一个输出。但系统的输出在扰动输入的作用下不可能有一个确定的值。例如开环调速系统，在速度给定电压不变的情况下，系统的输出（电动机的转速）将随着负载转矩，电源电压波动等扰动输入的变化而变化，控制精度不高。开环控制系统的控制精度不高的重要原因是系统输出的变化对系统的控制输入没有影响。 如果用反馈元件将系统输出的一部分反馈到系统的输入端与系统的控制输入进行比较，利用比较后得到的差值（调节误差）来控制系统的输出，就能提高系统的控制精度。由控制器，控制对象和反馈装置组成的系统称为闭环控制系统，或称（负）反馈控制系统。在通常的调速系统中，测量电动机转速的测速发电机就是速度反馈装置。 如果将闭环控制系统的反馈断开，我们说系统开环了。注意另一种情况，虽然系统的反馈没有断开，但系统的某个环节出现饱和（环节的输出不随输入的变化而变化），则电动机以恒加速度开环运行，直到电动机电源小于限流值时，系统才恢复闭环运行。 （3）负反馈的作用 闭环控制系统由于采用了负反馈，降低了系统的调节误差，提高了系统的控制精度；由于采用了负反馈降低了内部元件参数的变化（非线性、漂移）对系统输出的影响，使系统对内部参数的变化不敏感。 由于系统内部存在储能元件，在降低系统的调节误差的同时，系统的输出可能出现大的超调，甚至振荡。控制器的任务就是保证系统的控制精度的同时，保证系统是稳定的且具有一定的稳定裕量，保证系统有较好的动态性能。 3.2.2 系统组成 控制系统主要由一下二部分组成： （1）驱动器部分：电机驱动器、电机 （2）控制器部分：控制电路、信标接收机、电源、极化电机驱动器 3.2.3 系统设计 设计采用闭环控制的方法，具体可以分为三个闭环子系统。 （1）电机伺服子系统 电机伺服子系统是指将伺服驱动器和电机构成控制电机运动的反馈回路。 本设计采用的是kollmorgen公司的S/CD系统驱动器和GODLINE XT系统电机。S/CD系列 驱动器具有先进的伺服控制功能、先进的技术指标、先进的运动控制、灵活多样的I/O配置、先进的通讯功能等特点。可根据不同的系统需求，灵活选用各种类型的产品，在其他2个子系统不变的情况下，快速应用到不同的天线控制系统中，通用性替换性较强。S/CD系列驱动器具有7种操作方式，本设计采用的是模拟速度控制方式。 （2）电机控制子系统 电机控制子系统是指将驱动器和控制电路构成反馈电路，由控制电路发出伺服电机运转指令，经过驱动器驱动电机后，从伺服电机所带的增量式编码器返回的伺服电机角位移累计量，经过驱动器初步处理后，送回控制电路，经控制电路处理变成伺服电机的绝对位移量，通过DMA方式，直接存入NVRAM，确保数据掉电不丢失。 由于电机伺服子系统采用的式模拟速度模式，控制电压为±10V可变，采用平衡的D/A输出，加缓冲放大器，这样就避免了因机械咬死而导致的电机过载毁损的问题。 （3）自动跟踪控制子系统 自动跟踪子系统主要是由控制电路与信标接收机构成的反馈电路。 自动跟踪是指天线收到卫星所发射的信标信号驱动跟踪系统是天线自动的对准卫星。本设计采用的是步进跟踪的方式，即按一定的时间间隔，使天线在方位或俯仰内一个微小的角度作阶跃式转动，由信标接收机计算接受电平强度，控制电路判断电平的增减。如果接受电平增加了，则控制天线沿原方向继续转动一个微小的角度；如果接受电平减少，则控制天线向反方向转动。俯仰方向和方位方向依次重叠交替进行，这样就能使天线波束逐步对准卫星。 3.3 结束语 目前该天线自动控制系统已经在我公司车载天线种得到了广泛了应用，使用效果良好，对星快速准确方便。