L-3 Cincinnati Electronics: Высокоскоростной передатчик X-диапазона T-724A

Рассмотрен высокоскоростной передатчик X-диапазона T-724A космических аппаратов для передачи больших объемов данных.
Передатчик поддерживает скорость передачи данных до 400 Мбит/с и предоставляет следующие возможности кодирования и шифрования данных: AES-256 шифрование в режиме электронной кодовой книги, кодирование Рида-Соломона с FEC, псевдослучайное и дифференциальное кодирование.

---

Высокоскоростной передатчик X-диапазона T-724A

Общие сведения

Работа

Модель T-724A от компании L-3 Cincinnati Electronics представляет собой высокоскоростной OQPSK передатчик X-диапазона, предназначенный для использования на космических аппаратах с требованиями передачи больших объемов данных полезной нагрузки [1].

Частота передачи устанавливается на заводе в диапазоне от 7800 до 8400 МГц. Передатчик поддерживает скорость передачи данных до 400 Мбит/с и предоставляет следующие возможности кодирования и шифрования: AES-256 (Advanced Encryption Standard) шифрование в режиме электронной кодовой книги - ECB, кодирование Рида-Соломона с FEC исправлением ошибок, псевдослучайное и дифференциальное кодирование (преобразование кода формата NRZ-L в код формата NRZ-М) в соответствии документам комитета по стандартизации систем космических данных - CCSDS.

Поступающие на блок передатчика T-724A данные непосредственно модулируют несущую в X-диапазоне частот. Модулированный сигнал усиливается до 7,5 Вт выходной мощности.

Интерфейс синхронизации и данных

Блок передатчика T-724A воспринимает первичные, вторичные (резервные) данные и синхросигналы на параллельный интерфейс с низковольтной передачей сигналов (LVDS-интерфейс). 

Параллельный интерфейс данных состоит из 4-разрядных слов, передаваемых со скоростью до 50 Мбит/с в каждом I и Q канале. Блок имеет два входа управления - вход зашифрованного текста и вход обычного текста, который обеспечивает обход шифрования в реальном времени, позволяя передавать заголовки кадров в незашифрованном виде.

LVDS выходы включают данные опорного (эталонного) сигнала времени, позволяющие осуществлять синхронизацию другого оборудования и запуск кода Рида-Соломона (RS), используемого для управления потоком данных.

Опции обработки данных включают в себя AES 128/256-битное шифрование, кодирование Рида-Соломона (RS) с буфером в 1 Мбайт для алгоритма FIFO (алгоритм "первый пришел, первым обслужен"), используемый для улавливания нарастания данных RS-кода, псевдослучайного шумового (PN) и дифференциального кодирования.

Информационная безопасность

AES-шифрование, реализованное в передатчике T-724A, выполнено так, как описано в Федеральном стандарте обработки информации FIPS PUB 197 для AES-шифрования с использованием 256-битного ключа.

Ядром системы шифрования является электронная кодовая книга (ECB), работа которой описывается в NIST документах "Special Publication 800-38A".

Одночипный криптографический модуль шифрования AES-256 соответствует требованиям FIPS PUB 140-2 для уровня безопасности 1.

Генерация несущей

Сигнал несущей передатчика генерируется посредством использования генератора с диэлектрическим резонатором (DRO), охваченного петлей ФАПЧ с с термокомпенсированным кварцевым генератором (TCXO) опорной частоты. Такое решение обеспечивает уровень фазового шума сигнала несущей передатчика менее 2°_RMS во всех условиях эксплуатации.

Модуляция

Поступающие на блок передатчика T-724A данные модулируют несущую X-диапазона в OQPSK-модуляторе с фазовым балансом лучше чем 4°, балансом амплитуд лучше чем 0,75 дБ_p-p и с подавлением несущей более чем на 30 dBc.

Твердотельный усилитель мощности (SSPA)

Для обеспечения выходной мощности 7,5 Вт системой управления мощностью на самой высокой частоте диапазона передатчик T-724A выполнен в виде модульных, высокоэффективных каскадов усиления X-диапазона на базе GaAs полевых транзисторов (FET). Выходная мощность передатчика варьируется орбитными командами с шагом 0,5 дБ.

Механические характеристики

Механическая конструкция передатчика Т-724A использует модульный подход с несколькими шасси для оптимального размещения элементов высокой мощности и для монтажа компонентов, устранения закрытых или заглубленных сборок, обеспечения параллельных операций изготовления и испытания и улучшения структурной жесткости конструкции, электрической защиты и изоляции отдельных модулей.

Конструкция блока оказалась прочной и выдерживающей заданные уровни вибраций и ударов, встречающихся в условиях эксплуатации на космических аппаратах.

Все шасси модулей изготовлены из обработанных пластин алюминиевого сплава 6061, который используется для обеспечения высокого отношения прочность/масса и превосходной электрической и тепловой проводимости.

Наружные поверхности защищены черной краской с высокой излучательной способностью, а все другие обработанные поверхности защищены покрытием, получаемым химической обработкой металла в соответствии с MIL-C-5541, класс 3.

Нижняя поверхность имеет шероховатость поверхности 63 микродюйма и плоскостность ".010 with .001 / 1 inches".

Навесной монтаж и сборки коаксиальных кабелей/разъемов используются для завершения внутренних межсоединений блока.

Технические характеристики: T-724A

Входные характеристики
Данные	LVDS
Зашифрованный/обычный текст	LVDS
Первичные и резервные команды (CMD)	RS-422
Вход разрешения последовательной телеметрии	RS-422
Вход разрешения последовательных команд	RS-422
Последовательные синхросигналы	RS-422
Вход разрешения последовательных данных	RS-422: - сброс системы; - кодирование кодом Рида-Соломона/обход; - псевдослучайное кодирование/обход; - считывание данных PN (псевдослучайное шумовое кодирование) разрешено/запрещено; - преобразование формата кода NRZ-L в код NRZ-M/обход; - регулировка выходной мощности; - AES ключ загрузки; - AES сброс/самотестирование
Режимы работы
OQPSK (200 Мбит/с на канал)	- Данные: 4-битные, параллельная передача (50 Мбит/с каждый); - Q данные: 4-битные, параллельная передача (50 Мбит/с каждый); - данные синхронизации (50 МГц)
Внутреннее формирование псевдослучайного тестового шаблона испытаний (PN23)
Требования к электропитанию
Входное напряжение источника электропитания	от 22 до 36 В источника постоянного тока
Входная мощность потребления	90 Вт максимум
Излучение
• общая доза 60 крад минимум; • устойчивость к эффекту защелкивания
Требования к окружающей среде
• Температура:   - от минус 54 до + 71 °C (в нерабочем состоянии);   - от минус 24 до + 61 °C (в рабочем состоянии).
• Вибрация: случайная, 14,1 grms по трем осям
Выходные характеристики
Выходная РЧ мощность	минимальная выходная мощность 7,5 Вт при температуре 40°C (в конце срока службы), регулируемая с шагом 0,5 дБ
Несущая частота	от 7,800 до 8,4 ГГц (частоты выбираемые; фабричные предустановки)
Источник частоты	TCXO с низким уровнем шума
Телеметрический сигнал RF-мощности	аналоговый (0-5) В
Вторичные телеметрические сигналы	аналоговые (0-5) В
Телеметрический сигнал температуры	с термистора
Дублирование синхронизации (A и B)	LVDS-низковольтный дифференциальный сигнал
Разрешени RS-кодирования (A и B)	LVDS
Последовательные данные телеметрии	RS-422: - первичные/резервные входы; - кодирование кодом Рида-Соломона/обход; - псевдослучайное кодирование/обход; - считывание разрешено/заблокировано; - преобразование формата кода NRZ-L в код NRZ-M/обход; - уровень РЧ сигнала; - состояние загрузки ключей AES; - обнуление ключей AES; - обнаружение ошибки ключей AES; - алгоритм тестирования AES; - тестирование обхода AES
Разъемы	• разъем RF- розетка SMA, соответствующая MIL-C-39012; • разъем электропитания 9-контактный с фильтрами типа D-Sub; • разъем телеметрии 15-контактный, высокой плотности типа D-Sub; • разъем команд и телеметрии 15-контактный D-Sub; • разъем для первичных сигналов 44-контактный, высокой плотности типа D-Sub; • разъем для резервирующих сигналов 44-контактный, высокой плотности типа D-Shell
Физические характеристики
Размеры	(6.8” W x 6.10” D x 4.8” H)/(173 х 155 х 122) мм
Масса	8.75 lbs./4,0 кг

---

Источники информации:

1. T-724A HIGH DATA RATE X-BAND TRANSMITTER - L-3 Cincinnati Electronincs, 2010. [Электронный ресурс]. URL: http://www.cinele.com/images/space_datasheets/t-724a_x-band.pdf  (дата обращения: 05.03.2015).