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軌位的“強大”之路 發布時間:2019/6/28 11:08:00

亞洲衛星公司是致力于軌位強化的先驅。通過有效的利用珍貴、稀缺的軌位資源,結合越來越先進的地面技術,我們一直為亞太地區的客戶提供優質、可靠、穩定的通信服務。

 

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亞洲6號衛星定點于東經120度,為國內高清電視服務提供功率強大的傳輸平臺

 

空間的前沿探索

亞洲衛星已成立30周年,在過去的30年里,我們一直積極與世界先進的衛星制造商合作,按照亞太市場的業務需求定制衛星。

在傳統衛星固定業務(FSS)的衛星設計中,軌位“強化”是指利用衛星有效載荷發射的射頻(RF)功率來實現最佳的服務覆蓋。

為實現覆蓋區域的優化,最重要的是確定RF功率的覆蓋區域和在此區域內的最佳RF功率。 這兩個關鍵點將直接影響衛星天線的設計,及有效載荷中最優高功率行波管放大器(TWTA)的選取。另一方面,客戶的需求及航天技術的創新也將直接推動覆蓋區域和RF功率的優化。

 

技術演進推動對性能進步

在衛星通信中,TWTA的選取至關重要,它將直接決定衛星的傳輸性能,而衛星有效載荷中TWTA的性能則取決于以下重要參數:

1)質量功率比

2)直流功率效率

3)可靠性

4)線性度和增益平坦度

5)冷卻方式

6)溫度和力學環境

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l 【質量功率比】和【直流功率效率】直接決定了航天器質量、太陽能電池板、電池單元及機械結構,從而影響了運載火箭的選定,最終影響衛星項目的總成本。 目前,C波段TWT的質量功率比可達到小于6g/W [1],直流功率效率超過65%。

l 【可靠性】決定了在軌衛星在其使用壽命周期內所需的備件數量,可用轉發器的壽命,以及為客戶提供的服務質量。從20世紀70年代早期至今,憑借無可比擬的可靠性優勢,TWTA而非SSPA(固態功率放大器),成為了衛星固定業務中主力軍,且在未來一段時期內TWTA仍將繼續保持優勢。

l 【線性度】和【增益平坦度】是現代數字通信中多載波應用的關鍵指標,將直接影響最終用戶的體驗,特別是對使用高階調制和編碼(MODCOD)方式的VSAT系統和單路單載波(SCPC)的應用。

l 【TWTA冷卻方式】包括輻射冷卻和傳導冷卻。傳導冷卻方式占用較少的有效載荷空間,從而實現更加有效、緊湊的設計,但其成本相比輻射冷卻方式更高。

l 【溫度和力學要求】決定衛星平臺的設計,因此,溫度和力學環境參數將影響航天器的總體成本、進度和性能。

 

從低功率自旋穩定到高功率三軸穩定平臺

回顧亞洲一號衛星時代,亞洲一號衛星由休斯公司制造,采用雙旋轉穩定平臺,于1990年成功發射,其有效載荷中C波段TWTA支持8.2 W的輸出功率,效率低于40%。

 

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亞洲一號衛星集成的電子功率調節器(EPC)和行波管(TWT)支持8.2 W輸出功率,是20世紀90年代亞洲性能最好的衛星之一

 

亞洲一號衛星是為亞洲地區提供C波段衛星商業服務的先驅,是該地區第一顆商用通信衛星,在早期一度作為亞太地區性能一流的衛星而備受矚目。

1995年亞洲二號衛星成功發射,由此進入了亞洲二號衛星時代,這是一顆由洛克希德馬丁公司制造的功能強大的三軸穩定衛星,其C波段轉發器配備的TWTA輸出功率已增至55W,并且其Ku波段轉發器還配備了115W的TWTA和賦形天線,這在亞洲地區尚屬首例。亞洲二號衛星所有轉發器的TWTA都配備了線性化器,這種改進在多載波應用中可提高1.5dB的輸出功率,大大促進了多載波應用的推廣。

現在,秉承為亞洲地區提高優質服務的亞洲衛星已邁入了第四個十年。2014年成功發射的亞洲六號衛星,2017年成功發射的亞洲九號衛星全部由勞拉空間系統公司制造,且配備的C波段TWTA輸出功率已上升至最高110W。亞洲八號衛星上配備了210W輸出功率的Ku波段TWTA,以上都是當前地球同步衛星中的最高功率記錄。

 

增加空間RF功率以降低地面成本

增加衛星功率(EIRP)能夠顯著降低地球站的配置及規模。在模擬衛星通信時代,標準的A類地球站C波段天線尺寸通常超過30米,以獲得大于40.7dB/K的G/T值。后期,天線尺寸縮小到15至18米,G/T > 35dB/K。現在,用戶使用不超過3.7米的天線,G/T > 22dB/K,即可享受優質、可靠的C波段衛星服務。

在過去的二十年,除了RF功率的增加以外,地面數字通信技術發展迅速,極大的推動了衛星通信技術。在20世紀90年代中期,DVB-S系統結合MPEG-2標準的推出與應用,推動了亞洲首套數字電視節目頻道的出現,這是亞洲地區數字廣播的首次應用。此后,一系列的歐洲頻道陸續出現,為亞洲的數百萬觀眾提供數字廣播服務。

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亞洲五號衛星配備了高功率的Ku波段轉發器,支持機上寬帶通信服務


數字技術的演進

應用開放的DVB-S標準可將IP數據流封裝在衛星鏈路中,這開啟了數字衛星服務的新篇章,實現了以dB為單位的鏈路余量轉換為以Mbps的數據容量。

2004年,DVB-S2標準作為DVB-S標準的下一代正式推出,它具有更加先進的前向糾錯(FEC)算法,可實現比DVB-S標準高出約30%的頻譜性能,從而節省更多的轉發器功率和帶寬,為最終用戶節省成本。

更重要的是,DVB-S2還支持可變編碼調制(VCM)和自適應編碼調制(ACM),進一步為用戶提供在時間和空間兩個層面上的數據容量管理,并顯著增強衛星數據業務的靈活性和可用性。

2014年,DVB-S2標準的擴展版本DVB-S2X標準正式發布,支持低至-10 dB的極低C/N,同時具有粒度更精細的編碼和調制方式(MODCOD),最高可達256 APSK。在規模不斷擴大的動態運營模式下,采用DVB-S2X標準可在時間、頻率和空間中獲得更加平滑的數據速率。地面“數字功率強化”和空間“RF功率強化”的相互結合極大地促進了大規模復雜衛星網絡的系統設計和部署。

 

高通量衛星(HTS)系統

展望未來,亞洲衛星正積極準備推出自己的下一代高吞吐量衛星(HTS)系統。新興的HTS系統可提供價格合理的寬帶容量,這將會吸引越來越多FSS用戶的關注。成功的HTS網絡系統設計需要在整合空間“RF功率”優化與地面“數字功率”優化方面投入更多精力。

經過對HTS技術進行了廣泛、深入的研究,亞洲衛星已提交、獲得多個關于HTS設計、部署和運營的創新專利,例如:

1) US9425888B2,Methods and systems for providing high-speed connectivity to aircraft,這是一個應用點波束及區域波束提供高速IFC覆蓋的專利。

2) US10050698B2,Methods and systems for improving spectrum utilization for satellite communications,該專利是關于HTS系統和其他衛星系統中優化保護頻帶和非對稱Ku波段下行鏈路的專利。

3) US10291317B2,Dual-band communication satellite system and method,該專利涉及如何配置多波段點波束以優化HTS有效載荷的設計,從而滿足用戶的多種需求。

4) US10291315B1,Methods and systems for operating a high throughput satellite,該專利提出了一種數字HTS系統的重要運營方式。

 

亞洲衛星將繼續在空間和地面領域的探索創新,以滿足并超越客戶的期望,希望通過我們的服務助力客戶走向成功。

 

總結

亞洲衛星是一家在衛星通信業務領域中不斷創新和投入的公司,我們將繼續支持并利用空間和地面不斷發展的先進的傳輸、調制、壓縮及其他數字技術,不斷完善,致力于客戶享受性能優越、穩定可靠、便捷易用的服務和產品。

 

 

參考文獻

1. Kornfeld G. and Bosch E. 2001. “From History to Future of Satellite TWT Amplifiers”, Frequenz, 55: 258–262.

 


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