航天工业大众化推动了卫星应用的快速发展。

数据表明，未来67%卫星任务将由星座驱动，改变目前由单星完成服务的现状，这意味着单一GEO卫星通信逐渐转向低轨卫星星座与蜂窝网络的结合。另外，卫星互联网成为中国新基建规划的一部分，卫星的批量生产与测试技术发展方向也引发了业界的热烈讨论。

对于在航空航天行业拥有超过40年经验的NI而言，如何助力客户从容面对这些挑战？在《硬核系列 | NI航空航天线上论坛》第二期，NI专家——亚太区商业航天行业负责人刘金龙、高级应用工程师郭放，正结合NI与领先客户的丰富实践，为您重磅解读卫星测试及低轨卫星通信与5G融合的关键技术、卫星通信链路及信道仿真解析等趋势话题。

01

卫星通信与5G原型仿真

一般而言，通信过程涉及物理层、链路层、网络层、应用层等多个层级。目前，NI解决方案的主要着力点是在物理层。卫星通信大致上可以分为两条链路，一条是信关站与卫星之间的馈电链路，业界一般沿用卫星通信主流的DVB通信体制；另一条则是卫星到用户终端的服务链路，这一部分则是多种通信体制并存的市场现状。因此，不少专家学者及单位开始提出，将“5G NR”这一地面蜂窝网络技术引入其中，这也驱动了低轨卫星通信与5G融合的相关技术讨论。

当然，考虑到星地信道的特点，相关的原型仿真也需要随之修改。在宽带星地信道模拟上，例如针对系统/网络级仿真，可与NI现有端到端通信原型系统（DVB、MF-TDMA、4G-LTE、5G-NR）结合，仿真验证整个网络系统性能；针对链路级仿真，可在实验室内模拟外场环境，验证测试卫星通信载荷或地面终端实际性能。

当然，在技术融合的过程中仍有不少的挑战有待解决，例如5G NR用于卫星通信的关键技术挑战就是工程师研讨的焦点，例如——

01

物理层波形、算法

·大多普勒频移

·基于多波束的验证

·功率受限

02

随机接入过程

·定时提前

·随机接入算法

03

动态调度过程

·MAC调度

·HARQ

·干扰信号源

·频率管理与干扰

对此，NI已经推出基于MATLAB与NI SDR硬件的5G非地面通信半实物原型系统。该系统不仅结合了MATLAB软件仿真的快捷性，还具备硬件模拟实际通信过程的能力，可谓5G NR通信研究的“神器”~

一方面，通过MATLAB能够方便、快捷地调整各类参数，实现不同卫星通信需求的定制化设计；另一方面，利用PXI与VST模拟基站、利用USRP模拟多个终端用户，采用硬件信号触发实现帧同步，从而精准模拟基站与多用户之间的通信交互过程。NI还加入了信道模拟器，通过专用同步信号实现与宽带星地信道模拟器的同步，可帮助客户快速搭建测试系统。

02

卫星批产自动化测试

不仅是通信原型技术验证，加速卫星批量生产自动化测试也是NI灵活软硬件平台的应用重点。

卫星姿态与轨道控制仿真系统，这是判断卫星工作状态的一个关键测试设备。在进行地面测试时，工程人员需要通过仿真系统来模拟实现卫星的敏感器、执行器以及动力学模型空间环境等一系列的特性。NI的解决方案则是通过PXI硬件结合VeriStand软件来实现，目前已在多个主流客户的系统中应用。

卫星TT&C遥测遥控地面测试系统，也是NI备受欢迎的解决方案。这是NI投入多年的地面测试系统，基于射频前端的硬件以及高性能FPGA的处理能力来构建，已支持各类丰富的测控体制，如UCB、USB、扩频测控体制、中继测控、测控数传一体化等，属于业界相对成熟的解决方案。此外，NI还在推进低轨卫星在轨测控（TT&C）及高速数传（HDR）的创新应用，通过自主开发频偏捕获算法抑制大多普勒偏差；针对低轨卫星过顶时间短的特点，集成数据流盘与回放系统，加速地面测控站系统调制周期，可实现卫星地面站测控管理软件实现7*24无人值守自动运行。

拥有上述众多测试系统解决方案，NI逐渐形成面向量产的自动化测试架构，致力于为航空航天行业客户提供先进、灵活、高效的测试解决方案。限于篇幅，众多NI卫星应用的测试系统方案无法一一列举。

卫星通信&卫星互联网背后的卫星测试与仿真

时间：2022年07月04日

分享到