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(jì)和社會(huì)發(fā)展第十五個(gè)五年規(guī)劃，提出了在“十五五“期間培育多個(gè)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(zhǔn)入促進(jìn)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出到2030年發(fā)展衛(wèi)星通信用戶超千萬的目標(biāo)。在國家的大力支持下，為實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)，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(shì)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(bào)的兩個(gè)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(yùn)營情況和軌道氣動(dòng)阻力的影響，低軌衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命通常認(rèn)為是3-10年，各類故障和宇宙環(huán)境導(dǎo)致的異常離軌率約為3%-7%，初步預(yù)計(jì)年運(yùn)營補(bǔ)充率約大于10%。考慮到衛(wèi)星運(yùn)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(shí)工況測(cè)試”，希望通過充分的測(cè)試來保障衛(wèi)星長(zhǎng)期運(yùn)行的高可靠性，通常涉及器件篩選、環(huán)境試驗(yàn)等測(cè)試。在器件測(cè)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(cè)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(duì)頻譜儀和信號(hào)源產(chǎn)品進(jìn)行了升級(jí)，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(cè)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(jìn)提高了系統(tǒng)容量和靈活性， 也增加了測(cè)試復(fù)雜性。再生式轉(zhuǎn)發(fā)器包含多個(gè)附加功能，例如數(shù)字信號(hào)解調(diào)、基帶信號(hào)處理、切換以及信號(hào)調(diào)制。衛(wèi)星制造企業(yè)需要全面測(cè)試射頻通信系統(tǒng)和組件，確保全天候連續(xù)運(yùn)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(fù)雜性的顯著提高（上行鏈路的單路數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流對(duì)應(yīng)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(cè)試時(shí)間并降低相關(guān)測(cè)試成本。要解決這些問題，就需要兼具高測(cè)量性能和可重復(fù)性的解決方案，以便簡(jiǎn)單、快速且可重復(fù)地開展測(cè)試和測(cè)量。

星載荷射頻架構(gòu)示意圖

針對(duì)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(cè)試儀表組合方法，支持客戶在AIT前完成有效載荷的組件測(cè)試。測(cè)試方法及儀表選擇如下：

1. 群延時(shí)測(cè)量：

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

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

2. 線性度和增益轉(zhuǎn)移測(cè)量：

?使用矢量信號(hào)發(fā)生器和頻譜分析儀測(cè)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(jìn)行NPR測(cè)量

4. 信號(hào)質(zhì)量測(cè)量：

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

5. OFDM信號(hào)生成和分析：

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

6.雜散測(cè)量：

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

7. 噪聲系數(shù)和增益測(cè)量：

?使用R&SFSx-K30應(yīng)用固件測(cè)量噪聲系數(shù)和增益。

8. 放大器和混頻器噪聲系數(shù)測(cè)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(cè)試：

?R&SZN-Z33自動(dòng)校準(zhǔn)單元專用于TVAC內(nèi)部操作，可隨時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)

? TVAC功率探頭可以在TVAC條件下在TVAC中進(jìn)行常規(guī)功率測(cè)量。

10. 數(shù)字接口測(cè)試：

?配備四信道R&SRTP示波器的調(diào)試測(cè)試裝置。

PART-02

整星電測(cè)

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(fù)雜，增加了星載基站（gNB）、信關(guān)站（NTN網(wǎng)關(guān)）、測(cè)控鏈路等環(huán)節(jié)，會(huì)顯著影響接入過程并由非線性器件帶來系統(tǒng)整體時(shí)延、信號(hào)質(zhì)量EVM和頻率準(zhǔn)確度等問題。與傳統(tǒng)的衛(wèi)星測(cè)試比較，NTN衛(wèi)星帶來了諸多新的測(cè)試挑戰(zhàn)。需要對(duì)衛(wèi)星組件在不同工況(發(fā)射功率、溫度等)和真實(shí)信號(hào)（寬帶數(shù)字信號(hào)）下的時(shí)延、群時(shí)延和EVM進(jìn)行完整測(cè)試，以確保級(jí)聯(lián)后的參數(shù)指標(biāo)符合要求，傳統(tǒng)的模擬信號(hào)測(cè)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(cè)試領(lǐng)域廣泛應(yīng)用且廣受用戶好評(píng)的FSW頻譜信號(hào)分析儀及SMW200A矢量信號(hào)源具備多個(gè)專用選件，特別是根據(jù)3GPP NTN標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)的一致性測(cè)試選件，可準(zhǔn)確、高效地測(cè)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(cè)試儀表搭建

衛(wèi)星載荷組件測(cè)試項(xiàng)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(shí)現(xiàn)同一套儀表射頻與矢量參數(shù)對(duì)齊、準(zhǔn)確測(cè)試及可回溯，并確保衛(wèi)星整星的高質(zhì)量交付與在軌驗(yàn)證（FSW和SMW200A可用于低軌的在軌測(cè)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(cè)試解決方案”）。

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

? 需要結(jié)合真實(shí)星歷與UE位置的信道特性仿真，用于驗(yàn)證gNB對(duì)動(dòng)態(tài)多普勒頻偏與動(dòng)態(tài)時(shí)延補(bǔ)償效果

? 需要具備NTP授時(shí)與GNSS秒脈沖同步、并且具有絕對(duì)時(shí)間觸發(fā)的測(cè)試系統(tǒng)，完成多模組協(xié)同時(shí)延測(cè)試，用以測(cè)定系統(tǒng)固定時(shí)延以便gNB完成實(shí)時(shí)補(bǔ)償

? 跳波束的時(shí)延測(cè)試，用以確定系統(tǒng)整體時(shí)延用于系統(tǒng)補(bǔ)充

? 信關(guān)站、衛(wèi)星載荷、終端的整體EVM測(cè)定，已確保通信信號(hào)質(zhì)量

? 實(shí)現(xiàn)在信關(guān)站、整星、終端和遙測(cè)鏈路的全連接聯(lián)動(dòng)測(cè)試

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

NTN 低軌整星電測(cè)儀表連接邏輯圖

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

上中標(biāo)記有信號(hào)的位置均為信號(hào)射頻和矢量測(cè)試點(diǎn)，可測(cè)定不同組件射頻與信號(hào)質(zhì)量，驗(yàn)證其是否滿足設(shè)計(jì)要求或產(chǎn)線測(cè)試項(xiàng)。

測(cè)試項(xiàng)目（包括但不限于）：

?各測(cè)試點(diǎn)的頻率準(zhǔn)確度

?各測(cè)試點(diǎn)損耗

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

?各測(cè)試點(diǎn)與UE/gNB處的絕對(duì)時(shí)延

?跳波束實(shí)時(shí)性（延時(shí)）測(cè)試

PART-03

AIT測(cè)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(yàn)任務(wù)是一個(gè)由衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)部門牽頭，多個(gè)部門協(xié)同、多個(gè)角色分工、多人參與的復(fù)雜過程。整個(gè)過程涉及的單位包括衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)部門、衛(wèi)星總裝部門、衛(wèi)星測(cè)試部門、衛(wèi)星試驗(yàn)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(fù)雜，極容易產(chǎn)生對(duì)技術(shù)狀態(tài)的理解偏差。由于低軌衛(wèi)星對(duì)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(shí)各類測(cè)試線纜和連接器件會(huì)臨時(shí)安裝在聯(lián)調(diào)系統(tǒng)，這將導(dǎo)致系統(tǒng)的真實(shí)參數(shù)難以被表征出來。經(jīng)常出現(xiàn)，分系統(tǒng)測(cè)試合格，但聯(lián)調(diào)時(shí)不合格的問題。

衛(wèi)星AIT中的典型連圖與測(cè)試點(diǎn)示意

面對(duì)此類AIT聯(lián)調(diào)的問題，需將測(cè)試點(diǎn)移動(dòng)到上圖比較的理想測(cè)試點(diǎn)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(duì)的AIT場(chǎng)景的頻譜儀頻響修正選件，可通過矢網(wǎng)對(duì)組件進(jìn)行S參數(shù)測(cè)量，并將S參數(shù)導(dǎo)入測(cè)試用信號(hào)源和頻譜儀，儀表可自動(dòng)補(bǔ)償執(zhí)行的測(cè)量影響。

經(jīng)自動(dòng)補(bǔ)償后的EVM測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖如下：

面對(duì)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(cè)試為基礎(chǔ)，共同推動(dòng)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(cè)試測(cè)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(gè)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(tuán)，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(dǎo)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(dú)立、長(zhǎng)期、可持續(xù)地開展業(yè)務(wù)。