本文聯(lián)合作者：王嵩、劉曉普

我國近期發(fā)布了國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十五個五年規(guī)劃，提出了在“十五五“期間培育多個新質(zhì)生產(chǎn)力相關(guān)的萬億產(chǎn)值新產(chǎn)業(yè)，商業(yè)航天位列其中。8月27日，工信部發(fā)布《關(guān)于優(yōu)化業(yè)務(wù)準入促進衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》，提出到2030年發(fā)展衛(wèi)星通信用戶超千萬的目標。在國家的大力支持下，為實現(xiàn)預定目標，以低軌衛(wèi)星通信為核心的商業(yè)航天，首先要完成衛(wèi)星基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。因此，衛(wèi)星的大規(guī)模制造勢在必行。

傳統(tǒng)的衛(wèi)星制造產(chǎn)業(yè)鏈將過渡到適合低軌大規(guī)模星座的批量制造，我國的在ITU申報的兩個低軌星座分別為12992顆和12000顆。根據(jù)國際其他低軌星座目前運營情況和軌道氣動阻力的影響，低軌衛(wèi)星的設(shè)計壽命通常認為是3-10年，各類故障和宇宙環(huán)境導致的異常離軌率約為3%-7%，初步預計年運營補充率約大于10%?？紤]到衛(wèi)星運行的宇宙環(huán)境，衛(wèi)星行業(yè)一直有“Test As You Fly”的理念，可譯為“真實工況測試”，希望通過充分的測試來保障衛(wèi)星長期運行的高可靠性，通常涉及器件篩選、環(huán)境試驗等測試。在器件測試后，整星的AIT組裝同樣需要根據(jù)低軌通信的需求深度調(diào)整測試范式。

羅德與施瓦茨公司與全球的航天科技企業(yè)保持了數(shù)十年的密切合作，深刻理解衛(wèi)星行業(yè)的技術(shù)迭代，近期對頻譜儀和信號源產(chǎn)品進行了升級，以適配低軌衛(wèi)星的爆發(fā)式發(fā)展。

PART-01

衛(wèi)星載荷和組件測試

目前的衛(wèi)星系統(tǒng)需要滿足未來需求，以便與現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)和新興無線技術(shù)完全兼容。從彎管式或數(shù)字透明式有效載荷到數(shù)字再生式有效載荷的技術(shù)演進提高了系統(tǒng)容量和靈活性， 也增加了測試復雜性。再生式轉(zhuǎn)發(fā)器包含多個附加功能，例如數(shù)字信號解調(diào)、基帶信號處理、切換以及信號調(diào)制。衛(wèi)星制造企業(yè)需要全面測試射頻通信系統(tǒng)和組件，確保全天候連續(xù)運行和高質(zhì)量服務(wù)。另一方面，由于上行鏈路和下行鏈路波束總數(shù)的增加所帶來系統(tǒng)復雜性的顯著提高（上行鏈路的單路數(shù)字數(shù)據(jù)流對應下行鏈路的多路數(shù)據(jù)流），衛(wèi)星設(shè)備制造商需要縮短測試時間并降低相關(guān)測試成本。要解決這些問題，就需要兼具高測量性能和可重復性的解決方案，以便簡單、快速且可重復地開展測試和測量。

星載荷射頻架構(gòu)示意圖

針對透明轉(zhuǎn)發(fā)或再生式的有效載荷，羅德與施瓦茨提供完整的測試儀表組合方法，支持客戶在AIT前完成有效載荷的組件測試。測試方法及儀表選擇如下：

1. 群延時測量：

?使用頻譜分析儀和信號發(fā)生器測量轉(zhuǎn)發(fā)器模塊與變頻器群延時。

? 在無需接入本振的情況下使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)測量變頻器的群延時

2. 線性度和增益轉(zhuǎn)移測量：

?使用矢量信號發(fā)生器和頻譜分析儀測量線性度與增益轉(zhuǎn)移

3. 噪聲功率比(NPR)：

?使用R&SSMW-K61和R&SFSW進行NPR測量

4. 信號質(zhì)量測量：

?R&SFSW-K70矢量信號分析(VSA)選件可輕松讀取EVM、BER、信號幅度和相位等參數(shù)，以驗證驗證衛(wèi)星鏈路的質(zhì)量。

5. OFDM信號生成和分析：

?R&SSMW-K114 OFDM信號生成選件非常適合生成基于自定義OFDM的波形。

6.雜散測量：

?R&SFSW-K50雜散測量應用可通過創(chuàng)新的三步法檢測并確定雜散。

7. 噪聲系數(shù)和增益測量：

?使用R&SFSx-K30應用固件測量噪聲系數(shù)和增益。

8. 放大器和混頻器噪聲系數(shù)測量：

?R&SZNA-K30選件可以分析放大器、變頻器和收發(fā)模塊的噪聲系數(shù)。

9. 熱真空腔測試：

?R&SZN-Z33自動校準單元專用于TVAC內(nèi)部操作，可隨時進行校準

? TVAC功率探頭可以在TVAC條件下在TVAC中進行常規(guī)功率測量。

10. 數(shù)字接口測試：

?配備四信道R&SRTP示波器的調(diào)試測試裝置。

PART-02

整星電測

無論是透明轉(zhuǎn)發(fā)還是再生架構(gòu)，NTN的終端(UE)接入更為復雜，增加了星載基站（gNB）、信關(guān)站（NTN網(wǎng)關(guān)）、測控鏈路等環(huán)節(jié)，會顯著影響接入過程并由非線性器件帶來系統(tǒng)整體時延、信號質(zhì)量EVM和頻率準確度等問題。與傳統(tǒng)的衛(wèi)星測試比較，NTN衛(wèi)星帶來了諸多新的測試挑戰(zhàn)。需要對衛(wèi)星組件在不同工況(發(fā)射功率、溫度等)和真實信號（寬帶數(shù)字信號）下的時延、群時延和EVM進行完整測試，以確保級聯(lián)后的參數(shù)指標符合要求，傳統(tǒng)的模擬信號測試已不能表征組件在NTN架構(gòu)下的性能要求。羅德與施瓦茨在全球5G及衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈測試領(lǐng)域廣泛應用且廣受用戶好評的FSW頻譜信號分析儀及SMW200A矢量信號源具備多個專用選件，特別是根據(jù)3GPP NTN標準不斷升級的一致性測試選件，可準確、高效地測試NTN衛(wèi)星組件并確保其符合一致性要求。

衛(wèi)星載荷組件測試儀表搭建

衛(wèi)星載荷組件測試項與界面舉例

在FSW和SMA200A的支持下，NTN衛(wèi)星器件、組件、模組和整星的產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均可實現(xiàn)同一套儀表射頻與矢量參數(shù)對齊、準確測試及可回溯，并確保衛(wèi)星整星的高質(zhì)量交付與在軌驗證（FSW和SMW200A可用于低軌的在軌測試，詳見“【行業(yè)方案】| 羅德與施瓦茨發(fā)布全新低軌衛(wèi)星在軌測試解決方案”）。

綜合上述背景，NTN低軌衛(wèi)星的整星電測面臨的部分測試挑戰(zhàn)如下：

? 需要結(jié)合真實星歷與UE位置的信道特性仿真，用于驗證gNB對動態(tài)多普勒頻偏與動態(tài)時延補償效果

? 需要具備NTP授時與GNSS秒脈沖同步、并且具有絕對時間觸發(fā)的測試系統(tǒng)，完成多模組協(xié)同時延測試，用以測定系統(tǒng)固定時延以便gNB完成實時補償

? 跳波束的時延測試，用以確定系統(tǒng)整體時延用于系統(tǒng)補充

? 信關(guān)站、衛(wèi)星載荷、終端的整體EVM測定，已確保通信信號質(zhì)量

? 實現(xiàn)在信關(guān)站、整星、終端和遙測鏈路的全連接聯(lián)動測試

羅德與施瓦茨為解決產(chǎn)業(yè)界難題，對FSW和SMW200A系列儀表進行了全新升級，具備完善的絕對時間觸發(fā)邏輯和相關(guān)硬件配置，實現(xiàn)了對NTN整星的全功能測試。

NTN 低軌整星電測儀表連接邏輯圖

使用儀表為R&S FSW頻譜信號分析儀, SMW200A多通道矢量信號源，RTO6示波器和NGP800電源。

上中標記有信號的位置均為信號射頻和矢量測試點，可測定不同組件射頻與信號質(zhì)量，驗證其是否滿足設(shè)計要求或產(chǎn)線測試項。

測試項目（包括但不限于）：

?各測試點的頻率準確度

?各測試點損耗

?各測試點EVM（均使用3GPP 5GNR NTN選件測試，符合3GPP一致性要求）

?各測試點與UE/gNB處的絕對時延

?跳波束實時性（延時）測試

PART-03

AIT測試聯(lián)調(diào)與優(yōu)化

衛(wèi)星AIT（Assembly Integration and Test）的總裝、集成與試驗任務(wù)是一個由衛(wèi)星總體設(shè)計部門牽頭，多個部門協(xié)同、多個角色分工、多人參與的復雜過程。整個過程涉及的單位包括衛(wèi)星總體設(shè)計部門、衛(wèi)星總裝部門、衛(wèi)星測試部門、衛(wèi)星試驗部門和衛(wèi)星分系統(tǒng)單位等，各部門在各階段間的工作接口及分工界面復雜，極容易產(chǎn)生對技術(shù)狀態(tài)的理解偏差。由于低軌衛(wèi)星對通信質(zhì)量的高要求，越來越多的總體部門都有要求使用EVM來描述分系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)。但在上一部分的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)圖中可以看到，AIT時各類測試線纜和連接器件會臨時安裝在聯(lián)調(diào)系統(tǒng)，這將導致系統(tǒng)的真實參數(shù)難以被表征出來。經(jīng)常出現(xiàn)，分系統(tǒng)測試合格，但聯(lián)調(diào)時不合格的問題。

衛(wèi)星AIT中的典型連圖與測試點示意

面對此類AIT聯(lián)調(diào)的問題，需將測試點移動到上圖比較的理想測試點并消除連接器和線纜造成的頻響失真。修正方式如下圖：

為矯正頻響，羅德與施瓦茨推出了針對的AIT場景的頻譜儀頻響修正選件，可通過矢網(wǎng)對組件進行S參數(shù)測量，并將S參數(shù)導入測試用信號源和頻譜儀，儀表可自動補償執(zhí)行的測量影響。

經(jīng)自動補償后的EVM測試結(jié)果對比圖如下：

面對大規(guī)模低軌星座帶來的顛覆性產(chǎn)業(yè)變革，羅德與施瓦茨愿與產(chǎn)業(yè)鏈的合作伙伴在低軌終端、衛(wèi)星器件組件、整星、相控陣天線和在軌等方面的測試為基礎(chǔ)，共同推動產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展。

羅德與施瓦茨業(yè)務(wù)涵蓋測試測量、技術(shù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全，致力于打造一個更加安全、互聯(lián)的世界。成立 90 多年來，羅德與施瓦茨作為全球科技集團，通過發(fā)展尖端技術(shù)，不斷突破技術(shù)界限。公司領(lǐng)先的產(chǎn)品和解決方案賦能眾多行業(yè)客戶，助其獲得數(shù)字技術(shù)領(lǐng)導力。羅德與施瓦茨總部位于德國慕尼黑，作為一家私有企業(yè)，公司在全球范圍內(nèi)獨立、長期、可持續(xù)地開展業(yè)務(wù)。