今天与大家分享关于《低轨卫星信号在轨监测测试与分析》方案，其具备超多行业专用知识，一起来看看吧！
伴随美国Space X星链、华为Mate60卫星直连通信等卫星通信应用的迅速发展，对此关于卫星空间通信技术已成为全球科技产业的重点。巨型低轨卫星星座，把结合高轨卫星、导航卫星，深入融合6G等移动通信技术完成了天地一体化通信的技术构想。不管是政府监管机构或是商业运营机构，都将面临低轨卫星带来的空前绝后的测试测量与监测挑战：
●不断扩展的信号频率与带宽
●应对从L波段到Ka波段的不同电磁环境与空口监测要求
●低轨卫星快速追踪
●复杂电磁环境及干扰分析
●宽带信号记录与复杂信号分析
●覆盖全球区域的大量的信号监测及验证需求
接下来将以低轨卫星信号作为示例演示了从宽带接收机监测信号到后期的信号验证分析全过程，在此愿能够助力卫星监管及运营客户更好地完成低轨卫星星座的在轨监测、信号验证与分析业务。
罗德与施瓦茨针对低轨卫星在轨测试推出了以ESMW超宽带接收机、CA210信号分析软件与DDF550测向机为中心的模块化测试系统。ESMW超宽带接收机频段范围可至40GHz，实时带宽及可输出的数字中频带宽全部可达2GHz，与其配套的抛物面天线可追踪移动的低轨卫星，进而完成卫星下行信号的有效接收。接收机配套的全向天线能接收周边区域存在的卫星终端上行信号，在地势开阔的情况下接收半径可达10公里。ESMW把接收到的信号以数字中频的形式输出到中频记录仪进行存储，CA210信号分析软件能够分析存储的卫星信号，进而在时域、频域与调制域对信号进行分析。而对于卫星下行信号CA210可得到频点、带宽、电平、帧长、OFDM参数（其中包含符号时长、符号保护间隔时长、子载波数目、子载波调制方式）等参数；对于终端上行信号（此信号存在单次通话过程中频率切换的问题），软件可得到终端使用过的全部频点、带宽、电平、调制方式、符号速率等参数，此外可确定同一场景中并行存在的终端数目。同时系统配套的DDF550测向机可给出终端的地理位置及移动轨迹。
【低轨卫星模块化在轨测试系统外形图】
对此在最开始便以某低轨卫星下行信号为例来讲解下罗德与施瓦茨公司低轨卫星在轨测试系统的能力。利用抛物面天线、ESMW接收机及中频记录仪我们得知一段完整的该卫星下行信号。对此便可使用CA210信号分析软件读取此信号，查看信号频谱图与时频图如下所示：
【低轨卫星下行信号频谱图与时频图】
在最开始要测量信号的带宽，之后在时频图上选取一段信号我们便能得到此信号带宽为240 MHz。
【低轨卫星下行信号带宽】
之后我们采用CA210软件的自相关分析功能对选中的这段信号进行处理，从下图中的自相关结果中能够看出此信号存在明显相关峰，对此利用光标测量峰间距便可得出此信号的帧长为1.33 ms。
【低轨卫星下行信号自相关分析】
【使用光标测量帧长】
进一步分析此信号的OFDM参数，CA210循环自相关分析功能给出的OFDM符号总时长展现出规律相关峰，采用光标测量后OFDM符号时长（含保护间隔）为4.44us：
【OFDM符号总时长测量】
CA210的OFDM自相关分析给出的符号中数据体时长为4.267us：
【OFDM符号数据体时长测量】
根据上述可得出符号保护间隔时长为0.17 us：
【OFDM符号总时长、数据体时长与保护间隔时长测量值】
测量得出的一个OFDM符号时长为4.267us，而信号带宽为240 MHz，如果子载波资源全部得到并使用，便可把OFDM信号的采样率视为240 MSamples/s，所以在一个OFDM符号内总的采样点数为4.267*240=1024.08，取整后即一个符号时长内总共有1024个采样点。对此可按照下图所示的OFDM调制原理，基于在一个OFDM符号内，采样点数等于其子载波数目，所以对应的子载波数目（FFT点数）为1024。
【OFDM调制原理图
（源自《R&S CA210信号分析软件操作手册》）】
CA210具备OFDM测量参数正确性验证和调节功能，在参数列表中输入测量得到的信号参数，如采样率240 MSamples/s、子载波数目1024，符号保护时隙长度相应的采样点数为41（测量得到的符号保护时隙长度为0.17us，相应的采样点数为0.17*240=41）。之后将时频图上根据测量的帧长1.33 ms框选一帧信号交由CA210计算参数估计值相应的信号最大归一化相关测度均值与栅格，如下图所示。图中最大归一化相关测度均值出现多处随机峰，最大归一化相关测度栅格出现水平方向斜线。这种情况表明参数误差较大，应要进行参数调节。
备注：单帧信号的最大归一化相关测度均值为明显单峰、最大归一化相关测度栅格为垂线说明估计参数正确。面对多帧信号最大归一化相关测度均值为明显多峰、最大归一化相关测度栅格为多段交错垂线说明估计参数正确。
【保护时隙为41个采样点的OFDM参数估计误差】
在采样率、子载波数目与保护时隙长度三个参数内，将可能存在误差的参数为保护时隙长度，所以从正反两个方向调节此参数值，在此参数值为32即32/240=0.133的情况下，最大归一化相关测度均值与栅格均提示参数正确，误差极小，可参考下图。由此可确定保护时隙长度为0.133 us。按照新测出的保护时隙长度可更新符号总时长为0.133+4.267=4.4us。
【保护时隙为32个符号的OFDM参数估计误差】
按照被测信号的带宽与子载波数目，便可得出每个子载波的带宽约为240/1024=234 kHz。所以从信号边沿抽取一个子载波进行调制方式分析，最开始要查看其瞬时频率图：
【子载波瞬时频率图】
瞬时频率的直方分布没有出现具有一定频率间隔的相关峰，所以可排除FSK调制的可能。进一步再查看其瞬时相位图：
【子载波瞬时相位图】
瞬时相位图中除去相位畸变点，整体展现出规律性相位变化特征，可测得的最小相位步进约为60°，大多数最小相位步进在90° 10°的范围内，考虑到此信号为空间实际信号，所以能够判断被测信号采用了四相位调制。对此可再进一步查看信号的瞬时幅度图。
【子载波可测得的最小相位步进】
瞬时幅度图展现出幅度调制特征，结合四相位调制与瞬时频率的分析结果，所以被测样本应采用了QAM4调制。
【子载波瞬时幅度图】
根据上述测量过程，可以得出某低轨卫星宽带下行信号的频点、带宽、帧长、OFDM符号时长、OFDM符号保护间隔时长、OFDM子载波数目与子载波调制方式，进一步为后续OFDM信号解调提供了依据，也验证了罗德与施瓦茨公司低轨卫星在轨测试系统对卫星到终端下行宽带信号的接收和分析能力。
之后我们再选取某低轨卫星的终端上行信号完成分析验证。采用CA210软件回放ESMW接收到的终端信号我们可以观察出终端在通话过程中进行了多次频率切换：
【低轨卫星终端频率切换示意图】
【一同存在两部终端的场景（显示终端A频谱）】
【一同存在两部终端的场景（显示终端B频谱）】
进一步选取一部终端信号进行帧长分析：
【终端信号自相关分析结果图】
在上图中展示的分析结果图中采用光标可测量出终端信号的帧周期为90 ms，如下图所示：
【终端信号帧周期】
根据上图中使用光标还能够测量出终端信号时隙长度为8.28 ms，如下图所示：
【终端信号时隙长度】
对选取的信号进行自动调制分析，得出信号的调制方式为PSK4A，符号速率为50 kB。
【终端信号调制参数分析】
在ESMW接收到终端信号的同时，DDF550测向机还能对终端进行测向，基于终端存在频率切换的情况，所以需要将测向机工作调至宽带模式，同时提供80MHz带宽内各个信道的测向结果，进一步根据相邻信道来波方向的聚类结果确定卫星终端的方向、位置和移动轨迹。
依据上述情况，罗德与施瓦茨公司的模块化低轨卫星在轨测试系统能够实现卫星与终端间上下行信号的接收、存储、分析测试与终端定位，可获取信号的详实参数。
此外系统还能够完成众多甚高频频段、移动通信频段的无线电管理任务，大大提高了用户的资产使用价值。
想要了解更多实用知识的伙伴们可在后台留言进行讨论！如果有其他有趣的内容可分享出来一起了解，更多型号资料可在后台留言获得。
伴随美国Space X星链、华为Mate60卫星直连通信等卫星通信应用的迅速发展，对此关于卫星空间通信技术已成为全球科技产业的重点。巨型低轨卫星星座，把结合高轨卫星、导航卫星，深入融合6G等移动通信技术完成了天地一体化通信的技术构想。不管是政府监管机构或是商业运营机构，都将面临低轨卫星带来的空前绝后的测试测量与监测挑战：
●不断扩展的信号频率与带宽
●应对从L波段到Ka波段的不同电磁环境与空口监测要求
●低轨卫星快速追踪
●复杂电磁环境及干扰分析
●宽带信号记录与复杂信号分析
●覆盖全球区域的大量的信号监测及验证需求
接下来将以低轨卫星信号作为示例演示了从宽带接收机监测信号到后期的信号验证分析全过程，在此愿能够助力卫星监管及运营客户更好地完成低轨卫星星座的在轨监测、信号验证与分析业务。
罗德与施瓦茨针对低轨卫星在轨测试推出了以ESMW超宽带接收机、CA210信号分析软件与DDF550测向机为中心的模块化测试系统。ESMW超宽带接收机频段范围可至40GHz，实时带宽及可输出的数字中频带宽全部可达2GHz，与其配套的抛物面天线可追踪移动的低轨卫星，进而完成卫星下行信号的有效接收。接收机配套的全向天线能接收周边区域存在的卫星终端上行信号，在地势开阔的情况下接收半径可达10公里。ESMW把接收到的信号以数字中频的形式输出到中频记录仪进行存储，CA210信号分析软件能够分析存储的卫星信号，进而在时域、频域与调制域对信号进行分析。而对于卫星下行信号CA210可得到频点、带宽、电平、帧长、OFDM参数（其中包含符号时长、符号保护间隔时长、子载波数目、子载波调制方式）等参数；对于终端上行信号（此信号存在单次通话过程中频率切换的问题），软件可得到终端使用过的全部频点、带宽、电平、调制方式、符号速率等参数，此外可确定同一场景中并行存在的终端数目。同时系统配套的DDF550测向机可给出终端的地理位置及移动轨迹。
【低轨卫星模块化在轨测试系统外形图】
对此在最开始便以某低轨卫星下行信号为例来讲解下罗德与施瓦茨公司低轨卫星在轨测试系统的能力。利用抛物面天线、ESMW接收机及中频记录仪我们得知一段完整的该卫星下行信号。对此便可使用CA210信号分析软件读取此信号，查看信号频谱图与时频图如下所示：
【低轨卫星下行信号频谱图与时频图】
在最开始要测量信号的带宽，之后在时频图上选取一段信号我们便能得到此信号带宽为240 MHz。
【低轨卫星下行信号带宽】
之后我们采用CA210软件的自相关分析功能对选中的这段信号进行处理，从下图中的自相关结果中能够看出此信号存在明显相关峰，对此利用光标测量峰间距便可得出此信号的帧长为1.33 ms。
【低轨卫星下行信号自相关分析】
【使用光标测量帧长】
进一步分析此信号的OFDM参数，CA210循环自相关分析功能给出的OFDM符号总时长展现出规律相关峰，采用光标测量后OFDM符号时长（含保护间隔）为4.44us：
【OFDM符号总时长测量】
CA210的OFDM自相关分析给出的符号中数据体时长为4.267us：
【OFDM符号数据体时长测量】
根据上述可得出符号保护间隔时长为0.17 us：
【OFDM符号总时长、数据体时长与保护间隔时长测量值】
测量得出的一个OFDM符号时长为4.267us，而信号带宽为240 MHz，如果子载波资源全部得到并使用，便可把OFDM信号的采样率视为240 MSamples/s，所以在一个OFDM符号内总的采样点数为4.267*240=1024.08，取整后即一个符号时长内总共有1024个采样点。对此可按照下图所示的OFDM调制原理，基于在一个OFDM符号内，采样点数等于其子载波数目，所以对应的子载波数目（FFT点数）为1024。
【OFDM调制原理图
（源自《R&S CA210信号分析软件操作手册》）】
CA210具备OFDM测量参数正确性验证和调节功能，在参数列表中输入测量得到的信号参数，如采样率240 MSamples/s、子载波数目1024，符号保护时隙长度相应的采样点数为41（测量得到的符号保护时隙长度为0.17us，相应的采样点数为0.17*240=41）。之后将时频图上根据测量的帧长1.33 ms框选一帧信号交由CA210计算参数估计值相应的信号最大归一化相关测度均值与栅格，如下图所示。图中最大归一化相关测度均值出现多处随机峰，最大归一化相关测度栅格出现水平方向斜线。这种情况表明参数误差较大，应要进行参数调节。
备注：单帧信号的最大归一化相关测度均值为明显单峰、最大归一化相关测度栅格为垂线说明估计参数正确。面对多帧信号最大归一化相关测度均值为明显多峰、最大归一化相关测度栅格为多段交错垂线说明估计参数正确。
【保护时隙为41个采样点的OFDM参数估计误差】
在采样率、子载波数目与保护时隙长度三个参数内，将可能存在误差的参数为保护时隙长度，所以从正反两个方向调节此参数值，在此参数值为32即32/240=0.133的情况下，最大归一化相关测度均值与栅格均提示参数正确，误差极小，可参考下图。由此可确定保护时隙长度为0.133 us。按照新测出的保护时隙长度可更新符号总时长为0.133+4.267=4.4us。
【保护时隙为32个符号的OFDM参数估计误差】
按照被测信号的带宽与子载波数目，便可得出每个子载波的带宽约为240/1024=234 kHz。所以从信号边沿抽取一个子载波进行调制方式分析，最开始要查看其瞬时频率图：
【子载波瞬时频率图】
瞬时频率的直方分布没有出现具有一定频率间隔的相关峰，所以可排除FSK调制的可能。进一步再查看其瞬时相位图：
【子载波瞬时相位图】
瞬时相位图中除去相位畸变点，整体展现出规律性相位变化特征，可测得的最小相位步进约为60°，大多数最小相位步进在90° 10°的范围内，考虑到此信号为空间实际信号，所以能够判断被测信号采用了四相位调制。对此可再进一步查看信号的瞬时幅度图。
【子载波可测得的最小相位步进】
瞬时幅度图展现出幅度调制特征，结合四相位调制与瞬时频率的分析结果，所以被测样本应采用了QAM4调制。
【子载波瞬时幅度图】
根据上述测量过程，可以得出某低轨卫星宽带下行信号的频点、带宽、帧长、OFDM符号时长、OFDM符号保护间隔时长、OFDM子载波数目与子载波调制方式，进一步为后续OFDM信号解调提供了依据，也验证了罗德与施瓦茨公司低轨卫星在轨测试系统对卫星到终端下行宽带信号的接收和分析能力。
之后我们再选取某低轨卫星的终端上行信号完成分析验证。采用CA210软件回放ESMW接收到的终端信号我们可以观察出终端在通话过程中进行了多次频率切换：
【低轨卫星终端频率切换示意图】
【一同存在两部终端的场景（显示终端A频谱）】
【一同存在两部终端的场景（显示终端B频谱）】
进一步选取一部终端信号进行帧长分析：
【终端信号自相关分析结果图】
在上图中展示的分析结果图中采用光标可测量出终端信号的帧周期为90 ms，如下图所示：
【终端信号帧周期】
根据上图中使用光标还能够测量出终端信号时隙长度为8.28 ms，如下图所示：
【终端信号时隙长度】
对选取的信号进行自动调制分析，得出信号的调制方式为PSK4A，符号速率为50 kB。
【终端信号调制参数分析】
在ESMW接收到终端信号的同时，DDF550测向机还能对终端进行测向，基于终端存在频率切换的情况，所以需要将测向机工作调至宽带模式，同时提供80MHz带宽内各个信道的测向结果，进一步根据相邻信道来波方向的聚类结果确定卫星终端的方向、位置和移动轨迹。
依据上述情况，罗德与施瓦茨公司的模块化低轨卫星在轨测试系统能够实现卫星与终端间上下行信号的接收、存储、分析测试与终端定位，可获取信号的详实参数。
此外系统还能够完成众多甚高频频段、移动通信频段的无线电管理任务，大大提高了用户的资产使用价值。
想要了解更多实用知识的伙伴们可在后台留言进行讨论！如果有其他有趣的内容可分享出来一起了解，更多型号资料可在后台留言获得。
