【协“星”而上，直奔天命】从卫星通信技术到测试方案全景解析

 

卫星通信是一种利用卫星作为中继站，连接地面和低层大气中的无线电通信站的技术。卫星通信系统由通信卫星、地面站及用户终端构成，具有通信范围广和高可靠性的特点。

相比陆地移动通信，卫星通信具有多项优势，如通信距离长、费用与距离无关、覆盖范围广、不受地理条件限制、频带宽、传输容量大等。

然而，卫星通信也面临一些挑战。与地面无线通信相比，卫星信道存在较长的时延、复杂的信号衰落特性、多普勒频移和噪声干扰。这些因素使得卫星与终端之间的通信链路成为影响整体系统通信质量的关键部分。因此，在设计和使用卫星通信系统时，为确保高效可靠的通信服务，对卫星通信链路的测试验证尤为重要。

卫星通信的系统构架及产业链

 

 

 

 

卫星产业链是一个复杂而精细的系统，覆盖了从卫星制造到下游应用的多个环节。

 

产业链的起点在于卫星制造，卫星整星设计制造厂商负责向卫星零部件厂商采购所需组件，然后集成生产，最终交付完整的卫星产品。卫星平台是卫星的“骨架”与“大脑”；其中卫星载荷则包含天线分系统、转发器系统及各类金属/非金属材料与电子元器件，直接决定了卫星的业务功能。

卫星服务和地面设备制造则构成了产业链的中游。地面设备是连接卫星与用户的桥梁，包括用于跟踪、遥测及指令下达的地面测控和监测系统，以及用户终端设备。卫星服务企业扮演着类似电信运营商的角色，对在轨卫星进行实时监测，确保地面空间段设备的正常运行，为下游客户提供包括通信、导航和遥感在内的各类卫星服务。
 

卫星通信上下游产业链

 

在当前低轨卫星全面崛起，高通卫星技术正在快速发展。卫星互联网已成为行业共识在船用通信、机载办公、运输行业、能源行业、工业行业、农林牧渔、野外作业、智慧城市等领域广泛应用。

针对卫星通信存在较长的时延、复杂的信号衰落特性、多普勒频移和噪声干扰等问题，中星联华科技提供包含：卫星通信信号生成、卫星有效载荷测试、相控阵天线有源驻波测试、T/R组件测试、卫星信道仿真、卫星信号采集、卫星背景信号和干扰信号模拟、卫星激光通信及卫星通信整体测试验证方案等解决方案。

 

卫星通信测试方案

 

 

 

 

卫星通信信号生成

 

卫星信号技术发展趋势：

更宽的带宽、更高的频率 

高阶复杂调制（高阶QAM、OFDM…)

干扰 

卫星通信与移动通信融合（6G）

随着更高带宽和频率（如 Ka 波段）的使用，卫星通信测试面临挑战，包括测试设备无法有效处理高频率、需要更好的动态范围来应对低信噪比的问题。
 

在宽带卫星信号生成时存在以下挑战：

更高的频率

工作频率更高-Ka、毫米波（更宽的带宽）

更小的天线

点波束和相控阵天线（卫星）

平板天线和相控阵天线（移动设备、地面设备）

更高的数据传输速率

高通量卫星（HTS）

频率复用

高阶调制

宽带信号

DVB-S2X（upto 256 APSK)

中星联华矢量信号源能够产生可覆盖Ka频段的单音、多音、扫频、脉冲、常见数字调制、AWGN等多种信号，用于测试和验证电子设备的性能、频率响应、干扰抑制、抗干扰等能力测试等，协助客户测试和验证通信设备、调制解调器、基站等的性能。

Signalpro信号生成软件可提供丰富的场景模拟，让复杂场景模拟变得简单。

围绕多通道专用信道模拟器，综合采用真实卫星信号采集、卫星通信仿真、电磁干扰采集以及信道测量等仿真技术和工具，打造了面向卫星信号的信道模拟平台。该平台在传统信道模拟的基础上进一步引入了增强系统建模仿真能力的信道模拟+高性能云计算架构，可有效地服务于5G&6G核心网功能、接口互联互通、网络服务质量，以及终端协议一致性、射频性能一致性及场景适应性等检验检测测试。

 

卫星有效载荷测试

 

通信载荷是用于通信卫星通信功能的部件，是通信卫星的核心组件。传统通信载荷主要包括相控阵天线和转发器，卫星互联网在传统通信载荷基础上增加了星间链路。

依据是否对信号进行处理，转发器分为透明转发器和数字再生转发器。其中数字再生转发器系统可分为接收端、发射端及信号处理装置。

透明转发卫星有效载荷结构

数字再生式卫星有效载荷结构

在卫星PA设计中，会使用宽带功率放大器，工程师在设计时面临系统效率和线性度的权衡问题。在测试时需要考虑放大器的非线性失真。传统的测试方法利用2台射频信号源加上合路器来实现双音信号测试器件的三阶交调失真，测试环境搭建复杂，耗时，价格昂贵。中星联华科技矢量/射频信号源可直接生成Two-Tone双音信号，协助完成测试，减小测试环境中其他配件的非线性对测试结果的影响。

矢量信号源生成Two-Tone双音信号

双通道微波信号源直接输出双音信号

一步到位，简化您的测试步骤，提高测试精确度。

相控阵天线测试

 

天线技术是卫星通信的关键技术。星载天线系统通过产生定向或可扫描的波束覆盖地面目标，从而实现星地之间的通信连接。进一步的，多波束方案采用多个波束对地进行覆盖，在提升系统通信容量的同时，还可极大提高系统等效全向辐射功率。随着卫星通信容量快速增长及多目标区通信的发展需求,多波束天线开始应用,主要可分为反射面多波束天线、透镜式多波束天线及相控阵多波束天线，而相控阵天线具有宽扫描角、低轮廓、低功耗、重量轻,可实现灵活的多波束、波束调整重构,以及波束凝视、等通量覆盖等优点,在低轨卫星应用优势显著，成为低轨通信卫星标配。

天线在实际工作时，除了辐射信号，由于自身的原因会在其端口存在驻波，而相控阵天线的天线单元间还存在互耦效应，使得天线的驻波增大，会对发射机功放组件造成一定损坏。因此在设计相控阵天线时，必须考虑此驻波及其影响。针对相控阵天线有源驻波测试的需求，提出利用多通道相参信号源模拟相控阵实际扫描状态，从而进行相控阵辐射状态下的有源驻波测试。

常规的测试方式天线阵各天线单元端口是顺序测试：在测试时除测试端口外，其它端口在负载状态，没有充分考虑天线单元间的互耦效应，输入的测试信号没有考虑波束扫描。

中星联华科技可提供32/64/128通道相参信号源助力相控阵天线有源S参数测试，该系统可快速产生多通道激励信号,精准控制每一路激励信号的幅度、相位,完全模拟相控阵天线实际扫描状态，用于测试相控阵有源端口参数、静态端口参数、各单元驻波参数 ，以及相控阵天线端口驻波调试功能，优化天线阵中的互耦特性。

相控阵天线有源S参数测试

 

卫星信道模拟

 

随着无线通信技术的发展，人们的生产生活越来越依赖于无线通信系统，同时也对无线通信系统质量提出了越来越高的要求，而无线信道的状况是影响无线通信系统质量的一个非常重要的因素。 

无线信道是指无线通信中用于传输无线信号的媒介，信号通过无线信道传输，并会受到信道中的各种影响，如多径、时延、衰落、多普勒、噪声干扰等。无线信道是一个动态、复杂且不稳定的环境，无线通信系统的应用和发展都离不开对无线信道特性的深入研究。

中星联华科技超宽带信道模拟器是一种能在实验室环境真实再现无线信道环境的仪器，大大便捷了信道测试与通信系统部署。

超大带宽——2GHz实时带宽（非载波聚合）

宽频覆盖——最高67GHz 

丰富的信道模型(时延、衰落、多普勒、噪声干扰等模型）

可模拟卫星通信过程中真实的无线信道环境。

中星联华超宽带信道模拟器信道模型

 

卫星信号采集

 

卫星过顶时间短，过顶在半夜......,误删、磁盘损坏，采集数据量太大磁盘容量不够？？这是工程师进行卫星信号采集时的痛处，中星联华科技射频信号采集记录回放仪，提供手动和自动两种工作模式。在手动模式下，完全由用户自主控制信号采集的启动与停止；在自动模式下，客户可以设置采集任务，信号采集器根据用户预置的设备工作地理位置（经纬度、海拔）和在轨卫星轨道根数参数，自行计算出卫星过境的可视时间区间及在该可视区间内动态变化的仰角、方位角等信息，在卫星升起时刻自动启动信号记录，在卫星低于地平线时终止信号记录，在整个信号采集过程中并同步记录卫星的仰角和方位角，在无人值守情况下，可自动完成采集任务，研究员再也不用熬夜追星了。系统拥有等容量双备份系统，保障数据安全，大容量磁盘可数小时不间断采集回放外场电磁环境，所采集所放，把卫星信号搬回实验室。

 

卫星干扰测试验证

 

卫星信号通信中，上行信号和下行信号频率是不同的。这是为了避免在卫星通信天线中产生同频信号干扰。星上转发器是通信卫星的主体设备，研究其抗干扰特性，非常有必要。一般来说，卫星通信受到的干扰模式即干扰信号的产生及应用模式，可划分为以下三类：单一干扰模式：仅产生一种类型的干扰信号，进行单一干扰测实验证的模式，具体干扰类型包括单载波、脉冲、扫频、窄带、宽带、多址、欺骗、跳频等。组合干扰模式：同时产生多种类型干扰信号，可进行不同类型干扰信号的任意组合。干扰场景模式：根据卫星导航系统的各链路平台的复杂电磁环境模拟需求，在时间域上，可自主配置不同时刻的干扰类型、干扰参数、干扰组合方式等因素，模拟一段符合抗干扰测试需求的连续时变的复杂电磁环境的模式。

中星联华科技卫星干扰测试验证平台可提供：

卫星信号接收：可以直接接收低轨卫星信号并对其进行干扰测试；

卫星信号采集存储与回放：利用宽带卫星信号采集存储回放平台，可以采集低轨卫星信号，形成卫星信号库，并可以将采集信号回放以检验干扰效果；

使用宽带卫星信号模拟器产生所需要的卫星信号，并对其进行干扰测试；

干扰信号生成，根据干扰算法生成相应的干扰信号，利用宽带干扰信号模拟器生成干扰信号，利用其对卫星信号进行干扰，验证干扰性能；

用于通道验证的微波信号源，可生成相应频段的微波信号以用于通信标定，并可用于生成单音干扰信号。

利用宽带卫星信道模拟器来模拟卫星信道，使测试更真实；

利用宽带解调器或者卫星终端来检测卫星信号干扰效果；

利用宽带信号分析仪可完成测试过程中的卫星信号监控、信号分析等。

 

卫星激光通信

 

星间链路通过激光实现。激光通信承载星间传输的优势主要有:卫星激光通信具有频率更高且方向性更强的特点,可以实现快速和高体量的数据传输;星间激光通信不需要向国际电联申请特定频段,使得频道使用更加便捷;激光通信终端体积、重量和功耗优势,符合当今卫星平台有效载荷要求。

星间链路激光通信有望大幅提升空天与地面数据传输速率，如Starlink部署以激光为特色的新型卫星，实现星间链路传输数据，扩大覆盖范围；激光通信也是太空通信应用前沿技术，从近地轨道到深空通信均有应用前景。

卫星激光通信采用的是相干光通信技术，是光通信领域的一项技术。相比于传统的非相干光通信，相干光通信具有传输距离更远、传输容量更大的技术优势，因此广受行业各界的关注，研究热度不断攀升。
 

利用中星联华误码仪的PPG可以产生2/4路IQ基带信号调制到相干光的发射机上，激光传输，相干光接收机收到光信号，进行处理分析。

中星联华高性能误码仪相干光测试方案

 

卫星通信整体测试验证方案

 

 

 

卫星通信环境复杂，评估全链路的通信信号质量，需要考虑背景噪声等因素，在本系统中加入背景/噪声信号产生设备，用于模拟背景/噪声信号。

随着对更快数据吞吐量的强烈需求，卫星通信信号频率更高、信号带宽更大且调制方式更为复杂。在实验室内产生高频、大带宽、调制复杂的卫星信号。

中星联华科技提供全面的解决方案，涵盖从信号生成、信道模拟、到上下变频、然后进入到信号采集及信号分析的全链条测试。

 

提供更加丰富的信号产生功能，支持多种信号叠加，方便生成各种卫星通信复杂信号。信号生成软件主要包括通用数字调制、多载波数字调制、雷达信号、通信信号、单音/多音信号、噪声信号，调频信号等。

针对卫星信道模拟测试需求，综合采用射线跟踪、卫星通信仿真、电磁干扰采集以及信道测量等仿真技术和工具，打造了面向卫星通信空天地一体化的超宽带信道模拟器。

可以通过变频器模块将6GHz以内的中频信号，上变频到Ka/Ku频段，模拟卫星链路的通信过程。

系统可实现采集、存储实际卫星信号，并将其带回实验室回放，构建真实的通信环境，为实验提供原始的真实数据。采集到的卫星信号可无限回放使用，还可注入自定义信号混叠，进行针对性测试，系统可支持最高至67GHz信号无缝采集，最大信号带宽2GHz，大容量磁盘阵列支持长时间采集，等容量双备份系统，保证数据不丢失。

采集系统搭载采集信号分析软件，可对采集到的卫星信号进行分析

未来中星联华将持续为广大用户带来更加优异的测试体验，帮助工程师们解决更多的难题。

 

卫星通信市场正处于快速增长阶段，随着卫星数量的增加和技术的不断进步，卫星通信在全球通信网络中的作用日益重要。从低轨到高轨，卫星系统的多样化应用正在推动市场需求的扩大。特别是在高速数据传输、远程监控、全球覆盖和应急通信等领域，卫星通信已成为不可或缺的技术手段。随着5G、物联网、以及人工智能等技术的融合，未来卫星通信市场将迎来更加广阔的发展前景，并对相关测试、仿真和验证方案提出更高的要求。

中星联华科技提供全面的解决方案，涵盖从卫星通信信号生成、卫星有效载荷测试、相控阵天线有源驻波测试、T/R组件测试、卫星信道仿真、卫星信号采集、卫星背景信号与干扰信号模拟、卫星激光通信到整体卫星通信测试验证等多个环节，助力应对未来卫星通信市场的高要求，推动技术发展与应用的深入融合。