- 使用微波系統(tǒng)分析儀測量衛(wèi)星的端到端群時延

對于比較便攜的元器件來說在測試平臺上測試群時延平坦度是很好的一種方法，但也有許多情況下待測試設(shè)備無法適用這種方法。一個特殊的例子就是DUT是一條完整的衛(wèi)星鏈路，這很明顯無法用測試實(shí)驗(yàn)室中的單臺儀器進(jìn)行測量。開展在軌衛(wèi)星測試有許多原因。一般在衛(wèi)星發(fā)射之后、向用戶發(fā)布衛(wèi)星之前要進(jìn)行測量，目的是驗(yàn)證通信負(fù)荷和天線平臺的完整性。在日常運(yùn)行中還需要執(zhí)行定期的檢測，以便驗(yàn)證性能或解決異常問題。

對衛(wèi)星鏈路來說，相對于頻率的群時延，特別是通過頻率轉(zhuǎn)換后的群時延，被證實(shí)是測量特別困難的參數(shù)。圖4顯示了線性和拋物形群時延，這是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中常見的時延類型。拋物型時延通常與衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和通信設(shè)備中使用的帶通濾波器有關(guān)。

圖4：群時延和發(fā)送頻譜。

正弦形時延通常是由系統(tǒng)中的阻抗失配引起的。理想情況下，群時延曲線應(yīng)是平坦的——沒有斜率的一條直線——載頻帶寬內(nèi)所有頻率通過鏈路時有相同的延時。如果達(dá)不到這種情況，那么恢復(fù)出的數(shù)碼之間就會出現(xiàn)干擾，使得相互間難以分辨，進(jìn)而產(chǎn)生誤碼。

測量系統(tǒng)

Aeroflex衛(wèi)星群時延測試系統(tǒng)使用兩臺裝備有群時延選件22的微波系統(tǒng)分析儀，再加上運(yùn)行專用軟件的控制PC機(jī)和串行調(diào)制解調(diào)器，實(shí)現(xiàn)對整條鏈路的相對群時延測量。先由測試系統(tǒng)產(chǎn)生測試信號并應(yīng)用于上行鏈路，然后分析在下行鏈路接收到的轉(zhuǎn)發(fā)信號，從而獲得群時延變化，并執(zhí)行帶內(nèi)增益平坦度測量。兩個系統(tǒng)在頻率掃描時保持同步。

該系統(tǒng)可以用來測量從多個地面站(位于同一位置或遠(yuǎn)端)直到在軌轉(zhuǎn)發(fā)器的衛(wèi)星鏈路的群時延和其它傳輸特性。設(shè)置屏幕上可以選擇輸入、輸出和/或轉(zhuǎn)換頻率及電平。

傳輸時間

來去衛(wèi)星的傳輸時間相當(dāng)可觀，即使是處于低地球軌道的衛(wèi)星。對地靜止同步衛(wèi)星的典型傳輸時間約為250ms。因?yàn)樵春徒邮諜C(jī)頻率是同步的，這意味著在實(shí)際應(yīng)用中，孔徑約為1MHz的接收機(jī)有可能移動到接收信號范圍之外，從而有必要進(jìn)一步偏移源和接收機(jī)的頻率，以補(bǔ)償傳輸時間。

這種偏移的計算公式是：

Foffset (MHz)＝掃描速度 (MHz/ms) * 傳輸時間 (ms)

作為一個例子，假設(shè)上行鏈路(源)的頻率是14GHz至14.5GHz，下行鏈路(接收)頻率是11.2GHz至11.7GHz，衛(wèi)星處于對地靜止軌道，MSA的掃描時間設(shè)為10秒，孔徑(分辨率帶寬)設(shè)為1MHz或3MHz。

那么如果傳輸時間是285ms，掃描速度是0.05MHz/ms，

Foffset＝14.25MHz

為了避免產(chǎn)生發(fā)射機(jī)告警，源頻率最好保持不變(即14GHz至14.5GHz)。接收機(jī)也應(yīng)設(shè)在11.18575GHz和11.68575GHz之間掃描。儀器將顯示接收頻率范圍，而接收到的頻率本身將很好地落在分辨率帶寬內(nèi)。單單預(yù)測的偏移可能不夠，因?yàn)閷Φ仂o止衛(wèi)星實(shí)際上不是靜止的，也需要考慮多普勒分量。多普勒頻移在一天內(nèi)是有變化的，周期是每天都會重復(fù)，一天兩次歸零。多普勒頻率很容易測量，因此必須應(yīng)用額外的偏移。不考慮多普勒頻移可能會在群時延特性上產(chǎn)生斜率。

在軌測量

圖5顯示了通過單個地面站對地球同步軌道衛(wèi)星的群時延特性測量結(jié)果。輸入(上行鏈路)頻率是14.47GHz至14.5GHz，輸出(下行鏈路)頻率是12.17GHz至12.2GHz。校準(zhǔn)在輸入頻率處完成——通常在源頻率而不是接收機(jī)頻率處完成校準(zhǔn)，目的是通過頻帶切換和頻率調(diào)制硬件消除儀器內(nèi)部的時延變化。

儀器校準(zhǔn)和群時延測量性能與前述單獨(dú)的測量相同。在本例中，掃描時間是10秒，掃描速度因此是3kHz/ms。傳輸時間偏移小于1MHz，因此在孔徑數(shù)據(jù)為3MHz的情況下可以忽略不計。

圖5：測量得到的地球靜止軌道同步衛(wèi)星的群時延特性。

遠(yuǎn)端地面站

也可以對地面站不在同一位置的鏈路進(jìn)行這種群時延測試。作為源的MSA與運(yùn)行專用軟件的控制PC機(jī)位于鏈路提供商的主站。用作接收機(jī)的第二個MSA安裝在接收端，這個接收端可以位于衛(wèi)星信號能夠覆蓋的地球任何角落。本地MSA使用控制接口，遠(yuǎn)端MSA使用通過調(diào)制解調(diào)器的串行連接，儀器就能對要被分析的鏈路段進(jìn)行相對群時延測量。