Socionext Taiwan

東京工業大學與索思未來科技（Socionext Inc.）的科學家聯手開發一款新型收發器，實現了低、中、同步地球軌道內衛星與地面平台間的無縫通訊。其亮點是，此收發器可讓位在偏鄉地區及海邊的人們連上網際網路。

我們正身處通訊科技發達到前所未有境界的資訊時代，然而，像是鄉村或空曠海邊等偏遠地區的訊號連線問題，至今仍待解決。對上述地區的資料鏈接來說，衛星通訊（SATCOM）是極具吸引力的選項，但前提是，太空與地球上都必須有適當的設備，才能夠實現高效SATCOM。

為獲得更佳的SATCOM，服務於東京工業大學（Tokyo Tech）岡田健一教授實驗室的科學家們投入研究前線，他們利用標準CMOS[2]技術開發出用於SATCOM的新型收發器[1]。此收發器在Ka頻段內運作，亦即SATCOM的上傳（地面至衛星）使用27–31 GHz頻段、下載（衛星至地面）使用17–21 GHz頻段。

搭載多種功能的設計使它在競爭中脫穎而出。其收發器（TX）端採用高品質因子變壓器，以達到傳輸時的高效能源利用及高線性度，同時降低傳輸時的失真。接收端（RX）則搭載雙通道架構，以實現數種功能。

首先，其具備的雙RX通道可同時從兩顆衛星接收訊號，係利用兩種獨立偏振模式或不同頻段來平行接收這些訊號。此外，所提出的設計還可消除相鄰通道的干擾，亦即，相鄰頻段上另一訊號在某一通道所接收到之訊號的「汙染」，可利用另一通道接收到的資訊清除。此方式增加了系統的動態範圍，使其即使在雜訊與干擾較強的不理想環境中仍能精確運作。

TX與RX可直接轉換訊號，換句話說，不像廣泛使用的超外差接收器，此設計省去了中頻轉換，TX能直接將基頻訊號[3]轉換為調變訊號[4]，RX則執行逆向流程，因此大幅降低了接收器的整體複雜度、尺寸與能耗。

這些科學家打造出一款原型晶片，利用SATCOM DVB-S2X標準所規定的所有調變方式來測試設計的實際效能，包括提供快速資料傳輸率的高階調變技術，如64 APSK[5]及256 APSK。

效能測試的結果相當具有前景，尤其，與其他現有的SATCOM接收器相比，這項新穎的設計讓它聲名大噪。岡田教授表示：「我們的論文提出的Ka頻段SATCOM接收器，是第一個使用標準CMOS技術、專為地面平台與同步及低地球軌道衛星進行通訊所設計。」

這些軌道分別為35,786公里與200–2,000公里。用3mm x 3mm晶片與遠在千里之外的衛星進行通訊，肯定不是件簡單的事情。

多年來，岡田教授的實驗室持續開發應用於新一代科技的最先進接收器，包括5G應用、物聯網裝置，以及低功率藍牙通訊。這款最新的接收器是實現無縫全球連線的另一塊拼圖。岡田教授表示：「衛星通訊已成了為低密度偏鄉地區提供互動電視與寬頻網路服務的關鍵技術。歸功於低成本及利用廣泛可用頻寬的潛力，使用矽（尤其是CMOS技術）的Ka頻段是前景可期的解決方案。」

且讓我們期待東京工業大學這些研究者的努力，實現可在現今資訊時代中讓更多人受惠的即時通訊。

術語

[1]收發器：一種能傳輸及接收訊號的裝置

[2]CMOS：互補式金屬氧化物半導體；一種廣泛用於高度整合電路系統的現代電晶體製程

[3]基頻訊號：一種處於原始頻率的「純淨」形態之訊號

[4]調變訊號：一種攜帶基頻訊號所有資訊的加密訊號，通常使用更高頻率，以使其更易於傳輸

[5]APSK：振幅相位偏移調變；基頻訊號在載波訊號內的振幅及相位中皆予以加密的一種調變技術

Reference

*Corresponding author’s email: okada@ee.e.titech.ac.jp

Figure 1. Prototype of the SATCOM transceiver and its power consumption characteristics

The test chip only measures 3 mm by 3 mm.