نمای کلی

فناوری ناوبری ماهواره‌ای به فناوری موقعیت‌یابی رایجی در فعالیت‌های انسانی تبدیل شده و به‌سرعت به صنعتی نوظهور—صنعت ناوبری و موقعیت‌یابی ماهواره‌ای—توسعه یافته است. ایالات متحده و روسیه به‌طور موفقیت‌آمیز سیستم‌های جهانی ناوبری ماهواره‌ای GPS و GLONASS را به‌ترتیب ساخته‌اند و اتحادیه اروپا در حال حاضر در حال ساخت سیستم گالیلیو است. در سال ۲۰۰۰، چین دو ماهواره برای سیستم ناوبری ماهواره‌ای بیدو (BDS) پرتاب کرد که نقطه عطفی در فناوری ناوبری ماهواره‌ای چین محسوب می‌شود. این امر چین را به سومین کشور جهان تبدیل کرد که دارای یک سیستم ناوبری ماهواره‌ای مستقل است.

برخلاف GPS، سامانه ناوبری ماهواره‌ای بیدو از یک سامانه ناوبری فاصله‌سنجی دوطرفه فعال استفاده می‌کند. سامانه بیدو از دو ماهواره ژئو استاتیک، یک سامانه کنترل مرکزی، یک سامانه کالیبراسیون و دستگاه‌های مختلف کاربر تشکیل شده است. سامانه کنترل مرکزی سیگنال‌های استعلام را به دو ماهواره ارسال می‌کند که سپس به کاربران در منطقه خدماتی بازپخش می‌شوند. کاربران به سیگنال استعلام یکی از ماهواره‌ها پاسخ می‌دهند و پاسخی را به هر دو ماهواره ارسال می‌کنند که سپس به سیستم کنترل مرکزی بازتاب داده می‌شود. سیستم کنترل سیگنال‌های کاربر را دریافت و رمزگشایی می‌کند و بر اساس سرویس درخواستی آن‌ها را پردازش می‌نماید.

اگرچه سیستم ماهواره‌ای نسل بیدو قابلیت‌های ارتباطی را ارائه می‌دهد، روش موقعیت‌یابی فعال آن عواملی مانند ظرفیت کاربران، دقت موقعیت‌یابی، مخفی‌کاری و فرکانس موقعیت‌یابی را محدود می‌کند. با بهبود الگوریتم پردازش پایه باند سیستم موقعیت‌یابی ماهواره‌ای نسل بیدو، موقعیت‌یابی غیرفعال با سه ماهواره اکنون محقق شده است. در سال ۲۰۰۵، چین با موفقیت اولین گیرنده موقعیت‌یابی غیرفعال ماهواره‌ای بیدو I را توسعه داد که مسئله موقعیت‌یابی سریع و آنی را به‌طور مستقل حل کرد. این گیرنده خدمات ناوبری و موقعیت‌یابی همه‌هوایی، با دقت بالا و به‌صورت آنی را برای چین و مناطق اطراف آن فراهم می‌کند. بلوغ روزافزون موقعیت‌یابی غیرفعال نسل بیدو، کاربردهای بالقوه محصولات ترمینال نسل بیدو را به‌طور چشمگیری گسترش می‌دهد.

یکی از کاربردهای کلیدی محصولات ترمینال نسل بیدو، همگام‌سازی زمانی با گیرنده‌ی واحد است که برای بسیاری از صنایع مانند ایستگاه‌های پایهٔ ارتباطی و بخش‌های نیرو ضروری است. در حال حاضر این صنایع برای همگام‌سازی زمانی به GPS متکی هستند، اما هرچه بیشتر روشن می‌شود که پذیرش همگام‌سازی زمانی بیدو روند آینده خواهد بود و تقاضای بسیار زیادی خواهد داشت.

چیپ RF RNC2410: نوآوری کلیدی برای نسل بیدو

برای پاسخگویی به تقاضا در بازار گیرنده‌های تک‌چیپ نسل بیدو، یک شرکت چینی آن را توسعه داد. چیپ گیرندهٔ تکی RF نسل بیدو RNC2410. RNC2410 عملکردی برتر، مصرف توان پایین، پایداری بالا و ابعاد جمع‌وجور را ارائه می‌دهد. این دستگاه تنها به چند قطعه خارجی برای دستیابی به قابلیت دریافت RF نسل بیدو نیاز دارد که به‌طور قابل‌توجهی حجم محصول و هزینه سیستم را کاهش می‌دهد.

ویژگی‌های کلیدی RNC2410

RNC2410 یک تراشهٔ گیرندهٔ فرکانس رادیویی (RF) است که برای سامانهٔ ناوبری ماهواره‌ای نسل بیدو طراحی شده است. این تراشه تمامی ماژول‌های کانال گیرنده و سینتی‌سازهای فرکانس را در خود یکپارچه می‌کند. کانال گیرنده هم خروجی سیگنال آنالوگ و هم خروجی سیگنال کوانتیزهٔ ADC را همراه با خروجی کلاک نمونه‌برداری فراهم می‌آورد. با چند قطعهٔ خارجی، این تراشه می‌تواند قابلیت دریافت مورد نیاز دستگاه‌های کاربر بیدو را فراهم کند. برای ارتباط از پروتکل رابط استاندارد SPI استفاده می‌کند.

این تراشه از ساختار تبدیل فرکانس دو مرحله‌ای استفاده می‌کند. گیرنده ابتدا سیگنال RF را از طریق مدار فرانت‌اند RF به اولین فرکانس میانی (IF) پایین‌تبدیل می‌کند، و سپس با استفاده از یک میکسر دوم، اولین IF را به خروجی فرکانس میانی نهایی پایین‌تر تبدیل می‌کند. با برنامه‌ریزی فرکانسی مناسب، این امر به طور قابل توجهی سرکوب تصویر و گزینشگری کانال گیرنده را بهبود می‌بخشد. برای افزایش یکپارچگی تراشه و کاهش تعداد قطعات خارجی، این تراشه یک سینتی‌سایزر فرکانس و نوسان‌سازهای کنترل‌شده با ولتاژ (VCO) متناظر، و همچنین یک حلقه قفل فازی (PLL) را که برای تولید کلاک نمونه‌برداری ADC استفاده می‌شود، یکپارچه کرده است. این PLL همچنین کلاک مرجع را برای بخش باند پایه فراهم می‌کند.

یک تقویت‌کننده با بهره متغیر و کنترل با گام ۱ دسی‌بل در مرحله IF به‌کار می‌رود که از طریق حلقه کنترل خودکار بهره (AGC) تضمین می‌کند سطح سیگنال خروجی در ولتاژ اختلافی اوج‌به‌اوج ۱ ولت باقی بماند. RNC2410 می‌تواند هم سیگنال‌های آنالوگ IF و هم سیگنال‌های کمّی‌سازی‌شده ۲ بیتی را ارائه دهد.

کاربردهای RNC2410

به لطف یکپارچگی بالا، تراشه RNC2410 طراحی سیستم را با نیاز به مدارهای محیطی حداقلی برای عملکرد دریافت ساده می‌کند. شکل ۱ شماتیک سیستم یک ترمینال دریافت نسل بیدو را که از RNC2410 استفاده می‌کند، نشان می‌دهد.

در شماتیک، تقویت‌کننده کم‌نویز BDI (Low Noise Amplifier) برای بیدو I ضریب تقویت بیش از ۴۲ دسی‌بل با ضریب نویز کمتر از ۱٫۳ دسی‌بل را فراهم می‌کند. ADC می‌تواند از AD9283 شرکت ADI یا محصولات مشابه تأمین شود. باند پایه BDI می‌تواند با استفاده از یک تراشه اختصاصی یا FPGA پیاده‌سازی شود.

از آنجا که ورودی RF در RNC2410 تفاضلی است و امپدانس خروجی LNA تک‌انتهایی (۵۰ اهم) است، مدارهای تطبیق ورودی ضروری‌اند. یک بالون تک‌انتهایی ۵۰ اهم به ۱۰۰ اهم تفاضلی همراه با یک شبکه T تفاضلی برای تطبیق مناسب بین بالون و چیپ به‌کار می‌رود.

برای بهبود سرکوب تصویر و گزینش‌پذیری کانال، یک فیلتر SAW با گزینش‌پذیری بالا در اولین IF به‌کار رفته و به‌طور متناسب تطبیق داده می‌شود. RNC2410 دو رابط به بخش باند پایه ارائه می‌دهد: یکی خروجی آنالوگ IF را فراهم می‌کند که توسط یک ADC خارجی نمونه‌برداری شده و سیگنال کمی‌سازی‌شده باند پایه را تولید می‌کند، در حالی که رابط دیگر خروجی کمی‌سازی‌شده IF با وضوح ۲ بیت را مستقیماً به باند پایه ارسال می‌کند.

نتایج آزمایش یک ترمینال بیدو I با استفاده از RNC2410 حساسیت دریافتی بالاتر از -157.6 دسی‌بل‌متر را نشان می‌دهند.

نتیجه‌گیری

RNC2410 یک چیپ RF است که به‌طور مستقل برای سامانه ناوبری ماهواره‌ای بیدو توسعه یافته است. این چیپ در مقایسه با محصولات سنتی، کاهش قابل‌توجهی در اندازه و هزینه ارائه می‌دهد. عملکرد این ماژول کاملاً نیازهای کل سامانه را برآورده می‌کند و در حال حاضر در مرحله استفاده آزمایشی قرار دارد. انتظار می‌رود به‌زودی تولید در مقیاس بزرگ آغاز شود که این امر به توسعه سریع صنعت ناوبری ماهواره‌ای بیدو در چین خواهد انجامید.