【協(xié)“星”而上，直奔天命】從衛(wèi)星通信技術(shù)到測試方案全景解析

衛(wèi)星通信是一種利用衛(wèi)星作為中繼站，連接地面和低層大氣中的無線電通信站的技術(shù)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)由通信衛(wèi)星、地面站及用戶終端構(gòu)成，具有通信范圍廣和高可靠性的特點(diǎn)。

相比陸地移動通信，衛(wèi)星通信具有多項優(yōu)勢，如通信距離長、費(fèi)用與距離無關(guān)、覆蓋范圍廣、不受地理條件限制、頻帶寬、傳輸容量大等。

然而，衛(wèi)星通信也面臨一些挑戰(zhàn)。與地面無線通信相比，衛(wèi)星信道存在較長的時延、復(fù)雜的信號衰落特性、多普勒頻移和噪聲干擾。這些因素使得衛(wèi)星與終端之間的通信鏈路成為影響整體系統(tǒng)通信質(zhì)量的關(guān)鍵部分。因此，在設(shè)計和使用衛(wèi)星通信系統(tǒng)時，為確保高效可靠的通信服務(wù)，對衛(wèi)星通信鏈路的測試驗證尤為重要。

衛(wèi)星通信的系統(tǒng)構(gòu)架及產(chǎn)業(yè)鏈

衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)且粋€復(fù)雜而精細(xì)的系統(tǒng)，覆蓋了從衛(wèi)星制造到下游應(yīng)用的多個環(huán)節(jié)。

產(chǎn)業(yè)鏈的起點(diǎn)在于衛(wèi)星制造，衛(wèi)星整星設(shè)計制造廠商負(fù)責(zé)向衛(wèi)星零部件廠商采購所需組件，然后集成生產(chǎn)，最終交付完整的衛(wèi)星產(chǎn)品。衛(wèi)星平臺是衛(wèi)星的“骨架”與“大腦”；其中衛(wèi)星載荷則包含天線分系統(tǒng)、轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)及各類金屬/非金屬材料與電子元器件，直接決定了衛(wèi)星的業(yè)務(wù)功能。

衛(wèi)星服務(wù)和地面設(shè)備制造則構(gòu)成了產(chǎn)業(yè)鏈的中游。地面設(shè)備是連接衛(wèi)星與用戶的橋梁，包括用于跟蹤、遙測及指令下達(dá)的地面測控和監(jiān)測系統(tǒng)，以及用戶終端設(shè)備。衛(wèi)星服務(wù)企業(yè)扮演著類似電信運(yùn)營商的角色，對在軌衛(wèi)星進(jìn)行實時監(jiān)測，確保地面空間段設(shè)備的正常運(yùn)行，為下游客戶提供包括通信、導(dǎo)航和遙感在內(nèi)的各類衛(wèi)星服務(wù)。

衛(wèi)星通信上下游產(chǎn)業(yè)鏈

在當(dāng)前低軌衛(wèi)星全面崛起，高通衛(wèi)星技術(shù)正在快速發(fā)展。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)已成為行業(yè)共識在船用通信、機(jī)載辦公、運(yùn)輸行業(yè)、能源行業(yè)、工業(yè)行業(yè)、農(nóng)林牧漁、野外作業(yè)、智慧城市等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

針對衛(wèi)星通信存在較長的時延、復(fù)雜的信號衰落特性、多普勒頻移和噪聲干擾等問題，中星聯(lián)華科技提供包含：衛(wèi)星通信信號生成、衛(wèi)星有效載荷測試、相控陣天線有源駐波測試、T/R組件測試、衛(wèi)星信道仿真、衛(wèi)星信號采集、衛(wèi)星背景信號和干擾信號模擬、衛(wèi)星激光通信及衛(wèi)星通信整體測試驗證方案等解決方案。

衛(wèi)星通信測試方案

衛(wèi)星通信信號生成

衛(wèi)星信號技術(shù)發(fā)展趨勢：

更寬的帶寬、更高的頻率

高階復(fù)雜調(diào)制（高階QAM、OFDM…)

干擾

衛(wèi)星通信與移動通信融合（6G）

隨著更高帶寬和頻率（如 Ka 波段）的使用，衛(wèi)星通信測試面臨挑戰(zhàn)，包括測試設(shè)備無法有效處理高頻率、需要更好的動態(tài)范圍來應(yīng)對低信噪比的問題。

在寬帶衛(wèi)星信號生成時存在以下挑戰(zhàn)：

更高的頻率

工作頻率更高-Ka、毫米波（更寬的帶寬）

更小的天線

點(diǎn)波束和相控陣天線（衛(wèi)星）

平板天線和相控陣天線（移動設(shè)備、地面設(shè)備）

更高的數(shù)據(jù)傳輸速率

高通量衛(wèi)星（HTS）

頻率復(fù)用

高階調(diào)制

寬帶信號

DVB-S2X（upto 256 APSK)

中星聯(lián)華矢量信號源能夠產(chǎn)生可覆蓋Ka頻段的單音、多音、掃頻、脈沖、常見數(shù)字調(diào)制、AWGN等多種信號，用于測試和驗證電子設(shè)備的性能、頻率響應(yīng)、干擾抑制、抗干擾等能力測試等，協(xié)助客戶測試和驗證通信設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器、基站等的性能。

Signalpro信號生成軟件可提供豐富的場景模擬，讓復(fù)雜場景模擬變得簡單。

圍繞多通道專用信道模擬器，綜合采用真實衛(wèi)星信號采集、衛(wèi)星通信仿真、電磁干擾采集以及信道測量等仿真技術(shù)和工具，打造了面向衛(wèi)星信號的信道模擬平臺。該平臺在傳統(tǒng)信道模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)一步引入了增強(qiáng)系統(tǒng)建模仿真能力的信道模擬+高性能云計算架構(gòu)，可有效地服務(wù)于5G&6G核心網(wǎng)功能、接口互聯(lián)互通、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，以及終端協(xié)議一致性、射頻性能一致性及場景適應(yīng)性等檢驗檢測測試。

衛(wèi)星有效載荷測試

通信載荷是用于通信衛(wèi)星通信功能的部件，是通信衛(wèi)星的核心組件。傳統(tǒng)通信載荷主要包括相控陣天線和轉(zhuǎn)發(fā)器，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在傳統(tǒng)通信載荷基礎(chǔ)上增加了星間鏈路。

依據(jù)是否對信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)發(fā)器分為透明轉(zhuǎn)發(fā)器和數(shù)字再生轉(zhuǎn)發(fā)器。其中數(shù)字再生轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)可分為接收端、發(fā)射端及信號處理裝置。

透明轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星有效載荷結(jié)構(gòu)

數(shù)字再生式衛(wèi)星有效載荷結(jié)構(gòu)

在衛(wèi)星PA設(shè)計中，會使用寬帶功率放大器，工程師在設(shè)計時面臨系統(tǒng)效率和線性度的權(quán)衡問題。在測試時需要考慮放大器的非線性失真。傳統(tǒng)的測試方法利用2臺射頻信號源加上合路器來實現(xiàn)雙音信號測試器件的三階交調(diào)失真，測試環(huán)境搭建復(fù)雜，耗時，價格昂貴。中星聯(lián)華科技矢量/射頻信號源可直接生成Two-Tone雙音信號，協(xié)助完成測試，減小測試環(huán)境中其他配件的非線性對測試結(jié)果的影響。

矢量信號源生成Two-Tone雙音信號

雙通道微波信號源直接輸出雙音信號

一步到位，簡化您的測試步驟，提高測試精確度。

相控陣天線測試

天線技術(shù)是衛(wèi)星通信的關(guān)鍵技術(shù)。星載天線系統(tǒng)通過產(chǎn)生定向或可掃描的波束覆蓋地面目標(biāo)，從而實現(xiàn)星地之間的通信連接。進(jìn)一步的，多波束方案采用多個波束對地進(jìn)行覆蓋，在提升系統(tǒng)通信容量的同時，還可極大提高系統(tǒng)等效全向輻射功率。隨著衛(wèi)星通信容量快速增長及多目標(biāo)區(qū)通信的發(fā)展需求,多波束天線開始應(yīng)用,主要可分為反射面多波束天線、透鏡式多波束天線及相控陣多波束天線，而相控陣天線具有寬掃描角、低輪廓、低功耗、重量輕,可實現(xiàn)靈活的多波束、波束調(diào)整重構(gòu),以及波束凝視、等通量覆蓋等優(yōu)點(diǎn),在低軌衛(wèi)星應(yīng)用優(yōu)勢顯著，成為低軌通信衛(wèi)星標(biāo)配。

天線在實際工作時，除了輻射信號，由于自身的原因會在其端口存在駐波，而相控陣天線的天線單元間還存在互耦效應(yīng)，使得天線的駐波增大，會對發(fā)射機(jī)功放組件造成一定損壞。因此在設(shè)計相控陣天線時，必須考慮此駐波及其影響。針對相控陣天線有源駐波測試的需求，提出利用多通道相參信號源模擬相控陣實際掃描狀態(tài)，從而進(jìn)行相控陣輻射狀態(tài)下的有源駐波測試。

常規(guī)的測試方式天線陣各天線單元端口是順序測試：在測試時除測試端口外，其它端口在負(fù)載狀態(tài)，沒有充分考慮天線單元間的互耦效應(yīng)，輸入的測試信號沒有考慮波束掃描。

中星聯(lián)華科技可提供32/64/128通道相參信號源助力相控陣天線有源S參數(shù)測試，該系統(tǒng)可快速產(chǎn)生多通道激勵信號,精準(zhǔn)控制每一路激勵信號的幅度、相位,完全模擬相控陣天線實際掃描狀態(tài)，用于測試相控陣有源端口參數(shù)、靜態(tài)端口參數(shù)、各單元駐波參數(shù) ，以及相控陣天線端口駐波調(diào)試功能，優(yōu)化天線陣中的互耦特性。

相控陣天線有源S參數(shù)測試

衛(wèi)星信道模擬

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，人們的生產(chǎn)生活越來越依賴于無線通信系統(tǒng)，同時也對無線通信系統(tǒng)質(zhì)量提出了越來越高的要求，而無線信道的狀況是影響無線通信系統(tǒng)質(zhì)量的一個非常重要的因素。

無線信道是指無線通信中用于傳輸無線信號的媒介，信號通過無線信道傳輸，并會受到信道中的各種影響，如多徑、時延、衰落、多普勒、噪聲干擾等。無線信道是一個動態(tài)、復(fù)雜且不穩(wěn)定的環(huán)境，無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展都離不開對無線信道特性的深入研究。

中星聯(lián)華科技超寬帶信道模擬器是一種能在實驗室環(huán)境真實再現(xiàn)無線信道環(huán)境的儀器，大大便捷了信道測試與通信系統(tǒng)部署。

超大帶寬——2GHz實時帶寬（非載波聚合）

寬頻覆蓋——最高67GHz

豐富的信道模型(時延、衰落、多普勒、噪聲干擾等模型）

可模擬衛(wèi)星通信過程中真實的無線信道環(huán)境。

中星聯(lián)華超寬帶信道模擬器信道模型

衛(wèi)星信號采集

衛(wèi)星過頂時間短，過頂在半夜......,誤刪、磁盤損壞，采集數(shù)據(jù)量太大磁盤容量不夠？？這是工程師進(jìn)行衛(wèi)星信號采集時的痛處，中星聯(lián)華科技射頻信號采集記錄回放儀，提供手動和自動兩種工作模式。在手動模式下，完全由用戶自主控制信號采集的啟動與停止；在自動模式下，客戶可以設(shè)置采集任務(wù)，信號采集器根據(jù)用戶預(yù)置的設(shè)備工作地理位置（經(jīng)緯度、海拔）和在軌衛(wèi)星軌道根數(shù)參數(shù)，自行計算出衛(wèi)星過境的可視時間區(qū)間及在該可視區(qū)間內(nèi)動態(tài)變化的仰角、方位角等信息，在衛(wèi)星升起時刻自動啟動信號記錄，在衛(wèi)星低于地平線時終止信號記錄，在整個信號采集過程中并同步記錄衛(wèi)星的仰角和方位角，在無人值守情況下，可自動完成采集任務(wù)，研究員再也不用熬夜追星了。系統(tǒng)擁有等容量雙備份系統(tǒng)，保障數(shù)據(jù)安全，大容量磁盤可數(shù)小時不間斷采集回放外場電磁環(huán)境，所采集所放，把衛(wèi)星信號搬回實驗室。

衛(wèi)星干擾測試驗證

衛(wèi)星信號通信中，上行信號和下行信號頻率是不同的。這是為了避免在衛(wèi)星通信天線中產(chǎn)生同頻信號干擾。星上轉(zhuǎn)發(fā)器是通信衛(wèi)星的主體設(shè)備，研究其抗干擾特性，非常有必要。一般來說，衛(wèi)星通信受到的干擾模式即干擾信號的產(chǎn)生及應(yīng)用模式，可劃分為以下三類：單一干擾模式：僅產(chǎn)生一種類型的干擾信號，進(jìn)行單一干擾測實驗證的模式，具體干擾類型包括單載波、脈沖、掃頻、窄帶、寬帶、多址、欺騙、跳頻等。組合干擾模式：同時產(chǎn)生多種類型干擾信號，可進(jìn)行不同類型干擾信號的任意組合。干擾場景模式：根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的各鏈路平臺的復(fù)雜電磁環(huán)境模擬需求，在時間域上，可自主配置不同時刻的干擾類型、干擾參數(shù)、干擾組合方式等因素，模擬一段符合抗干擾測試需求的連續(xù)時變的復(fù)雜電磁環(huán)境的模式。

中星聯(lián)華科技衛(wèi)星干擾測試驗證平臺可提供：

衛(wèi)星信號接收：可以直接接收低軌衛(wèi)星信號并對其進(jìn)行干擾測試；

衛(wèi)星信號采集存儲與回放：利用寬帶衛(wèi)星信號采集存儲回放平臺，可以采集低軌衛(wèi)星信號，形成衛(wèi)星信號庫，并可以將采集信號回放以檢驗干擾效果；

使用寬帶衛(wèi)星信號模擬器產(chǎn)生所需要的衛(wèi)星信號，并對其進(jìn)行干擾測試；

干擾信號生成，根據(jù)干擾算法生成相應(yīng)的干擾信號，利用寬帶干擾信號模擬器生成干擾信號，利用其對衛(wèi)星信號進(jìn)行干擾，驗證干擾性能；

用于通道驗證的微波信號源，可生成相應(yīng)頻段的微波信號以用于通信標(biāo)定，并可用于生成單音干擾信號。

利用寬帶衛(wèi)星信道模擬器來模擬衛(wèi)星信道，使測試更真實；

利用寬帶解調(diào)器或者衛(wèi)星終端來檢測衛(wèi)星信號干擾效果；

利用寬帶信號分析儀可完成測試過程中的衛(wèi)星信號監(jiān)控、信號分析等。

衛(wèi)星激光通信

星間鏈路通過激光實現(xiàn)。激光通信承載星間傳輸?shù)膬?yōu)勢主要有:衛(wèi)星激光通信具有頻率更高且方向性更強(qiáng)的特點(diǎn),可以實現(xiàn)快速和高體量的數(shù)據(jù)傳輸;星間激光通信不需要向國際電聯(lián)申請?zhí)囟l段,使得頻道使用更加便捷;激光通信終端體積、重量和功耗優(yōu)勢,符合當(dāng)今衛(wèi)星平臺有效載荷要求。

星間鏈路激光通信有望大幅提升空天與地面數(shù)據(jù)傳輸速率，如Starlink部署以激光為特色的新型衛(wèi)星，實現(xiàn)星間鏈路傳輸數(shù)據(jù)，擴(kuò)大覆蓋范圍；激光通信也是太空通信應(yīng)用前沿技術(shù)，從近地軌道到深空通信均有應(yīng)用前景。

衛(wèi)星激光通信采用的是相干光通信技術(shù)，是光通信領(lǐng)域的一項技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的非相干光通信，相干光通信具有傳輸距離更遠(yuǎn)、傳輸容量更大的技術(shù)優(yōu)勢，因此廣受行業(yè)各界的關(guān)注，研究熱度不斷攀升。

利用中星聯(lián)華誤碼儀的PPG可以產(chǎn)生2/4路IQ基帶信號調(diào)制到相干光的發(fā)射機(jī)上，激光傳輸，相干光接收機(jī)收到光信號，進(jìn)行處理分析。

中星聯(lián)華高性能誤碼儀相干光測試方案

衛(wèi)星通信整體測試驗證方案

衛(wèi)星通信環(huán)境復(fù)雜，評估全鏈路的通信信號質(zhì)量，需要考慮背景噪聲等因素，在本系統(tǒng)中加入背景/噪聲信號產(chǎn)生設(shè)備，用于模擬背景/噪聲信號。

隨著對更快數(shù)據(jù)吞吐量的強(qiáng)烈需求，衛(wèi)星通信信號頻率更高、信號帶寬更大且調(diào)制方式更為復(fù)雜。在實驗室內(nèi)產(chǎn)生高頻、大帶寬、調(diào)制復(fù)雜的衛(wèi)星信號。

中星聯(lián)華科技提供全面的解決方案，涵蓋從信號生成、信道模擬、到上下變頻、然后進(jìn)入到信號采集及信號分析的全鏈條測試。

提供更加豐富的信號產(chǎn)生功能，支持多種信號疊加，方便生成各種衛(wèi)星通信復(fù)雜信號。信號生成軟件主要包括通用數(shù)字調(diào)制、多載波數(shù)字調(diào)制、雷達(dá)信號、通信信號、單音/多音信號、噪聲信號，調(diào)頻信號等。

針對衛(wèi)星信道模擬測試需求，綜合采用射線跟蹤、衛(wèi)星通信仿真、電磁干擾采集以及信道測量等仿真技術(shù)和工具，打造了面向衛(wèi)星通信空天地一體化的超寬帶信道模擬器。

可以通過變頻器模塊將6GHz以內(nèi)的中頻信號，上變頻到Ka/Ku頻段，模擬衛(wèi)星鏈路的通信過程。

系統(tǒng)可實現(xiàn)采集、存儲實際衛(wèi)星信號，并將其帶回實驗室回放，構(gòu)建真實的通信環(huán)境，為實驗提供原始的真實數(shù)據(jù)。采集到的衛(wèi)星信號可無限回放使用，還可注入自定義信號混疊，進(jìn)行針對性測試，系統(tǒng)可支持最高至67GHz信號無縫采集，最大信號帶寬2GHz，大容量磁盤陣列支持長時間采集，等容量雙備份系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)不丟失。

采集系統(tǒng)搭載采集信號分析軟件，可對采集到的衛(wèi)星信號進(jìn)行分析

未來中星聯(lián)華將持續(xù)為廣大用戶帶來更加優(yōu)異的測試體驗，幫助工程師們解決更多的難題。

衛(wèi)星通信市場正處于快速增長階段，隨著衛(wèi)星數(shù)量的增加和技術(shù)的不斷進(jìn)步，衛(wèi)星通信在全球通信網(wǎng)絡(luò)中的作用日益重要。從低軌到高軌，衛(wèi)星系統(tǒng)的多樣化應(yīng)用正在推動市場需求的擴(kuò)大。特別是在高速數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程監(jiān)控、全球覆蓋和應(yīng)急通信等領(lǐng)域，衛(wèi)星通信已成為不可或缺的技術(shù)手段。隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、以及人工智能等技術(shù)的融合，未來衛(wèi)星通信市場將迎來更加廣闊的發(fā)展前景，并對相關(guān)測試、仿真和驗證方案提出更高的要求。

中星聯(lián)華科技提供全面的解決方案，涵蓋從衛(wèi)星通信信號生成、衛(wèi)星有效載荷測試、相控陣天線有源駐波測試、T/R組件測試、衛(wèi)星信道仿真、衛(wèi)星信號采集、衛(wèi)星背景信號與干擾信號模擬、衛(wèi)星激光通信到整體衛(wèi)星通信測試驗證等多個環(huán)節(jié)，助力應(yīng)對未來衛(wèi)星通信市場的高要求，推動技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的深入融合。