羅德與施瓦茨推出商業(yè)航天Q/V和E頻段測試解決方案

問題與挑戰(zhàn)

隨著商業(yè)航天的快速發(fā)展和用戶需求不斷擴展，各種新型應用對通信衛(wèi)星系統(tǒng)提出大通信容量、高數(shù)據(jù)傳輸速率和超寬帶的需求，衛(wèi)星頻譜和軌道資源的需求也不斷增加，通信衛(wèi)星常規(guī)使用的C和Ku等微波資源趨于飽和，未來衛(wèi)星通信正在向Q／V／E等更高頻段擴展。同時由于Q／V／E頻段衛(wèi)星通信具有高帶寬、波束定向性好、干擾源少等優(yōu)勢，已成為下一代超高通量衛(wèi)星系統(tǒng)的關鍵技術，如當前SpaceX公司的星鏈2代衛(wèi)星即已經(jīng)采用E頻段進行衛(wèi)星與地面站間的饋電鏈路通信以提升傳輸速率。

通常Q／V／E頻段是指無線電頻譜33-86GHz之間的頻率范圍，對于衛(wèi)星應用而言Q頻段范圍為33GHz至50GHz，V頻段則與50GHz至75GHz相對應，E頻段多指71~76GHz/81~86 GHz。該頻段最主要優(yōu)勢是頻譜資源豐富，目前除了毫米波雷達和科學研究之外沒有大量用于商業(yè)通信領域。此外Q/V/E頻率的可用帶寬更寬，支持比Ka頻段更高的通信數(shù)據(jù)率，并且可以使用尺寸更小定向性更強的終端或地面站天線。

由于Q／V／E頻段通信衛(wèi)星獨特的技術優(yōu)勢，其應用場景也在不斷地深化和拓展。當應用于關口站鏈路通信時，Q／V／E頻段相較Ka頻段能夠提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而減少地面關口站的數(shù)量；能夠釋放當前使用的Ka頻段，從而將Ka頻段轉(zhuǎn)移到用戶終端通信。對于星間鏈路通信，采用成熟的Q／V／E頻段通信也是激光鏈路之外一種有吸引力的選擇。此外Q／V／E頻段還可以應用于超高速率寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入，將終端直接接入超高速衛(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)。

Q／V／E頻段是新一代高通量寬帶衛(wèi)星的首選頻譜，同時更高的頻率、更大的帶寬也對測試測量提出了更高的要求。總的來說，該頻段的測試面臨如下主要挑戰(zhàn)：

該頻段的頻率較傳統(tǒng)衛(wèi)星通信的Ka頻段更高，相應的測試儀表也需要滿足更高的頻率要求。

高通量衛(wèi)星通常具有更大的調(diào)制帶寬，調(diào)制樣式也更為復雜，這要求測試儀表除具有大帶寬的特性外，還應具有良好的頻率響應以進行高質(zhì)量的信號生成與分析。

更高的調(diào)制階數(shù)對系統(tǒng)的EVM指標帶來的更高的要求，測試儀表應具有優(yōu)異的EVM性能以滿足相應的測試要求。

更高的帶寬導致在固定功率下信號的信噪比（SNR）下降，對儀表的底噪具有更高的要求。

高通量衛(wèi)星測試頻段更寬，寬頻跨對測試系統(tǒng)的雜散提出了更高的要求。

應用場景與技術要求

應用場景：

對Q/V/E頻段的高通量衛(wèi)星進行測試，測試需求包括數(shù)字調(diào)制信號的產(chǎn)生與解調(diào)、瞬態(tài)信號分析、放大器測量、群時延測量等。

技術需求分析：

對于Q/V/E頻段的高通量衛(wèi)星測試而言需求矢量信號源產(chǎn)生高頻大帶寬的數(shù)字調(diào)制信號，信號頻率最高需至86GHz，同時需要較寬的內(nèi)部調(diào)制帶寬以滿足高速調(diào)制的要求；

信號與頻譜分析儀應支持進行Q/V/E頻段信號的測量分析，除頻譜測試外，還應支持噪聲系數(shù)測試/瞬態(tài)信號分析/NPR測試等以滿足高通量衛(wèi)星測試需求；

高通量衛(wèi)星的調(diào)制方式更為復雜，矢量信號源應支持高階數(shù)字調(diào)制信號及OFDM（正交頻分復用）信號的生成，同樣的信號與頻偏分析儀應支持上述復雜信號的分析與解調(diào)；

應支持Q/V/E頻段的S參數(shù)測試以對高通量衛(wèi)星組件及模塊的回波/增益/插損/群時延等指標進行測試。

羅德與施瓦茨解決方案

羅德與施瓦茨具備完整的Q/V/E頻段測試方案，提供包括矢量信號發(fā)生器、信號與頻譜分析儀及矢量網(wǎng)絡分析儀在內(nèi)的測試儀表，為高通量衛(wèi)星研發(fā)提供了有力的測試支持。

R&SSMW200A矢量信號發(fā)生器頻率范圍從100KHz最高可至67 GHz。高達2 GHz的I/Q調(diào)制帶寬可以滿足未來高通量衛(wèi)星大帶寬信號的研發(fā)和測試需求。SMW200A在2 GHz帶寬上具有小于0.4 dB (測量值) 的優(yōu)異調(diào)制頻率響應，得益于優(yōu)異的頻率響應，所生成的數(shù)字調(diào)制信號具有優(yōu)秀的EVM指標。SMW200A在不影響信號質(zhì)量的情況下支持多達2個基帶模塊和4個衰落模擬器模塊。因此，SMW200A可以創(chuàng)建先前需要多臺儀器完成才可創(chuàng)建的信號場景。

R&SFSW信號與頻譜分析儀頻率范圍介于2 Hz至90 GHz（使用羅德與施瓦茨的外部諧波混頻器時最高可達500 GHz），分析帶寬高達8.3 GHz，在鄰道泄漏比（ACLR）和諧波測量的相位噪聲、顯示平均噪聲電平、互調(diào)抑制以及動態(tài)范圍方面具備卓越的射頻性能，可以滿足Q/V頻段高通量衛(wèi)星中的寬帶調(diào)制信號或跳頻信號分析需求。此外R&SFSW還可配備矢量信號分析、OFDM信號分析、瞬態(tài)分析、多載波群延時測量、放大器測量、噪聲功率比（NPR）及DVB-S2X調(diào)制分析等選件，非常適用于衛(wèi)星射頻測試。

對于Q/V頻段信號生成與分析方案，羅德與施瓦茨公司還提供基于中端儀表的配合前端模塊的，以具有競爭力的價格提供出色的射頻性能。R&S公司中端儀表SMM100A矢量信號發(fā)生器及FSVA3000/ FSV3000信號和頻譜分析儀配合配合R&SFE50DTR（雙發(fā)射/接收）前端模塊時可進行36GHz至50GHz的信號生成與分析，支持高達1GHz的信號生成和分析帶寬，可為高通量衛(wèi)星測試生成和分析信號。FE50DTR射頻前端內(nèi)置高性能低相噪的VCO，支持進行高質(zhì)量的信號生成與分析。FE50DTR射頻前端還特別適用于暗室OTA測試，此時可以將射頻前端安裝在測試端口附近，以較低的中頻進行低損耗的傳輸從而提升接收靈敏度及天線端口的發(fā)射功率。

利用FE50DTR射頻前端的Q/V頻段測試

對于頻率更高的E頻段測試，信號的產(chǎn)生可利用矢量信號發(fā)生器SMW200A或SMM100A配合FE110ST前端，信號的解調(diào)即可直接利用頻率高達90GHz的FSW 信號與頻譜分析儀，也可以利用頻率較低的FSW 信號與頻譜分析儀配合FE110SR前端。FE110ST/FE110SR前端工作頻率70GHz至110GHz，完美契合E頻段應用。FE110ST前端最大帶寬可達4GHz，F(xiàn)E110SR前端最大帶寬為10GHz，可滿足大帶寬信號的生成與分析需求。該系列射頻前端使用簡便，僅需參考頻率/中頻/LAN三根線纜連接即可，可直接利用信號源/頻譜儀主機進行控制。

利用FE110ST/SR射頻前端的E頻段測試

R&SZNA矢量網(wǎng)絡分析儀主機頻率最高至67GHz（使用羅德與施瓦茨的毫米波變頻器時可擴展至1.1THz），具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、極低的跡線噪聲以及出色的原始參數(shù)，非常適用于高通量衛(wèi)星應用組件及模塊的開發(fā)和測試。R&SZNA內(nèi)置有四個相位相參的激勵源，可以獨立控制每個端口輸出信號的頻率和相位，還可以選配內(nèi)置第二個本振(LO) 信號源。這種硬件設計上的特性簡化了測試配置，也縮短了測試時間，非常適用于變頻器和混頻器件的測量。使用ZNA測量混頻器與測量非變頻器件S參數(shù)的連接方法一樣容易，無需參考混頻器就可以測量混頻器的相位信息，可使用獨特的雙音法測量內(nèi)置本振變頻器件的相位和群時延。R&SZNA-K30噪聲系數(shù)測量選件進一步增強了ZNA 的能力，為放大器和變頻器的全參數(shù)測量提供了一個功能豐富且強大的測試系統(tǒng)，單次連接即可提供完整的設備特性參數(shù)。

R&SZNA 矢量網(wǎng)絡分析儀

應用示例：Q/V頻段數(shù)字調(diào)制信號的生成與分析

R&SSMW200A可實時生成數(shù)字調(diào)制信號，可支持ASK、PSK、MSK、FSK、QAM等及用戶自定義數(shù)字調(diào)制樣式，最高可支持4096QAM調(diào)制。R&SFSW-K70矢量信號分析選件有助于用戶靈活分析精確到比特級的數(shù)字調(diào)制單載波，支持從MSK到4096QAM的靈活調(diào)制分析，此外用戶可定義的星座圖和映射以滿足衛(wèi)星領域的特定需求。R&SFSW-K70M多調(diào)制分析選件還可以支持分析DVB-S2（X）等具有多種調(diào)制的矢量調(diào)制信號。

基于R&SSMW200A與R&SFSW的Q/V頻段256QAM調(diào)制信號分析

OFDM通過頻分復用實現(xiàn)高速串行數(shù)據(jù)的并行傳輸,屬于正交多載波調(diào)制的一種。它具有較好的抗多徑衰落的能力，能夠支持多用戶接入，當前已經(jīng)在低軌衛(wèi)星通信等領域投入商用。R&SSMW-K114OFDM信號生成選件可實時生成用戶自定義的OFDM信號。R&SFSW?K96 OFDM信號分析選件可輕松分析自定義OFDM信號，靈活且不受標準約束，能夠極為靈活地進行配置和設置測量參數(shù)。集成式配置文件向?qū)Э稍趲追昼妰?nèi)創(chuàng)建描述導頻、數(shù)據(jù)資源和調(diào)制的配置文件。R&SFSW-K96還支持使用信號發(fā)生器自動生成的配置文件全面分析使用R&SSMW-K114 OFDM信號生成選件生成的信號。

基于R&SSMW200A與R&SFSW的Q/V頻段自定義OFDM信號分析

請參考下圖配置您需要的頻譜和信號分析儀：

在兼顧Q/V/E頻段的測試測量應用的同時，為保護儀表投資，羅德與施瓦茨支持客戶通過射頻前端擴展至W和D頻段的其他應用，請參考下圖配置您需要的測試儀表：