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。

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，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)鏈是一個復雜而精細的系統(tǒng)，覆蓋了從衛(wèi)星制造到下游應用的多個環(huán)節(jié)。

產(chǎn)業(yè)鏈的起點在于衛(wèi)星制造，衛(wèi)星整星設(shè)計制造廠商負責向衛(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)務功能。

衛(wèi)星服務和地面設(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)星服務企業(yè)扮演著類似電信運營商的角色，對在軌衛(wèi)星進行實時監(jiān)測，確保地面空間段設(shè)備的正常運行，為下游客戶提供包括通信、導航和遙感在內(nèi)的各類衛(wèi)星服務。

圖1 衛(wèi)星通信上下游產(chǎn)業(yè)鏈

在當前低軌衛(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、機載辦公、運輸行業(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)域廣泛應用。

針對衛(wèi)星通信存在較長的時延、復雜的信號衰落特性、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

1.1. 衛(wèi)星通信信號生成

衛(wèi)星信號技術(shù)發(fā)展趨勢

1. 更寬的帶寬、更高的頻率

2. 高階復雜調(diào)制（高階QAM、OFDM…）

3. 干擾

4. 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

1. 工作頻率更高-Ka、毫米波（更寬的帶寬）

2. 更小的天線

3. 點波束和相控陣天線（衛(wèi)星）

4. 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

1. 高通量衛(wèi)星（HTS）

2. 頻率復用

3. 高階調(diào)制

4. 寬帶信號

5. DVB-S2X(up to 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、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)上進一步引入了增強系統(tǒng)建模仿真能力的信道模擬+高性能云計算架構(gòu)，可有效地服務于5G&6G核心網(wǎng)功能、接口互聯(lián)互通、網(wǎng)絡(luò)服務質(zhì)量，以及終端協(xié)議一致性、射頻性能一致性及場景適應性等檢驗檢測測試。

1.2. 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。

圖2 透明轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星有效載荷結(jié)構(gòu)

圖3 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最行之有效的方法是盡可能地減小單音信號的電平值。

圖4 矢量信號源生成Two-Tone雙音信號

圖5 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。

1.3. 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，從而實現(xiàn)星地之間的通信連接。進一步的，多波束方案采用多個波束對地進行覆蓋，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區(qū)通信的發(fā)展需求，多波束天線開始應用，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，在低軌衛(wèi)星應用優(yōu)勢顯著，成為低軌通信衛(wèi)星標配。

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，使得天線的駐波增大，會對發(fā)射機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，其它端口在負載狀態(tài)，沒有充分考慮天線單元間的互耦效應，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。

圖6 相控陣天線有源S參數(shù)測試

1.4. 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)、復雜且不穩(wěn)定的環(huán)境，無線通信系統(tǒng)的應用和發(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)境的技術(shù)，大大便捷了信道測試與通信系統(tǒng)部署。

1. 超大帶寬——2GHz實時帶寬（非載波聚合）

2. 寬頻覆蓋——最高67GHz

3. 豐富的信道模型（時延、衰落、多普勒、噪聲干擾等模型）

4. 可模擬衛(wèi)星通信過程中真實的無線信道環(huán)境。

圖7 中星聯(lián)華超寬帶信道模擬器信道模型

圖8 中星聯(lián)華超寬帶信道模擬器

1.5. 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，信號采集器根據(jù)用戶預置的設(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，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。

1.6. 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)星導航系統(tǒng)的各鏈路平臺的復雜電磁環(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：

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

2. 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；

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

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

5. 用于通道驗證的微波信號源，可生成相應頻段的微波信號以用于通信標定，并可用于生成單音干擾信號。

6. 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；

7. 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；

8. 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。

1.7. 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的特點，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)，擴大覆蓋范圍；激光通信也是太空通信應用前沿技術(shù)，從近地軌道到深空通信均有應用前景。

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、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)射機上，激光傳輸，相干光接收機收到光信號，進行處理分析。

圖9 中星聯(lián)華高性能誤碼儀相干光測試方案

1.8. 衛(wèi)星通信整體測試驗證方案

衛(wèi)星通信環(huán)境復雜，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)制方式更為復雜。在實驗室內(nèi)產(chǎn)生高頻、大帶寬、調(diào)制復雜的衛(wèi)星信號，本系統(tǒng)中引入了衛(wèi)星調(diào)制信號產(chǎn)生設(shè)備。

中星聯(lián)華科技衛(wèi)星通信整體測試驗證方案，涵蓋從信號生成、信道模擬、上下變頻，然后進入信號采集及信號分析的全鏈條測試驗證。

1. 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、雷達信號、通信信號、單音/多音信號、噪聲信號，調(diào)頻信號等。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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)的多樣化應用正在推動市場需求的擴大。特別是在高速數(shù)據(jù)傳輸、遠程監(jiān)控、全球覆蓋和應急通信等領(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)，助力應對未來衛(wèi)星通信市場的高要求，推動技術(shù)發(fā)展與應用的深入融合。

中星聯(lián)華科技（Sinolink Technologies）成立于2009年，長期從事高頻率、高速率、大帶寬、寬頻帶測試測量技術(shù)研發(fā)，為衛(wèi)星通信、雷達、復雜電磁環(huán)境等傳統(tǒng)應用領(lǐng)域及5G移動通信、高速互連等新興行業(yè)提供穩(wěn)定可靠、性能卓越的專屬測試測量工具。

聚焦成就專業(yè)，創(chuàng)新服務應用。深度理解行業(yè)應用，依托傳統(tǒng)測試測量理論和技術(shù)，協(xié)同行業(yè)領(lǐng)軍精英共同致力于改善測試工具的實用性、便捷性和經(jīng)濟性，幫助工程師將更多時間與精力投入到研發(fā)、生產(chǎn)的本身。以創(chuàng)新測試工具加速相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展，推動所服務行業(yè)的迭代更新，為人類文明進步增磚添瓦。