Giriş

Bu makale, alçak Dünya yörüngesine (LEO) uydu dağıtımlarını yönlendiren temel pazar eğilimlerini tanıtıyor. Bir LEO uydu sisteminin temel işleyişini tartışacak ve yeni nesil Ku ve Ka bant LEO kullanıcılarını ve yer terminallerini mümkün kılan yarı iletken RFIC ilerlemelerinden bazılarını sunacak.

LEO Bağlantısı—Başarıya Giden Yol

Uydu iletişimi (satcom), ses, video ve veri aktarımı için yerleşik bir araçtır ve sabit ekvator yörüngesi (GEO), orta Dünya yörüngesi (MEO) ve LEO adı verilen hakim yörüngeler boyunca çok çeşitli kullanım durumlarında kullanılır. Satcom, navigasyon, hava durumu bilgileri, TV yayını, ses ve veriler için GPS ile iletişim kurmanın etkili bir yolu olarak görülüyor ve aynı zamanda görüntüleme ve bilime dayalı uygulamalar için de kullanılıyor. Bununla birlikte, LEO uydu takımyıldızları etrafında vaat edilen yeni bir yüksek hızlı internet bağlantısı dalgası planlanıyor. Bu, yeni nesil internet iletişimleri için düşük gecikme süreli, yüksek kapasiteli geniş bant bağlantısı sağlayacak.

LEO uyduları, 5G hücresel bağlantının devam eden sunumunda önemli bir rol oynayacak. Uydu ağları 3GPP standardizasyonuna giderek daha fazla dahil oluyor ve bunların geleceğin ağlarında beklenen rolü geliştirme aşamasındadır. 2017 yılında 3GPP standartları bünyesinde 5G bağlantısı kapsamında satcom ağlarının fizibilitesinin anlaşılmasına yönelik çalışmalar başladı. 15GPP standardının 16, 17, 18 ve 3. sürümleri aracılığıyla, bu ağların entegrasyonunu desteklemek için çeşitli etkinlikler geliştirildi. LEO uyduları, yetersiz hizmet verilen alanlara geniş alan kapsama alanı sağlayabilir, hareket halindeki insanlar için hizmet sürekliliği sağlayabilir, makineden makineye (M2M)/Nesnelerin İnterneti (IoT) cihazlarına bağlanabilir ve 5G için dikkate değer bir yükseltme yolu olabilir. uygun maliyetli bir şekilde.

Yeni nesil LEO sistemleri, Dünya yüzeyinden 500 km ila 2000 km yükseklikte yörüngede olacak ve geçmişin uydu ağlarına teknik açıdan üstün bir çözüm sunacak. Dünya'ya bu kadar yakın olmak, daha düşük gecikmeli bağlantılar sunacakları anlamına gelir; bu da tüketici veya iş amaçlı kullanım durumları (örneğin, internet oyunları veya endüstriyel/tıbbi ekipmanların gerçek zamanlı kontrolü) için önemlidir. LEO uyduları yaklaşık 50 ms gecikme süresi sağlamalıdır (ve bu, yeni nesil teknolojiyle <20 ms'ye kadar artacaktır), örneğin GEO 700 ms'dir.

LEO uydularının önemli bir özelliği, alçak yörünge nedeniyle radyasyona maruz kalmalarının çok daha düşük olmasıdır. Bu önemlidir, çünkü pahalı ve bazen engelleyici radyasyonla sertleştirilmiş testlerin gevşetilebileceği anlamına gelir. Bir LEO uydusu inşa etme maliyeti artık büyük ölçüde azaldığı için bu, ölçek ekonomisi yaratacaktır. Daha az radyasyon, yarı iletken süreçlerin ve dolayısıyla kullanım bileşenlerinin daha geniş kullanılabilirliği anlamına gelir.

Daha düşük yörünge göz önüne alındığında, beklenti çok daha fazla sayıda uydunun konuşlandırılması yönünde. Bu tür uyduların ortalama ömrü önceki kullanım durumlarına göre çok daha kısa olacaktır; belki 5 ila 8 yıl sonra bu uydular yörüngeden çıkacak ve değiştirilmeleri gerekecek. LEO uydularının, yedeklerin fırlatılması ve yeniden başlatılması için uygun maliyetli olması gerekir.

Tüm bu trendler, LEO geniş bant bağlantı iş senaryosunun güçlü görünmeye başlamasıyla endüstri gözlemcilerinin dikkatini çekiyor. 1990'lı yılları hatırlarsak, bu internet girişimi birçok şirketin hedefiydi ancak yüksek kurulum maliyeti ve sınırlı talep nedeniyle ne yazık ki başarısızlıkla sonuçlandı. Günümüze hızlı bir şekilde ilerlersek, yarı iletken teknolojisinde benzeri görülmemiş bir performans ve entegrasyon sağlayan dikkate değer ilerlemeler görüyoruz. Daha kırsal veya yetersiz hizmet alan ortamlarda yüksek hızlı, düşük gecikmeli internet bağlantısına yönelik artan talep ve satcom'un 5G standartlarına entegrasyonu ile birleştiğinde, geleceğin LEO takımyıldızları başarı için çok daha iyi bir platformda yer alıyor.

Bu yazının yazıldığı sırada, kullanıcıların maksimum 100 Mbps'lik uydu-yer bağı veri hızlarına ulaşabilmeleri bekleniyordu ve bu, gelecekte çok kullanıcılı, tam zamanlı video akışı için ideal olan 150 Mbps'ye kadar çıkabilir.

LEO ile ilgili zorluklardan biri, uyduların sürekli hareket eden doğasıdır; takımyıldızın gerçekten minimum düzeyde uygulanabilir bir hizmet haline gelmesi için tamamen konuşlandırılması gerekir. Bu, düşük yörüngeleri göz önüne alındığında LEO uydularının sayısı daha fazla olduğundan başlangıç ​​masrafının yüksek olduğu anlamına gelir. Ancak yine de bu, şu anda başarıya engel olacak gibi görünmüyor ve her yerde kapsama alanı yatırımcılar için güçlü bir iş durumu.

LEO Uydu Sistemi Nasıl Çalışır?

LEO satcom sistemleri Şekil 1'de gösterildiği gibi üç ana bileşenden oluşur.

Kullanıcı Terminalleri/Kullanıcı Ekipmanı (UE)

Bunlar, kullanıcı ile uydu arasındaki doğrudan bağlantıdır ve genellikle evlerde bulunan, düşük maliyetli, kurulumu kolay terminallerdir, ancak aynı zamanda mobil terminaller de olabilir (örneğin, denizcilik, hareket halindeyken satcom, taktik sırt çantası radyoları). Kullanıcı terminalleri, malzeme listesini (BOM) basitleştirmek, maliyeti düşürmek ve küçük form faktörünü korumak için yüksek düzeyde IC entegrasyonundan yararlanır.

Yer İstasyonları/Ağ Geçidi

Bunlar sunuculara (internet bağlantısı için veri merkezlerine) genellikle fiber üzerinden yapılan yer bağlantılarıdır ve uyduyu yere bağlarlar. Dünya çapında sabit konumlara konuşlandırılırlar.

uydular

Uydu gruplarına takımyıldızlar denir ve bunlar Dünya'nın yörüngesinde dönerek hem terminalleri hem de ağ geçitlerini birbirine bağlamak için eşzamanlı bağlantılar sağlar.

LEO uyduları uzayda hareket eder ve tipik olarak tek bir uydu, yörünge periyodu olarak adlandırılan 90 ila 110 dakika arasındaki bir sürede Dünya'nın etrafında döner. Bu nedenle uyduya bağlanan kullanıcı yalnızca kısa bir süre (20 dakikaya kadar) o uydunun kapsama alanında olacaktır. Yani ortalama bir kullanıcı normal çalışma sırasında birden fazla uyduya bağlanıyor olacaktır. Bu nedenle, hareket halindeki bir arabada cep telefonunu kullanan bir kişinin hücresel ağdaki bir baz istasyonunu diğerine dağıtması gibi, sistemin kullanıcılarının da menzile giren diğer uydulara dağıtılması gerekir. Bu, en uygun uyduyla en iyi bağlantıyı sürdürmek için ışınların nasıl yönlendirileceği konusunda katı gereksinimler getirir.

Bir başka ilginç gelişme ise, bir uydu sisteminin yer istasyonunun menzili dışında kaldığında nasıl çalışmayı sürdürdüğüdür. Şekil 1'de yer istasyonuna bağlantı hızını etkileyebilecek bazı olumsuz hava koşullarını gösteriyoruz. Geleneksel olarak uydular bükülmüş boru kullanır; bu, uydunun her zaman Dünya'ya bir bağlantı yolu bulması gerektiği veya uzaydaki başka bir uyduya geri sıçrama görevi görecek başka bir araç (uçak) bulması gerektiği anlamına gelir; bu daha sonra bir yer istasyonunun menzilinde olabilir. Yeni bir teknik, uyduları birbirine bağlamak için uzayda optik veya V ve E bant bağlantılarını kullanan uydular arası bağlantılardır.

Kullanıcı Terminali Yukarı/Aşağı Dönüştürücülerdeki Gelişmeler

Kullanıcı terminalleri önemli düzeyde IC entegrasyonu sağlıyor ve Analog Cihazlar, silikon proses teknolojisinin performansından ve entegrasyon yeteneğinden yararlanarak bu talebe yanıt veriyor. Bu çözümler, en düşük güç tüketimini ve radyo başına optimum maliyete sıkı sıkıya bağlı kalarak, en küçük form faktörlü radyo terminalini mümkün kılmak için en yüksek düzeyde IC entegrasyonunu gerektirir.

Yukarı/aşağı dönüştürücüler (UDC'ler), kullanıcı terminallerindeki temel bir üründür ve modem IF veya temel bant bilgilerini doğrudan Ku bandına veya Ka bandına bağlarlar.

RFIC UDC'lerin frekans kapsama hedefleri şunlardır:

• Ku bandı: ~10.7 GHz ila ~14.5 GHz
  • Downlink (uydudan yere): 10.7 GHz ila 12.7 GHz
  • Uplink (yerden uyduya): 14 GHz ila 14.5 GHz
• Ka bandı: ~18 GHz ila ~31 GHz
  • Downlink (uydudan yere): 17.7 GHz ila 21 GHz
  • Uplink (yerden uyduya): 27 GHz ila 31 GHz

Uydudan kullanıcı terminaline olan iletişim iki ayrı frekans bandını kullanacak şekilde uydudan uyduya bağlantı ve yukarı bağlantı frekans olarak ayrılmıştır. Bu nedenle RFIC şirketlerinin her kullanıcı terminalini ayrı bantlar için yukarı ve aşağı dönüştürücü olarak tasarlaması gerekir.

Yukarı bağlantı ve aşağı bağlantıya bağlı olarak, kullanıcı terminal bağlantıları tipik olarak 125 MHz ila 250 MHz kanal bant genişliklerini (BW) kapsar ve ağ geçitleri ise 250 MHz ila 500 MHz arasını kapsar. Ancak bazı dağıtımlar, kullanıcı ve ağ geçidi bağlantıları arasında paylaşılan bir bant genişliği özelliğine sahiptir, dolayısıyla kanal bant genişliği, çalıştıkları frekanslara göre yeniden yapılandırılabilir.

LEO uyduları Şekil 1'de gösterildiği gibi sürekli hareket etmektedir. Bu nedenle, terminal içindeki yukarı/aşağı dönüştürücü frekans sentezleyicisinin kesintisiz bağlantı için hızlı kilitlenme sürelerine ulaşması gerekir. Sentezleyiciler frekansın yukarı ve aşağı dönüştürülmesine yardımcı olmak için kullanılır. Havadaki frekans operasyonel bantlar (yani Ka ve Ku bantları) içinde bir uydudan diğerine sürekli olarak değiştiğinden, terminalin operasyon sırasında farklı uydulara bağlanıp yeniden bağlanmasını sağlamada hayati bir rol oynarlar.

ADI, boyut, ağırlık, alan, güç ve maliyet (SWaP-C) sorununu çözmek için kullanıcı terminallerini hedef alan bir Ku ve Ka bant UDC ailesi geliştirmiştir. Bu UDC'ler, filtreler, amplifikatörler, zayıflatıcılar, PLLVCO'lar ve güç algılama gibi kapsamlı RF ve IF sinyal koşullandırmasını içerir. Tüm IC'ler, bir kullanıcı terminalinin sinyal zinciri performansı göz önünde bulundurularak özel olarak tasarlanmıştır. ADMV4630/ADMV4640, uydu modeme IF arayüzünü destekleyen Ku bant UDC'lerdir ve tablolarda gösterilen IC performansının önemli noktalarıyla birlikte şekil 2 ve 3'te gösterilmektedir.

Daha yüksek frekanslı Ka bandı için ADI, I/Q temel bant arayüzü gerektiren satcom modemlerini destekleyen ADMV4530/ADMV4540 UDC'leri (Şekil 4 ve Şekil 5) geliştirmiştir. ADMV4530 yukarı dönüştürücünün, IF arayüzünü de destekleyebilen çift modlu bir cihaz olduğunu unutmayın. Silikonla tasarlanan bu çözümler, bu yüksek hacimli terminal uygulamalarında görülen entegrasyon baskılarını yönetmek için en yüksek düzeyde entegrasyon sağlar.

Daha Yüksek Performanslı Terminal UDC'leri

Terminal pazarındaki bazı uygulamalar performans odaklıdır ve boyutları konusunda daha az kısıtlamaya ve en düşük maliyetli tasarım hedeflerine sahiptir. Ayrık RFIC çözümlerini kullanma özgürlüğüne sahiptirler. Bileşenlerin ayrı paketlerde tutulması, herhangi bir tasarım gereksinimini optimize etmek için MESFET, pHEMT, BiCMOS ve CMOS IC'leri içeren proses teknolojisinin bir karışımına olanak tanır. Ayrık tasarım, birçok türde performans ve boyut arasında değiş tokuş yapılmasına olanak tanıyarak tasarım sürecinde maksimum esneklik sağlar. Tasarımcılar, daha yüksek çıkış gücü sağlayan ve daha geniş bant genişliklerini destekleyen daha yüksek performanslı radyolar yaratabilirler. Ayrıca, dinamik aralığı geliştirmek için daha yüksek bir alıcı hassasiyeti ve geliştirilmiş sahte performans elde edilebilir. Yer istasyonlarının/ağ geçitlerinin de bu çözüm kategorisine girdiği unutulmamalıdır. Ağ geçitleri boyut olarak daha büyüktür ve kesinlikle terminal düzeyindeki aynı entegrasyon talepleri tarafından yönlendirilmez. Ağ geçitleri, performansı en iyi duruma getirilmiş çözümü pazara sunmak için farklı süreç teknolojilerinden yararlanır. ADI olarak, kullanım senaryolarına yönelik farklı çözüm portföyünü genişletmeye devam ediyoruz. Şekil 6 ayrı bir yüksek performanslı çözümü göstermektedir.

Elektronik Yönlendirilebilir Anten Kullanarak Kullanıcı Terminallerinin Maliyetinin Düşürülmesi

Şirketler, geleneksel olarak ekipmanı monte eden ve uydu konumunu belirleyen profesyonel bir yüklenicinin getirdiği pahalı kurulum maliyetini ortadan kaldırarak, kullanıcı terminallerinin dağıtım maliyetini düşürmeye odaklanıyor. Bu, antenin iletişim bağlantısını tek bir dış ünitede (ODU) işlemek için gereken tüm elektronik parçalarla (örneğin, faz kaydırma elemanları, RFIC UDC'ler) birleştirilmesiyle elde edilir. ODU evin dışında bulunan ve gökyüzünü hedefleyen anten dizisidir. Bir iç ünite (IDU) ODU'ya bağlanır ve kullanıcıya (örneğin PC veya telefon) internet bağlantısı sağlamak için geleneksel bir yönlendirici (kablolu veya kablosuz) işlevi görür.

Daha önce de belirtildiği gibi, LEO takımyıldızları yer terminalinin görüş alanına giren ve çıkan birçok uyduya sahip olacaktır; bu nedenle, gönderme ve alma ışınını elektronik olarak yönlendirerek yüksek yönlülük sağlayabildiği için elektronik yönlendirilebilir anteni (ESA) kullanmak çok daha verimli olacaktır. uydu yönünde enerji. Böylece, uydular kullanıcı terminalinin görüş alanına girip çıktıkça uydular arasında neredeyse anında geçiş yapılarak bir uydudan diğerine en iyi bağlantı korunur. Aslında, yörünge periyodunu ve normal operasyon sırasında bağlanması gereken uydu sayısını düşündüğünüzde ESA adeta bir zorunluluktur.

Bu zorluğun üstesinden gelmek için ADI, Ku bant ışın oluşturan entegre devre (BFIC) teknolojisini geliştirdi. ADMV4680, yarı çift yönlü kanalların sinyalin kazancını ve fazını bağımsız olarak kontrol etmesine olanak tanıyan, kullanıcı terminalleri için tasarlanmış silikon bir çözümdür. Dikkat çekici olan, bu entegrenin boyutunun sadece 8.2 mm olmasıdır.² Şekil 7'te gösterildiği gibi.

Genel radyo maliyetini en aza indirmek için BFIC teknolojisinin geliştirilmesinin özü, sistem ve dizi uzmanlığıdır. Yığınlama ve katman sayısını içeren mekanik montaj ve PCB tasarımı, radyo maliyet etkeninin bir parçasıdır. BFIC, mekanik ve PCB tasarımları göz önünde bulundurularak geliştirildiğinde minimum genel radyo maliyeti yaratılır. ADI'de müşterilerle yakın işbirliği içinde çalışıyoruz ve bu konuda yardımcı olacak şirket içi PCB uzmanlarına sahibiz. Aslında entegre devre tasarımı ve son konfigürasyon, sistem dengeleme çalışmasının bir parçasıdır.

Hem LEO uydularını izlemek hem de bağlantı hızını optimize etmek için ESA'nın benimsenmesi, düşük maliyetli kuruluma olanak tanır ve bunlar genellikle tak ve çalıştırdır. ESA ve daha entegre dış ünitelere geçiş, kurulumu radikal bir şekilde basitleştiriyor ve sistemin maliyetini düşürüyor. ESA ayrıca daha düz bir panele ve estetik açıdan hoş tasarımlara olanak sağlıyor.

En yüksek performanslı terminal uygulamalarında çift parabolik yönlendirilmiş antenin kullanıldığını belirtmekte fayda var. Bu durumlarda maliyet ve estetik öncelikli etken değildir ve genel performans odak noktasıdır. Tüketici ve maliyet bilincine sahip küçük kurumsal çözümler söz konusu olduğunda ESA, sistem tasarım hedeflerini karşılarken en düşük radyo maliyetini elde etmenin açık ara en iyi yoludur.

Sonuç

LEO internet bağlantısı yeni ve heyecan verici bir alan ve uzay yarışı bugün çoğu hükümetin ve internet sağlayıcısının aklında. Dünya daha fazla bağlantılı olmaya devam ettikçe LEO, 5GPP standardının uzaydan kırsal konumlara olan bağlantısını daha da geliştirerek 3G'de önemli bir rol oynayacak. Kullanıcı terminallerindeki RFIC entegrasyon gereksinimi daha zorlu hale geliyor ve ADI bu alanda çözümler ve yol haritası IC'leri geliştirmeye devam ediyor.

Nezaket: Analog Cihazlar

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://www.eletimes.com/the-internet-from-space-rfic-advances-in-high-capacity-low-latency-leo-satellite-user-and-ground-terminals