لمحة عامة

وقد أصبحت تكنولوجيا الملاحة الساتلية تكنولوجيا لتحديد المواقع معتمدة على نطاق واسع في الأنشطة البشرية وتطورت بسرعة لتصبح صناعة ناشئة هي صناعة الملاحة وتحديد المواقع بواسطة السواتل. ونجحت الولايات المتحدة وروسيا في بناء نظامين عالميين للملاحة الساتلية هما النظام العالمي لتحديد المواقع والنظام العالمي لتحديد المواقع والنظام العالمي لسواتل الملاحة (غلوناس) على التوالي، ويقوم الاتحاد الأوروبي حاليا ببناء نظام غاليليو. في عام 2000، أطلقت الصين قمرين صناعيين لنظام بيدو للملاحة بالأقمار الصناعية (BDS)، مما يمثل طفرة في تكنولوجيا الملاحة بالأقمار الصناعية في الصين. وبذلك أصبحت الصين ثالث دولة في العالم تمتلك نظاماً مستقلاً للملاحة بالأقمار الصناعية.

وخلافاً للنظام العالمي لتحديد المواقع، يستخدم نظام بيدو للملاحة الساتلية نظام ملاحة نشط ثنائي الاتجاه. ويتألف نظام بيدو من قمرين صناعيين ثابتين بالنسبة للأرض ونظام تحكم مركزي ونظام معايرة وأجهزة مستخدمين مختلفة. يرسل نظام التحكم المركزي إشارات استعلام إلى القمرين الصناعيين، ثم يعاد إرسالها إلى المستخدمين في منطقة الخدمة. يستجيب المستخدمون لإشارة استفسار أحد القمرين الصناعيين ويرسلون ردًا إلى كلا القمرين الصناعيين، ثم يتم إعادة إرسالها إلى نظام التحكم المركزي. ويستقبل نظام التحكم إشارات المستخدم ويفك تشفيرها، ويعالجها وفقاً للخدمة المطلوبة.

وعلى الرغم من أن نظام الساتل من جيل بيدو يوفر قدرات اتصال، فإن طريقة تحديد المواقع النشطة تحد من عوامل مثل قدرة المستخدم ودقة تحديد المواقع والتخفي وتواتر تحديد المواقع. وبفضل التحسينات التي أدخلت على خوارزمية معالجة النطاق الأساسي لتحديد المواقع بواسطة الساتل من جيل بيدو لتحديد المواقع، تم الآن تحقيق تحديد المواقع السلبي باستخدام ثلاثة أقمار صناعية. وفي عام 2005، طورت الصين بنجاح أول جهاز استقبال سلبي لتحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية من الجيل الأول من سواتل بيدو I، والذي حل مشكلة تحديد المواقع السريع في الوقت الحقيقي بشكل مستقل. وهو يوفر خدمات الملاحة وتحديد المواقع في جميع الأحوال الجوية وبدقة عالية وفي الوقت الحقيقي للصين والمناطق المحيطة بها. ويوسع النضج المستمر لتحديد المواقع السلبي من جيل بيدو بشكل كبير من التطبيقات المحتملة لمنتجات محطات جيل بيدو.

يتمثل أحد التطبيقات الرئيسية لمنتجات محطات جيل بيدو الطرفية في مزامنة الوقت بجهاز استقبال واحد، وهو أمر ضروري للعديد من الصناعات، مثل محطات الاتصالات الأساسية وقطاعات الطاقة. وتعتمد هذه الصناعات حاليًا على النظام العالمي لتحديد المواقع لمزامنة الوقت، ولكن أصبح من الواضح بشكل متزايد أن اعتماد مزامنة الوقت باستخدام نظام بيدو سيكون هو الاتجاه، مع وجود طلب كبير جدًا.

رقاقة التردد اللاسلكي RNC2410: ابتكار رئيسي لتوليد بيدو

لتلبية الطلب في سوق أجهزة الاستقبال الأحادية من جيل بيدو من أجل تلبية الطلب في سوق أجهزة الاستقبال الأحادية من جيل بيدو، طورت شركة صينية رقاقة RNC2410 أحادية الاستقبال اللاسلكي من جيل Beidou RF أحادية الاستقبال RNC2410. يوفر RNC2410 أداءً فائقًا واستهلاكًا منخفضًا للطاقة وثباتًا عاليًا وحجمًا صغيرًا. لا يتطلب سوى عدد قليل من المكونات الخارجية لتحقيق وظيفة استقبال الترددات اللاسلكية لجيل بيدو، مما يقلل بشكل كبير من حجم المنتج وتكلفة النظام.

الميزات الرئيسية لجهاز RNC2410

RNC2410 عبارة عن شريحة مستقبل تردد لاسلكي (RF) مصممة لنظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية من جيل Beidou. تدمج الشريحة جميع وحدات قناة الاستقبال ومركبات التردد. توفر قناة جهاز الاستقبال كلاً من خرج الإشارة التناظرية وخرج الإشارة المحوسبة ADC، إلى جانب خرج ساعة أخذ العينات. مع عدد قليل من المكونات الخارجية، يمكن للرقاقة تحقيق وظيفة الاستقبال المطلوبة لأجهزة مستخدم Beidou. وهي تستخدم بروتوكول واجهة SPI القياسي للاتصال.

تعتمد الرقاقة هيكل تحويل التردد على مرحلتين. يقوم جهاز الاستقبال أولاً بتحويل إشارة التردد اللاسلكي إلى التردد الوسيط الأول (IF) من خلال دائرة التردد اللاسلكي الأمامية، ثم يقوم بتحويل التردد اللاسلكي الأول إلى خرج التردد اللاسلكي النهائي من خلال خلاط ثانٍ. ومع تخطيط التردد المناسب، يحسّن هذا الأمر بشكل كبير من إخماد الصورة وانتقائية القناة في جهاز الاستقبال. ولتعزيز تكامل الرقاقة وتقليل عدد المكونات الخارجية، تدمج الرقاقة مُركِّب تردد ومذبذبات متحكم في الجهد (VCOs) المقابلة، بالإضافة إلى حلقة مقفلة الطور (PLL) تستخدم لتوليد ساعة أخذ العينات ADC. توفر هذه الحلقة PLL أيضاً الساعة المرجعية لقسم النطاق الأساسي.

يتم استخدام مضخم كسب متغير مع تحكم متدرج بمقدار 1 ديسيبل في مرحلة IF، مما يضمن بقاء مستوى إشارة الخرج عند جهد تفاضلي من الذروة إلى الذروة يبلغ 1 فولت من خلال حلقة التحكم التلقائي في الكسب (AGC). يمكن أن يوفر RNC2410 كلاً من إشارات IF التناظرية والإشارات المكمَّمة ثنائية البت.

تطبيقات RNC2410

وبفضل تكاملها العالي، تبسط رقاقة RNC2410 تصميم النظام من خلال طلب الحد الأدنى فقط من الدوائر الطرفية لوظيفة الاستقبال. ويوضح الشكل 1 مخطط النظام لمحطة استقبال من جيل بيدو باستخدام شريحة RNC2410.

في الرسم التخطيطي، يوفر مضخم الضوضاء المنخفض (BDI LNA) لـ Beidou I كسبًا أكبر من 42 ديسيبل مع رقم ضوضاء أقل من 1.3 ديسيبل. يمكن الحصول على ADC من AD9283 من ADI أو منتجات مماثلة. يمكن تنفيذ النطاق الأساسي BDI باستخدام شريحة مخصصة أو FPGA.

نظرًا لأن مدخلات التردد اللاسلكي ل RNC2410 تفاضلية، ومقاومة خرج LNA أحادية الطرف (50 أوم)، فإن دوائر مطابقة المدخلات ضرورية. يتم استخدام موازن أحادي الطرف 50 أوم إلى تفاضلي 100 أوم مع شبكة T-تفاضلية للمطابقة المناسبة بين الموازن والرقاقة.

ولتحسين كبت الصورة وانتقائية القناة، يتم استخدام مرشح SAW عالي الانتقائية في أول IF، ويتم مطابقته وفقًا لذلك. يوفر RNC2410 واجهتين لقسم النطاق الأساسي: توفر إحداهما خرج IF التناظري الذي يتم أخذ عينات منه بواسطة ADC خارجي لإنتاج إشارة كمية للنطاق الأساسي، بينما توفر الأخرى خرج IF كمي بدقة 2 بت، يتم إرسالها مباشرة إلى النطاق الأساسي.

تُظهر نتائج اختبار محطة Beidou I الطرفية باستخدام RNC2410 حساسية استقبال أعلى من -157.6 ديسيبل ميلي واط.

خاتمة

إن RNC2410 عبارة عن شريحة تردد لاسلكي تم تطويرها بشكل مستقل لنظام بيدو للملاحة عبر الأقمار الصناعية. وهي توفر تخفيضات كبيرة في الحجم والتكلفة مقارنة بالمنتجات التقليدية. ويفي أداء الوحدة بشكل كامل بمتطلبات النظام ككل، وهي تخضع حالياً للاستخدام التجريبي. ومن المتوقع أن يتم إنتاجها على نطاق واسع قريب، الأمر الذي سيدفع عجلة التطور السريع لصناعة الملاحة عبر الأقمار الصناعية بيدو في الصين.