CN117335862A - 一种c频段小型化低功耗便携式通信终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种C频段小型化低功耗便携式通信终端，包括：射频单元，用于接收和发射卫星通信信号，其工作频带为C频段；所述通信终端的发射功率不大于5W。本发明的技术能够显著降低C频段通信终端的尺寸，显著降低C频段通信终端的功耗，在上述两点效果基础上，能够拓展C频段通信终端的使用场景，发展出可用资源更丰富的手持低功耗卫星通信终端设备。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通讯技术领域，特别是涉及一种C频段小型化低功耗便携式通信终端。
背景技术
卫星通信终端目前有传统卫星终端和便携式终端两种类型。
传统卫星终端主要包括：①固定式终端：固定式终端天线直径通常在1.2至3.8米之间，用于固定非移动的场景。相对于多数便携终端，固定式终端价格更低，并且通常为手动对星。在应急场景下，大型天线拥有更高的收发吞吐量，非常适合支持本地指挥控制中心业务(包括CCTV、EMS和GIS)。操作员可以收集和分析从其他站点接收到的音频、视频和数据，并协调向现场急救人员和前线人员发出指令和调度。②便携式终端：便携式卫星通信终端典型的天线直径为0.6至2.4米，重量一般在10多公斤至100公斤以内，可以手动对星，同时具有自动对星能力。便携式终端轻巧、易于携带、组装迅速，在容灾场景是很好的选择。急救人员可以快速部署便携式终端，与指控中心建立通信连接。便携式终端还可以直接连接到前方指挥部，以便使用Mesh宽带连接或PDT终端对现场人员进行本地调度。③车载终端，包括静中通和动中通：静中通天线系统安装在车辆上，在运输过程中处于收起状态，一旦车辆到达目的地，天线就会自动部署；静中通终端的天线通常为1.0至1.8米；静中通终端非常适合于移动指挥，将卫星通信天线安装在车辆顶部，而基带设备、专网设备以及其他组网设备安装于车辆内部。车载动中通终端天线更小，吞吐能力较低。天线的直径通常为0.45至0.9米；动中通终端会自动捕获和跟踪卫星，并且在车辆行驶过程中能保持正常的语音、数据和视频通信。④海事终端:海事终端设计用于海上各种船只，天线的直径通常为0.6至1.5米。与上文所述的动中通终端一样，海事终端会在船只航行期间自动捕获和跟踪卫星并保持通信。
便携式终端也即小型化的手持卫星终端。手持卫星终端在使用灵活、结构简单、体积小、重量轻等方面具有显而易见的优势。随着卫星通信技术的发展，卫星通信的应用开始面向小型用户迅速普及，手持卫星终端以其便捷和人性化的优点，具有广泛的市场前景。在特殊应用领域，手持终端受益于其体积小、携带方便的特点，可以在减轻装备负重的同时保证前线通信的高效、便捷，确保前线人员无论在何地都能保持联系，有助于一些关键信息的传递，产生有利的战略影响；同时，依托于其强大的稳定性、可移植性，手持终端在民用领域同样有着巨大的潜力，在航海定位、导航，搜救，气象监测方面，借助于便捷的移动终端操作，可以有效提高海事作业效率，在遇到自然灾害时，可以在极端自然条件下提供搜查、定位能力，保障人民的生命财产安全。
近年来，全球卫星移动通信市场取得了巨大发展，Iridium、Inmarsat、Thuraya和天通等商用卫星移动网络表现出了巨大的市场潜力，国内外卫星移动通信手持终端性能比较如表所示
表1：国内外卫星移动通信手持终端性能
由此可见，当前卫星通信领域的小型化手持终端主要使用S、L等频段。C频段是指频率在4-8GHz的无线电波频段，是一个综合性能比较好的电磁波频段。相比于S、L等频段，C频段由于频率相对较低，可以提供更广阔的信号覆盖范围，而且不容易受天气影响，因此具有更加广泛的和重要的应用。但是，目前在C频段卫星通信领域，尚无成熟可用的小型化终端(如手持终端)，C频段小型化终端的应用和普及主要受制于其通信终端设备的庞大体积和巨大功耗。
因此，C频段小型化卫星通讯终端成为当前研究的一个热点和难点。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了如下技术方案：
一种C频段小型化低功耗便携式通信终端，其特征在于，包括：射频单元，用于接收和发射卫星通信信号，其工作频带为C频段；所述通信终端的发射功率不大于5W。
根据本发明的实施方案，其中所述射频单元包括天线阵列，所述天线阵列为2*2阵元的微带天线，其水平极化，增益优于9dBi，尺寸不超过10cm*10cm。
根据本发明的实施方案，其中所述便携式通信终端是手持通信终端。
根据本发明的实施方案，其中所述C频段小型化低功耗便携式通信终端还包括基带芯片，所述基带芯片包括CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和接口模块。
根据本发明的实施方案，其中所述射频单元还包括射频芯片，在发射端，用以调整信号的功率、频率和调制方式，并将信号发送到天线阵列进行无线传输；在接收端，射频芯片将接收到的射频信号转换为基带信号，传输给基带芯片进行解调和处理。
根据本发明的实施方案，其中所述基带芯片采用DVB-S2X或5G-NTN协议进行调制解调、信道编码，采用DVB-S2X VLSNR协议和扩频通信技术，以解决极低信噪比下通信问题。
根据本发明的实施方案，其中所述基带芯片支持CDMA通信技术。
根据本发明的实施方案，其中所述通信终端编码增益高于7dB、接收灵敏度优于-125dBm。
根据本发明的实施方案，其中所述通信终端重量小于1000g，优选小于500g。
本发明提供的C频段小型化低功耗便携式通信终端，具有如下
有益效果：
(1)显著降低C频段通信终端的尺寸；
(2)显著降低C频段通信终端的功耗；
(3)在上述两点效果基础上，拓展C频段通信终端的使用场景，发展出可用资源更丰富的手持低功耗卫星通信终端设备。
附图说明
图1为本发明实施方案的C频段小型化低功耗便携式通信终端结构框图；
图2为本发明实施方案的C频段小型化低功耗便携式通信终端的阵列天线方向图；
图3-6为本发明实施方案的C频段小型化低功耗便携式通信终端的阵列天线的增益图；
图7为本发明实施方案的C频段小型化低功耗便携式通信终端的功率谱密度影响仿真分析图。
具体实施方式
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
图1为本发明实施方案的C频段小型化低功耗便携式通信终端结构框图。如图所示，实施方案的通信终端可以包括射频单元以及基带芯片。
射频单元用于接收和发射卫星通信信号，其工作频带为C频段。如图所示，射频单元可以包括天线阵列以及射频芯片。实施方案的天线阵列可以为2*2阵元的微带天线，其水平极化，增益优于9dBi，尺寸不超过10cm*10cm。射频芯片在发射端，用以调整信号的功率、频率和调制方式，并将信号发送到天线阵列进行无线传输；在接收端，射频芯片将接收到的射频信号转换为基带信号，传输给基带芯片进行解调和处理。
射频芯片通常可以包括传送接收器、低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA)、带通滤波器(BPF)、合成器、混频器(Mixer)等。通常可以由砷化镓晶圆制作的MESFET、HEMT组件，或硅锗晶圆制作的BiCMOS组件，或硅晶圆制作的CMOS组件组成。
图2为本发明实施方案的C频段小型化低功耗便携式通信终端的阵列天线方向图，图3-6为本发明实施方案的C频段小型化低功耗便携式通信终端的阵列天线的增益图。参考附图，本发明实施方案的天线可以为2*2阵元的微带天线，尺寸不超过10cm*10cm，例如可以为8cm*8cm，以水平极化方式，能够实现优于9dBi增益。
所述基带芯片可以包括CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和接口模块等等。图中方案示出了调制解调器、基带处理单元、网络控制单元以及接口单元等。基带芯片是用来合成即将发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码。具体地说，就是发射时，把语音或其他数据信号编码成用来发射的基带码；接收时，把收到的基带码解码为语音或其他数据信号，它主要完成通信终端的信息处理功能。更具体地，基带芯片可以用来进行数码信号的压缩/解压缩、频道编码/解码、交错置/解交错置、加密/解密、格式化/解格式化、多任务/解多任务、调变/解调，以及管理通讯协定、控制输入输出界面等运算工作。
CPU处理器对整个移动平台进行控制和管理，包括定时控制、数字系统控制、射频控制、省电控制和人机接口控制等。若采用跳频，还应包括对跳频的控制。同时，CPU处理器能够完成终端所有的软件功能，例如通信协议的物理层、数据链路层、网络层、人-机接口和应用层软件等。
信道编码器主要完成业务信息和控制信息的信道编码、加密等，其中信道编码包括卷积编码、FIRE码、奇偶校验码、交织、突发脉冲格式化等。
数字信号处理器可以完成信道均衡和基于规则脉冲激励-长期预测技术的语音编码/解码。调制/解调器主要完成系统所要求的调制/解调方式。
接口部分可以包括模拟接口、数字接口以及辅助接口等子块；例如模拟接口可以包括；语音输入/输出接口；射频控制接口。辅助接口可以包括电池电量、电池温度等模拟量的采集。数字接口可以包括；系统接口；SIM卡接口；测试接口；EEPROM接口；存储器接口；ROM接口等等。
在实施方案中，所述基带芯片可以采用DVB-S2X或5G-NTN协议进行调制解调、信道编码，采用DVB-S2X VLSNR协议和扩频通信技术，以解决极低信噪比下通信问题。另外，所述基带芯片可以采用CDMA通信技术。
图7为本发明实施方案的C频段小型化低功耗便携式通信终端的功率谱密度影响仿真分析图。本发明实施方案的通信终端利用天线组阵、低信噪比调制与编码方式以及合适的接入体制(例如CDMA)的组合实现了小型化和低功耗。例如实施方案的通信终端能够实现高于7dB编码增益、接收灵敏度优于-125dBm，发射功率不超过5W，通信终端重量可以小于1000g，甚至小于500g。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种C频段小型化低功耗便携式通信终端，其特征在于，包括：射频单元，用于接收和发射卫星通信信号，其工作频带为C频段；
所述通信终端的发射功率不大于5W。
2.根据权利要求1所述的C频段小型化低功耗便携式通信终端，其特征在于，所述射频单元包括天线阵列，所述天线阵列为2*2阵元的微带天线，其水平极化，增益优于9dBi，尺寸不超过10cm*10cm。
3.根据权利要求1所述的C频段小型化低功耗便携式通信终端，其特征在于，所述便携式通信终端是手持通信终端。
4.根据权利要求1所述的C频段小型化低功耗便携式通信终端，其特征在于，还包括基带芯片，所述基带芯片包括CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和接口模块。
5.根据权利要求1所述的C频段小型化低功耗便携式通信终端，其特征在于，所述射频单元还包括射频芯片，在发射端，用以调整信号的功率、频率和调制方式，并将信号发送到天线阵列进行无线传输；在接收端，射频芯片将接收到的射频信号转换为基带信号，传输给基带芯片进行解调和处理。
6.根据权利要求4所述的C频段小型化低功耗便携式通信终端，其特征在于，所述基带芯片采用DVB-S2X或5G-NTN协议进行调制解调、信道编码；采用DVB-S2X VLSNR协议和扩频通信技术。
7.根据权利要求4所述的C频段小型化低功耗便携式通信终端，其特征在于，所述基带芯片采用CDMA通信技术。
8.根据权利要求4所述的C频段小型化低功耗便携式通信终端，其特征在于，所述通信终端编码增益高于7dB、接收灵敏度优于-125dBm。
9.根据权利要求1所述的C频段小型化低功耗便携式通信终端，其特征在于，所述通信终端重量小于1000g，优选小于500g。
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