“受保护战术企业服务”(PTES)旨在借助受保护战术波形(PTW),为美国太空军提供抗干扰、低截获概率通信能力;它既能利用当前宽带全球卫星通信(WGS)支持作战,也能利用未来商业地球静止轨道(GEO)和中轨(MEO)星座支持行动。

其联合枢纽架构必须将多个轨道域、电信港、网关和任务系统安全连接为一个统一受保护通信体系。美太空军在使用政府自有系统的同时,也越来越多利用商业卫星通信容量,因此,受保护传输、波形安全、网关韧性以及有保障任务地面基础设施,对于在对抗环境中跨混合网络运行至关重要。

对于“商业卫星上的受保护战术波形”(PTWoC)和联合枢纽类架构而言,地面段不仅仅是一个透传层。天线选址、射频传输、定时、监测、网关集成,以及对受保护通信的抗毁接入,都在这里汇聚。

随着情报、监视、侦察(ISR)及其他任务不断扩展,通信挑战已从简单传输数据,演变为传输日益脆弱的射频信号,并且要在信号处理甚至尚未开始之前,不使其所承载的信息劣化。对主承包商和系统集成商来说,射频传输是一项设计决策,而不仅仅是布线连接问题。

1 更高频率使信号转换成为关键课题

向Ka、Q和V频段通信迁移是军事卫星通信最重大的进步之一。这些频段可提供更宽带宽,以支持高清视频、情报馈送、自主平台以及数据日益密集的行动。

然而,极高频(EHF)传输能力也给网络运营商带来了日益严峻的难题。毫米波信号的衰减更大,链路余量更紧张,对相位误差、干扰和天线对准也更加敏感。随着卫星不断向更高频段发展,在地面段保持信号完整性变得越来越困难。

这些挑战对于大型抛物面网关、2.4米及更大口径终端、VSAT系统、电子扫描阵列(ESA)、相控阵终端以及可部署卫星通信套件尤其适用。在这些系统中,天线和处理设备可能需要物理分离。由此产生的问题包括:应在何处进行下变频、必须保留多少中频(IF)带宽,以及如何在天线、终端、网关和受保护设备空间之间传输该宽带中频信号,同时不使信号劣化。

因此,连接天线、电信港和任务处理系统的基础设施,需要采用不同于较低频段同类设施的方法——一种兼取模拟与数字基础设施之长的方法。

2 数字处理并不等同于数字传输

数字技术对美太空军不可或缺。加密、软件定义网络、人工智能、动态资源分配和云原生运营都依赖数字处理。

但是,数字处理与数字传输含义不同。当射频信号在接收后立即被数字化时,它们必须经过模数转换、串行化、缓冲、同步,而且往往还要经过额外转换,才能重新回到射频域。

每一步都会增加复杂性、功耗并引入时延。这在以前可能是个问题,但随着转向Q、V和Ka频段等极高频,相关瞬时带宽成为了美太空军的重点关注领域。

当信息抵达集中式计算资源后,这些数字转换所带来的取舍通常是合理的;但如果优先任务是在传输过程中尽可能忠实保留高频射频信号,那么这种做法的优势就不那么明显。当天线站点、网关设备、受保护处理空间或指挥控制节点相隔数百米到数公里时,这一点尤为关键。

3 采用混合方式可保留最关键能力

PTWoC架构正日益受益于这样一种思路:将模拟射频传输与数字处理视为同一任务系统的互补层。模拟传输擅长长距离传输原生射频信号,同时保持其相对相位、时序和幅度特性。数字系统则在信号到达集中式处理环节后表现最佳,路由、安全、分析、组网和任务应用均在此进行。

这种混合方法使每种技术都能充分发挥其作用。在卫星通信中,体现这一理念的一项技术是射频光纤传输(RFoF)。RFoF并不立即对射频波形进行数字化,而是通过光纤直接传输原生信号。其结果是实现了极低时延、抗电磁干扰、支持极宽瞬时带宽,并且信号损耗显著低于传统同轴电缆传输。只有信号到达集中式、资源丰富的环境后,才进行数字化,从而在不牺牲原始波形保真度的情况下实现先进处理。

这一理念与卫星通信的发展方向一致。地面站正日益将政府卫星与商业GEO、MEO、低轨道(LEO)及新兴星座连接起来。电信港正演变为智能网络枢纽,而不再是简单的射频中继点。分布式天线、相控阵和受保护网关都必须在精确的定时和同步下运行。

这些系统之间每一次不必要的转换,都会增加出现时延、同步误差或信号劣化的可能环节。随着分布式架构日益增多,最大限度减少这些转换点,已成为提升韧性的另一种途径。

4 采用模拟数字混合模式是任务需求

许多人认为模拟“不如”数字,但现实是,军用卫星通信的未来绝不会只偏向其中一种一。出于任务需求,它将是混合模式。

数字技术将继续赋能加密、AI驱动的网络管理、软件定义基础设施和先进任务应用。模拟传输将继续提供确定性性能、相位相干性和低时延信号传输,这是高频射频系统成功运行所需,无论是在远征环境、VSAT站点、舰载装置还是网关设施中。最具韧性的通信架构将尽可能保留信号,直到数字处理能创造最大价值。

在商业方面,当前部署的波长能力最广的卫星通信系统在馈线链路(天线与网关之间,包括上行和下行)中成功部署了RFoF,瞬时带宽约在6GHz量级(基带位于Ka波段)。

对美太空军而言,成功与否将取决于能否建设能够跨越复杂网络传输受保护信号、且沿途不损害其完整性的地面基础设施。随着卫星通信继续向更高频率和多轨道架构演进,网络运营商必须高度有意做到:在信号保真度最重要的地方使用模拟技术,在计算能力能带来最大优势的地方使用数字技术。

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