航天工業(yè)大眾化推動(dòng)了衛(wèi)星應(yīng)用的快速發(fā)展。

數(shù)據(jù)表明，未來67%衛(wèi)星任務(wù)將由星座驅(qū)動(dòng)，改變目前由單星完成服務(wù)的現(xiàn)狀，這意味著單一GEO衛(wèi)星通信逐漸轉(zhuǎn)向低軌衛(wèi)星星座與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。另外，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)成為中國新基建規(guī)劃的一部分，衛(wèi)星的批量生產(chǎn)與測試技術(shù)發(fā)展方向也引發(fā)了業(yè)界的熱烈討論。

對于在航空航天行業(yè)擁有超過40年經(jīng)驗(yàn)的NI而言，如何助力客戶從容面對這些挑戰(zhàn)？在《硬核系列 | NI航空航天線上論壇》第二期，NI專家——亞太區(qū)商業(yè)航天行業(yè)負(fù)責(zé)人劉金龍、高級應(yīng)用工程師郭放，正結(jié)合NI與領(lǐng)先客戶的豐富實(shí)踐，為您重磅解讀衛(wèi)星測試及低軌衛(wèi)星通信與5G融合的關(guān)鍵技術(shù)、衛(wèi)星通信鏈路及信道仿真解析等趨勢話題。

01衛(wèi)星通信與5G原型仿真

一般而言，通信過程涉及物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等多個(gè)層級。目前，NI解決方案的主要著力點(diǎn)是在物理層。衛(wèi)星通信大致上可以分為兩條鏈路，一條是信關(guān)站與衛(wèi)星之間的饋電鏈路，業(yè)界一般沿用衛(wèi)星通信主流的DVB通信體制；另一條則是衛(wèi)星到用戶終端的服務(wù)鏈路，這一部分則是多種通信體制并存的市場現(xiàn)狀。因此，不少專家學(xué)者及單位開始提出，將“5G NR”這一地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入其中，這也驅(qū)動(dòng)了低軌衛(wèi)星通信與5G融合的相關(guān)技術(shù)討論。

低軌衛(wèi)星通信與5G融合

當(dāng)然，考慮到星地信道的特點(diǎn)，相關(guān)的原型仿真也需要隨之修改。在寬帶星地信道模擬上，例如針對系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)級仿真，可與NI現(xiàn)有端到端通信原型系統(tǒng)（DVB、MF-TDMA、4G-LTE、5G-NR）結(jié)合，仿真驗(yàn)證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能；針對鏈路級仿真，可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬外場環(huán)境，驗(yàn)證測試衛(wèi)星通信載荷或地面終端實(shí)際性能。

低軌衛(wèi)星通信與5G融合原型仿真過程

當(dāng)然，在技術(shù)融合的過程中仍有不少的挑戰(zhàn)有待解決，例如5G NR用于衛(wèi)星通信的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)就是工程師研討的焦點(diǎn)，例如——01物理層波形、算法

·大多普勒頻移

·基于多波束的驗(yàn)證

·功率受限

02隨機(jī)接入過程

·定時(shí)提前

·隨機(jī)接入算法

03動(dòng)態(tài)調(diào)度過程

·MAC調(diào)度

·HARQ

·干擾信號源

·頻率管理與干擾

對此，NI已經(jīng)推出基于MATLAB與NI SDR硬件的5G非地面通信半實(shí)物原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅結(jié)合了MATLAB軟件仿真的快捷性，還具備硬件模擬實(shí)際通信過程的能力，可謂5G NR通信研究的“神器”~

一方面，通過MATLAB能夠方便、快捷地調(diào)整各類參數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同衛(wèi)星通信需求的定制化設(shè)計(jì)；另一方面，利用PXI與VST模擬基站、利用USRP模擬多個(gè)終端用戶，采用硬件信號觸發(fā)實(shí)現(xiàn)幀同步，從而精準(zhǔn)模擬基站與多用戶之間的通信交互過程。NI還加入了信道模擬器，通過專用同步信號實(shí)現(xiàn)與寬帶星地信道模擬器的同步，可幫助客戶快速搭建測試系統(tǒng)。

02衛(wèi)星批產(chǎn)自動(dòng)化測試

不僅是通信原型技術(shù)驗(yàn)證，加速衛(wèi)星批量生產(chǎn)自動(dòng)化測試也是NI靈活軟硬件平臺(tái)的應(yīng)用重點(diǎn)。

衛(wèi)星姿態(tài)與軌道控制仿真系統(tǒng)，這是判斷衛(wèi)星工作狀態(tài)的一個(gè)關(guān)鍵測試設(shè)備。在進(jìn)行地面測試時(shí)，工程人員需要通過仿真系統(tǒng)來模擬實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的敏感器、執(zhí)行器以及動(dòng)力學(xué)模型空間環(huán)境等一系列的特性。NI的解決方案則是通過PXI硬件結(jié)合VeriStand軟件來實(shí)現(xiàn)，目前已在多個(gè)主流客戶的系統(tǒng)中應(yīng)用。

衛(wèi)星TT&C遙測遙控地面測試系統(tǒng)，也是NI備受歡迎的解決方案。這是NI投入多年的地面測試系統(tǒng)，基于射頻前端的硬件以及高性能FPGA的處理能力來構(gòu)建，已支持各類豐富的測控體制，如UCB、USB、擴(kuò)頻測控體制、中繼測控、測控?cái)?shù)傳一體化等，屬于業(yè)界相對成熟的解決方案。此外，NI還在推進(jìn)低軌衛(wèi)星在軌測控（TT&C）及高速數(shù)傳（HDR）的創(chuàng)新應(yīng)用，通過自主開發(fā)頻偏捕獲算法抑制大多普勒偏差；針對低軌衛(wèi)星過頂時(shí)間短的特點(diǎn)，集成數(shù)據(jù)流盤與回放系統(tǒng)，加速地面測控站系統(tǒng)調(diào)制周期，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星地面站測控管理軟件實(shí)現(xiàn)7*24無人值守自動(dòng)運(yùn)行。

NI地面站管理系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)7*24無人值守自動(dòng)運(yùn)行

擁有上述眾多測試系統(tǒng)解決方案，NI逐漸形成面向量產(chǎn)的自動(dòng)化測試架構(gòu)，致力于為航空航天行業(yè)客戶提供先進(jìn)、靈活、高效的測試解決方案。限于篇幅，眾多NI衛(wèi)星應(yīng)用的測試系統(tǒng)方案無法一一列舉。