揭祕低軌衛星星座，你瞭解多少?

早在40年前摩托羅拉公司希望設計一款具有星間鏈路和星上處理能力的低軌通信衛星星座——銥星(Irid⁃ium)系統，相當於把地面蜂窩網倒置在太空，面向全球提供移動話音服務。但是該系統並未獲得成功，但從那時起就有了互聯網星座的概念。

自2015年Elon Mask提出發射1.2萬顆衛星覆蓋全球的星鏈計劃（Starlink）以來，全球掀起了商業衛星和低軌星座建設熱潮。他的SpaceX公司從2019年5月開始衛星發射，截止2020年3月18日，已經成功發射6次合計360顆衛星入軌，按照目前每隔2~3周進行一次“一箭60星”發射的速度，行業內預計2020年底或將擁有1600顆衛星，成為全球最大的衛星運營公司，比現有任何國家的衛星數量都要多。

據最新報道，SpaceX的主要競爭對手之一軟銀等投資的OneWeb宣佈破產保護。儘管如此，我們堅信當前的低軌衛星星座的熱潮不會退去，重蹈20年前銥星建設的覆轍，它將是一個真正實現天地網絡一體融合、全球互聯、並帶來消費升級的全新物種。它將在目前加速鋪開的5G地面網絡、高軌高通量通信衛星商業服務的基礎上帶來新的消費增量，這種改變將最終滲透到老百姓生活的方方面面，其意義將不亞於GPS和北斗。

行業有專家通過分析認為，

Starlink有望成功的商業變革是：

1) 與Tesla相結合，通過電動車+衛星互聯網的垂直整合，為智能出行行業帶來下一波革命浪潮。

短期更直接的商業機會是：

2) 把握政府、海事、飛機等企業專網從語音到寬帶數據的升級機會，取代銥星成為全球最大的衛星專網運營商。

在這些巨大的市場變化背後，究竟隱藏著哪些技術革命呢?

星鏈(Starlink)的競爭優勢在於:

1）自研的獵鷹系列運載火箭帶來的發射成本優勢

2）“一箭60星”的發射技術

3）大批量生產大幅降低衛星製造和成本

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據業界分析，在“獵鷹火箭”+“一箭60星”+“衛星大批量生產”的帶動下，Starlink單顆衛星的發射+製造成本只有153萬美元，是OneWeb的46%，未來隨著二級火箭再回收、衛星的輕量化生產，預計還能下降30%以上。

此外，公司從火箭研製，衛星研製，到發射服務的垂直整合的商業模式提高了衛星研製與發射組網的速度與靈活性，幫助公司不斷擴大與OneWeb等主要競爭對手在時間上的優勢。

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從當前的星座建設計劃來看，其需要克服的困難、技術上的突破和創新也是前所未有的：如流水線生產衛星，一箭數十顆甚至數百顆衛星的發射能力，超大型星座的測控、運控和管理等。

因此，想要達到這個願景需要以階梯式的發展模式實現，如先實現一箇中等規模的星座佈局，並優先服務於特定客戶（政府、航空、航海、地面電信運營商）等，隨著星座規模的逐漸擴大，各類成本逐漸降低，再逐步延伸到眾多C端用戶中。

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衛星作為一種在太空中工作的設備，發射之後，再也無法進行維修。這也是衛星項目始終都是在高成本運行的根本原因。

因此，在從研發到生產製造的整個生命週期中，對可靠性的要求還是非常高的。要知道高效、準確的測試測量，也是縮減衛星成本的關鍵步驟。

針對衛星測試技術，本文將提供以下素材，總有一款適合您：

1) 低軌衛星相控陣天線測試技術——應用文章

2) 低軌寬帶通信衛星信號監測系統方案——應用文章包含實際案例分析

3) 低軌衛星器件及收發系統調製質量測試方案——應用文章包含實際案例分析

4) 低軌衛星產業與是德科技衛星測試解決方案——技術講座

下面為您介紹三種衛星相關的測試方案

1. 低軌寬帶通信衛星相控陣天線測試挑戰

低軌寬帶通信衛星的相控陣天線和發射機、接收機的放大器射頻芯片直接物理鍵合到了一起，無法引出射頻測試接口，收發信機的測試都需要在空口（OTA）進行。

除了需要測試傳統的天線性能，如工作頻率、增益、極化、方向圖、發射EIRP、接收G/T等參數之外，還需要在空口測量收發信機的調製解調性能，如ACPR（鄰道抑制比）和EVM（矢量誤差幅度），還有更高層的信令測試，如吞吐量、阻塞率、時延等。

低軌寬帶通信衛星採用頻率更高的Ku/Ka/Q/V頻段來滿足大帶寬的應用需求，對測試儀器在毫米波頻段的射頻性能（如動態範圍、本底EVM）提出了更高的要求。

空口測試需要在產品的整個生命週期進行，大量的測試要求極高的測試效率。

2. 低軌寬帶通信衛星天線測試方案（包含近場遠場緊縮場）

使用多端口PXI矢網，可以不用開關矩陣切換被測天線的不同輸出通道分別採集，而是用多個並行工作的接收機同時採集所有被測天線輸出通道的數據，減少了一個掃描維度，從而可以把測試時間縮短一個數量級（取決於被測相控陣天線的輸出通道數）。

1. 低軌寬帶通信衛星信號監測的挑戰

低軌寬帶衛星不管是衛星數量，軌道高度，以及與地球的相對速度，都與傳統的靜止軌道有很大的區別。低軌寬帶衛星的軌道高度多為1000多公里，幾十分鐘繞地球一圈，衛星相對地球處於高速移動中，每顆衛星的過頂時間也很短，一般只有幾分鐘，這對衛星地面站的信號監測提出了極大的挑戰。同時，地面上潛在的干擾源數量也逐步增多，5G NR基站的進一步鋪開，多種頻段雷達的並存等，都對衛星信號的監測提出了極高的要求。

為了保障衛星信號的服務質量，維護服務設備的正常運轉，需要對衛星信號進行7/24小時的信號監測。Keysight的衛星信號監測方案可以實現全自動的衛星信號監測，識別當前的能量信息，對長時間的監測數據進行分析，對衛星信號的解調，干擾識別等，實現全方面、多個維度的衛星信號監測。

2. Keysight基於PXIe頻譜分析儀的衛星信號監測方案的特色主要在於：

通過使用多路PXIe頻譜分析儀的配置，可以對衛星信號進行6路高速的並行監測，頻率高達50GHz.

高性能：儀器優秀的底噪-158 dBm/Hz和1GHz的分析帶寬決定了可以提供更高的性能對衛星信號進行監測。

監測設備的掃描速度決定了信號監測的截獲概率。是德科技方案掃描速度可以達到40 GHz/s (測量值@10 kHz RBW)。

基於PXIe頻譜分析儀的衛星信號監測系統

Keysight基於手持表的信號監測方案特點為：

• 實時頻譜分析高達100 MHz帶寬。適用於監測突發，瞬態，脈衝，時分的干擾信號。目前衛星信號監測中，有很多類似這種瞬態、突發信號，實時頻譜測量是清晰測試這類干擾的最好方案。
• 儀表具有多種功能，例如頻譜分析，實時頻譜分析，干擾分析，信道掃描，IQ分析，脈衝測試，空口LTE、5G NR信號分析，以及線纜/天線測試，TDR, 矢量網絡分析，噪聲係數測試，遠距離傳輸分析等多種功能，特別適用於衛星地面站的信號監測測試以及多種外場測試。
• 儀表在設計上採用全封閉及可移除風扇的設計，防水防塵。
• 便攜，高容量電池設計，單塊電池4到5小時運行時間。

1. 低軌寬帶通信衛星系統調製質量的挑戰

低軌通信衛星採用了更大的系統帶寬和更為複雜的信號制式以提高系統速率。高頻、大帶寬、複雜的信號制式，以及不斷演進的行業標準也給測試帶來了更大的挑戰。與其他傳統地面通信系統類似，對系統中的功放，射頻鏈路以及發射機和接收機進行調製質量和解調性能的評估是衡量系統最終性能的重要依據。

以下將完整介紹完成上述測試需求的解決方案和測試結果實例供大家選型與參考。其中信號產生和信號分析平臺既可以完成放大器和變頻器等元器件的調製質量（EVM）和鄰道洩露（ACP）測試，也可以完成發射機整機的調製性能和接收機解調性能驗證。矢量網絡分析儀+ 矢量信號源的平臺則可以在兼顧元器件傳統物理參數的同時完成元器件的調製質量（EVM）和鄰道洩露（ACP）測試。

2. Keysight 提供了涵蓋寬帶矢量信號生成、解調分析和元器件測試的完整測試方案。

頻率可以覆蓋Ku/Ka/Q/V波段，帶寬最寬可達4 GHz；

支持低軌衛星備選的 DFT-S-OFDM (QPSK/8PSK) 和 DVB-S2 (QPSK/8PSK)信號制式，完美契合低軌衛星通信的地面站收發設備，星上轉發設備和用戶終端設備的性能評估要求。

為衛星及終端研發單位提供專業的支持，協助客戶完成低軌衛星關鍵器件的調製質量(EVM)性能評估。

/ 方案總結 /

關於是德科技

我們致力於幫助企業、服務提供商和政府客戶加速創新，創造一個安全互聯的世界。自 1939 年惠普公司成立，到 2014 年 11 月 1 日是德科技作為一家新電子測試測量公司獨立運營，我們繼續秉承不變的企業家精神和激情開啟新航程，鼓舞全球創新者，幫助他們實現超乎想象的目標。我們的解決方案旨在幫助客戶在 5G、汽車、物聯網、網絡安全等領域不斷創新。