LEO卫星通信测试面临挑战

今天的卫星通信系统结合了传统蜂窝网络和新兴无线技术的特点。正在开发的新星座试图通过包括地面站和用户终端在内的新空间近地轨道(LEO)卫星网络提供无处不在的宽带移动。

LEO星座有望极大地改善延迟和覆盖范围。例如，“星链”的延迟大约比GEO卫星快15 - 20倍。这些星座提供了显著增加的网络总容量，从而使卫星能够支持时间敏感的应用，如视频流和数据密集型应用。然而，与传统的GEO VSAT终端相比，LEO环境引入了具有挑战性的测试要求。

LEO网络需要部署用户终端，在卫星和终端用户通信设备之间提供一个不可知接口。这些类cpe设备通过商业接口(如以太网)与商业现成设备(如服务器、基站或Wi-Fi路由器)通信。用户终端本质上充当首选商业用户设备的透明中继。

网络和终端供应商需要彻底测试嵌入式无线通信系统和组件，以确保不间断运行和高质量的服务。此外，制造商需要减少测试时间，并将用户终端成本保持在实际水平。这些挑战要求测试和测量解决方案能够经济高效地提供高测量性能和可重复性。

射频验证与调制解调器验证

近地轨道星座的一个特别问题是高速率多普勒效应，这有助于复杂的交接。这要求无线电资源管理(RRM)系统具有更大的复杂性。

一些星座场景每分钟涉及几次切换，这就产生了新的调度问题。协议栈也很复杂，用户终端的行为就像地面移动电话，因此对与移交和调度相关的RRM施加了更大的负担。验证工程师必须考虑测试和验证LEO终端无线电的RRM性能的细微差别。

网络仿真测试系统

运行商用固件的调制解调器需要动态算法，在终端测量网络功率时实时响应，提供测量报告并响应系统调度。严格编程的商业固件固定无线电的动态行为，从而防止受控射频参数测试。测试工程师无法在这些条件下参数化调制解调器和射频系统。在理想的情况下，测试工程师将调制解调器状态机设置为任何条件，并在该受控配置中执行度量。传统的地面移动工程团队受益于“呼叫箱”，这是控制移动电话状态机的可配置网络模拟器测试系统。他们在受控状态下对移动电话进行射频参数测量，例如固定功率或频率。

那么，在成本有限的情况下，NewSpace的工程师们如何才能实现同样的呼叫盒功能呢?答案在于使用黄金无线电或软件定义无线电(SDR)。

黄金无线电vs.软件定义无线电

系统和测试工程团队已经在无线应用中使用黄金无线电。为了适应复杂的NewSpace RRM甚至基本的RF性能要求，改进的黄金无线电可以包括中断被测终端的软件指令，允许测试工程师操纵无线电功率、频率和其他RF和调制解调器条件。

在某些情况下，SDR可能会更好地处理测试解决方案，而不是修改黄金收音机。sdr允许只需要适应测试需求的按比例缩小的堆栈特性集。在这里，只需要实现一套最小的协议特性，这取决于测试需求。

空中(OTA)测试

从历史上看，手机行业在商业化之前依赖于各种行业认证进行测量。对于具有波束形成和跟踪天线的卫星用户终端，空中射频测量优先于传导测量。无线行业仍在争论如何最好地为卫星用户终端和下一代5G手机实现这一目标。采用了许多新的近场和准近场腔的概念。

生产中的快速射频验证

现代测试的复杂性也影响了生产测试。虽然最初的产量可能不会超过数百甚至数千台，但网络预计产量将达到数百万台。制造商需要先进的策略，通过有效的测试方法来降低成本。

射频校准，或射频前端模块的调谐和校准，是移动电话和用户终端制造业共同的。在制造过程中，终端必须补偿功率放大器中的非线性。扫频功率和频率测量技术，加上先进的测量算法，消除非线性，并允许终端通过射频测量规范。除了射频校准，所有设备在制造过程中都需要基本的射频和调制解调器验证。利用预编程扫描方法的快速测试方法，通过减少迭代和重复的设置生产过程，显著降低了总体测试时间。通过在系统工程设计中实现这种快速测试模式，芯片组和调制解调器设计人员可以在技术上轻松且成本最低的情况下尽早设计这些功能。

地面站注意事项

不同的NewSpace设计方法会影响地面站的功能。基于数字再生有效载荷的网络在卫星上实现了大部分无线电资源管理。对于弯管系统，RRM的复杂性在于地面站，它指导用户终端进行IP调度和无线电控制。

网关和测控地面站需要对用户终端进行类似的测试。射频校准和调制解调器验证的需求是相似的，尽管方法可能因成本和复杂性而有所不同。大数据吞吐量和多个返回链路信号的组合为网关终端的带宽和数据处理增加了显著的复杂性。与用户终端相比，网关调制解调器和射频系统通常需要更严格的测试。

总结

LEO星座终端需要为复杂系统提供高测量性能和可重复性的测试解决方案。创新的测量解决方案使用户能够成功地设计、开发和测试NewSpace用户终端、地面站和卫星有效载荷。这些测试方法应该在系统工程规划的早期考虑。

卫星产业日系列2022

在罗德与施瓦茨即将举行的卫星工业日系列网络研讨会上，将讨论LEO卫星通信的挑战和其他主题。四场免费虚拟活动中的第一场将于22日举行^nd会议将重点介绍卫星和空间技术的最新发展和应用。

与行业合作伙伴和领先专家共同举办的活动将使参与者能够与专家进行虚拟会面，并讨论以下主题:

• 1^圣事件:新的空间卫星星座的挑战
• 2^nd活动:非地面网络和卫星5G /物联网的未来步骤
• 3.^{理查德·道金斯}事件:下一代卫星设计和量子密码学
• 4^th事件:开发高通量和非常高通量卫星设计

第一个活动“新空间卫星星座的挑战”将集中讨论如何在全球范围内规划可靠的卫星链路和优化应答器使用的挑战，即使是大型卫星网络。此外，课题还包括小卫星的生产和测试，相控阵天线的自适应波束转向和波束形成，基于液晶的天线设计以及波束和簇跳系统的优化。

有关2022年免费卫星工业日系列活动的进一步信息和注册，请访问:https://www.rohde-schwarz.com/aerospace-defense/satellite-days

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