問題與挑戰(zhàn)

隨著商業(yè)航天的快速發(fā)展和用戶需求不斷擴(kuò)展，各種新型應(yīng)用對(duì)通信衛(wèi)星系統(tǒng)提出大通信容量、高數(shù)據(jù)傳輸速率和超寬帶的需求，衛(wèi)星頻譜和軌道資源的需求也不斷增加，通信衛(wèi)星常規(guī)使用的C和Ku等微波資源趨于飽和，未來衛(wèi)星通信正在向Q／V／E等更高頻段擴(kuò)展。同時(shí)由于Q／V／E頻段衛(wèi)星通信具有高帶寬、波束定向性好、干擾源少等優(yōu)勢(shì)，已成為下一代超高通量衛(wèi)星系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，如當(dāng)前SpaceX公司的星鏈2代衛(wèi)星即已經(jīng)采用E頻段進(jìn)行衛(wèi)星與地面站間的饋電鏈路通信以提升傳輸速率。

通常Q／V／E頻段是指無線電頻譜33-86GHz之間的頻率范圍，對(duì)于衛(wèi)星應(yīng)用而言Q頻段范圍為33GHz至50GHz，V頻段則與50GHz至75GHz相對(duì)應(yīng)，E頻段多指71~76GHz/81~86 GHz。該頻段最主要優(yōu)勢(shì)是頻譜資源豐富，目前除了毫米波雷達(dá)和科學(xué)研究之外沒有大量用于商業(yè)通信領(lǐng)域。此外Q/V/E頻率的可用帶寬更寬，支持比Ka頻段更高的通信數(shù)據(jù)率，并且可以使用尺寸更小定向性更強(qiáng)的終端或地面站天線。

由于Q／V／E頻段通信衛(wèi)星獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用場(chǎng)景也在不斷地深化和拓展。當(dāng)應(yīng)用于關(guān)口站鏈路通信時(shí)，Q／V／E頻段相較Ka頻段能夠提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而減少地面關(guān)口站的數(shù)量；能夠釋放當(dāng)前使用的Ka頻段，從而將Ka頻段轉(zhuǎn)移到用戶終端通信。對(duì)于星間鏈路通信，采用成熟的Q／V／E頻段通信也是激光鏈路之外一種有吸引力的選擇。此外Q／V／E頻段還可以應(yīng)用于超高速率寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入，將終端直接接入超高速衛(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)。

Q／V／E頻段是新一代高通量寬帶衛(wèi)星的首選頻譜，同時(shí)更高的頻率、更大的帶寬也對(duì)測(cè)試測(cè)量提出了更高的要求?？偟膩碚f，該頻段的測(cè)試面臨如下主要挑戰(zhàn)：

該頻段的頻率較傳統(tǒng)衛(wèi)星通信的Ka頻段更高，相應(yīng)的測(cè)試儀表也需要滿足更高的頻率要求。

高通量衛(wèi)星通常具有更大的調(diào)制帶寬，調(diào)制樣式也更為復(fù)雜，這要求測(cè)試儀表除具有大帶寬的特性外，還應(yīng)具有良好的頻率響應(yīng)以進(jìn)行高質(zhì)量的信號(hào)生成與分析。

更高的調(diào)制階數(shù)對(duì)系統(tǒng)的EVM指標(biāo)帶來的更高的要求，測(cè)試儀表應(yīng)具有優(yōu)異的EVM性能以滿足相應(yīng)的測(cè)試要求。

更高的帶寬導(dǎo)致在固定功率下信號(hào)的信噪比（SNR）下降，對(duì)儀表的底噪具有更高的要求。

高通量衛(wèi)星測(cè)試頻段更寬，寬頻跨對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的雜散提出了更高的要求。

應(yīng)用場(chǎng)景與技術(shù)要求

應(yīng)用場(chǎng)景：

對(duì)Q/V/E頻段的高通量衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試需求包括數(shù)字調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)、瞬態(tài)信號(hào)分析、放大器測(cè)量、群時(shí)延測(cè)量等。

技術(shù)需求分析：

對(duì)于Q/V/E頻段的高通量衛(wèi)星測(cè)試而言需求矢量信號(hào)源產(chǎn)生高頻大帶寬的數(shù)字調(diào)制信號(hào)，信號(hào)頻率最高需至86GHz，同時(shí)需要較寬的內(nèi)部調(diào)制帶寬以滿足高速調(diào)制的要求；

信號(hào)與頻譜分析儀應(yīng)支持進(jìn)行Q/V/E頻段信號(hào)的測(cè)量分析，除頻譜測(cè)試外，還應(yīng)支持噪聲系數(shù)測(cè)試/瞬態(tài)信號(hào)分析/NPR測(cè)試等以滿足高通量衛(wèi)星測(cè)試需求；

高通量衛(wèi)星的調(diào)制方式更為復(fù)雜，矢量信號(hào)源應(yīng)支持高階數(shù)字調(diào)制信號(hào)及OFDM（正交頻分復(fù)用）信號(hào)的生成，同樣的信號(hào)與頻偏分析儀應(yīng)支持上述復(fù)雜信號(hào)的分析與解調(diào)；

應(yīng)支持Q/V/E頻段的S參數(shù)測(cè)試以對(duì)高通量衛(wèi)星組件及模塊的回波/增益/插損/群時(shí)延等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。

羅德與施瓦茨解決方案

羅德與施瓦茨具備完整的Q/V/E頻段測(cè)試方案，提供包括矢量信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)與頻譜分析儀及矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在內(nèi)的測(cè)試儀表，為高通量衛(wèi)星研發(fā)提供了有力的測(cè)試支持。

R&SSMW200A矢量信號(hào)發(fā)生器頻率范圍從100KHz最高可至67 GHz。高達(dá)2 GHz的I/Q調(diào)制帶寬可以滿足未來高通量衛(wèi)星大帶寬信號(hào)的研發(fā)和測(cè)試需求。SMW200A在2 GHz帶寬上具有小于0.4 dB (測(cè)量值) 的優(yōu)異調(diào)制頻率響應(yīng)，得益于優(yōu)異的頻率響應(yīng)，所生成的數(shù)字調(diào)制信號(hào)具有優(yōu)秀的EVM指標(biāo)。SMW200A在不影響信號(hào)質(zhì)量的情況下支持多達(dá)2個(gè)基帶模塊和4個(gè)衰落模擬器模塊。因此，SMW200A可以創(chuàng)建先前需要多臺(tái)儀器完成才可創(chuàng)建的信號(hào)場(chǎng)景。

R&SFSW信號(hào)與頻譜分析儀頻率范圍介于2 Hz至90 GHz（使用羅德與施瓦茨的外部諧波混頻器時(shí)最高可達(dá)500 GHz），分析帶寬高達(dá)8.3 GHz，在鄰道泄漏比（ACLR）和諧波測(cè)量的相位噪聲、顯示平均噪聲電平、互調(diào)抑制以及動(dòng)態(tài)范圍方面具備卓越的射頻性能，可以滿足Q/V頻段高通量衛(wèi)星中的寬帶調(diào)制信號(hào)或跳頻信號(hào)分析需求。此外R&SFSW還可配備矢量信號(hào)分析、OFDM信號(hào)分析、瞬態(tài)分析、多載波群延時(shí)測(cè)量、放大器測(cè)量、噪聲功率比（NPR）及DVB-S2X調(diào)制分析等選件，非常適用于衛(wèi)星射頻測(cè)試。

對(duì)于Q/V頻段信號(hào)生成與分析方案，羅德與施瓦茨公司還提供基于中端儀表的配合前端模塊的，以具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格提供出色的射頻性能。R&S公司中端儀表SMM100A矢量信號(hào)發(fā)生器及FSVA3000/ FSV3000信號(hào)和頻譜分析儀配合配合R&SFE50DTR（雙發(fā)射/接收）前端模塊時(shí)可進(jìn)行36GHz至50GHz的信號(hào)生成與分析，支持高達(dá)1GHz的信號(hào)生成和分析帶寬，可為高通量衛(wèi)星測(cè)試生成和分析信號(hào)。FE50DTR射頻前端內(nèi)置高性能低相噪的VCO，支持進(jìn)行高質(zhì)量的信號(hào)生成與分析。FE50DTR射頻前端還特別適用于暗室OTA測(cè)試，此時(shí)可以將射頻前端安裝在測(cè)試端口附近，以較低的中頻進(jìn)行低損耗的傳輸從而提升接收靈敏度及天線端口的發(fā)射功率。

利用FE50DTR射頻前端的Q/V頻段測(cè)試

對(duì)于頻率更高的E頻段測(cè)試，信號(hào)的產(chǎn)生可利用矢量信號(hào)發(fā)生器SMW200A或SMM100A配合FE110ST前端，信號(hào)的解調(diào)即可直接利用頻率高達(dá)90GHz的FSW 信號(hào)與頻譜分析儀，也可以利用頻率較低的FSW 信號(hào)與頻譜分析儀配合FE110SR前端。FE110ST/FE110SR前端工作頻率70GHz至110GHz，完美契合E頻段應(yīng)用。FE110ST前端最大帶寬可達(dá)4GHz，F(xiàn)E110SR前端最大帶寬為10GHz，可滿足大帶寬信號(hào)的生成與分析需求。該系列射頻前端使用簡(jiǎn)便，僅需參考頻率/中頻/LAN三根線纜連接即可，可直接利用信號(hào)源/頻譜儀主機(jī)進(jìn)行控制。

利用FE110ST/SR射頻前端的E頻段測(cè)試

R&SZNA矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀主機(jī)頻率最高至67GHz（使用羅德與施瓦茨的毫米波變頻器時(shí)可擴(kuò)展至1.1THz），具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、極低的跡線噪聲以及出色的原始參數(shù)，非常適用于高通量衛(wèi)星應(yīng)用組件及模塊的開發(fā)和測(cè)試。R&SZNA內(nèi)置有四個(gè)相位相參的激勵(lì)源，可以獨(dú)立控制每個(gè)端口輸出信號(hào)的頻率和相位，還可以選配內(nèi)置第二個(gè)本振(LO) 信號(hào)源。這種硬件設(shè)計(jì)上的特性簡(jiǎn)化了測(cè)試配置，也縮短了測(cè)試時(shí)間，非常適用于變頻器和混頻器件的測(cè)量。使用ZNA測(cè)量混頻器與測(cè)量非變頻器件S參數(shù)的連接方法一樣容易，無需參考混頻器就可以測(cè)量混頻器的相位信息，可使用獨(dú)特的雙音法測(cè)量?jī)?nèi)置本振變頻器件的相位和群時(shí)延。R&SZNA-K30噪聲系數(shù)測(cè)量選件進(jìn)一步增強(qiáng)了ZNA 的能力，為放大器和變頻器的全參數(shù)測(cè)量提供了一個(gè)功能豐富且強(qiáng)大的測(cè)試系統(tǒng)，單次連接即可提供完整的設(shè)備特性參數(shù)。

R&SZNA 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀

應(yīng)用示例：Q/V頻段數(shù)字調(diào)制信號(hào)的生成與分析

R&SSMW200A可實(shí)時(shí)生成數(shù)字調(diào)制信號(hào)，可支持ASK、PSK、MSK、FSK、QAM等及用戶自定義數(shù)字調(diào)制樣式，最高可支持4096QAM調(diào)制。R&SFSW-K70矢量信號(hào)分析選件有助于用戶靈活分析精確到比特級(jí)的數(shù)字調(diào)制單載波，支持從MSK到4096QAM的靈活調(diào)制分析，此外用戶可定義的星座圖和映射以滿足衛(wèi)星領(lǐng)域的特定需求。R&SFSW-K70M多調(diào)制分析選件還可以支持分析DVB-S2（X）等具有多種調(diào)制的矢量調(diào)制信號(hào)。

基于R&SSMW200A與R&SFSW的Q/V頻段256QAM調(diào)制信號(hào)分析

OFDM通過頻分復(fù)用實(shí)現(xiàn)高速串行數(shù)據(jù)的并行傳輸,屬于正交多載波調(diào)制的一種。它具有較好的抗多徑衰落的能力，能夠支持多用戶接入，當(dāng)前已經(jīng)在低軌衛(wèi)星通信等領(lǐng)域投入商用。R&SSMW-K114OFDM信號(hào)生成選件可實(shí)時(shí)生成用戶自定義的OFDM信號(hào)。R&SFSW?K96 OFDM信號(hào)分析選件可輕松分析自定義OFDM信號(hào)，靈活且不受標(biāo)準(zhǔn)約束，能夠極為靈活地進(jìn)行配置和設(shè)置測(cè)量參數(shù)。集成式配置文件向?qū)Э稍趲追昼妰?nèi)創(chuàng)建描述導(dǎo)頻、數(shù)據(jù)資源和調(diào)制的配置文件。R&SFSW-K96還支持使用信號(hào)發(fā)生器自動(dòng)生成的配置文件全面分析使用R&SSMW-K114 OFDM信號(hào)生成選件生成的信號(hào)。

基于R&SSMW200A與R&SFSW的Q/V頻段自定義OFDM信號(hào)分析

請(qǐng)參考下圖配置您需要的頻譜和信號(hào)分析儀：

在兼顧Q/V/E頻段的測(cè)試測(cè)量應(yīng)用的同時(shí)，為保護(hù)儀表投資，羅德與施瓦茨支持客戶通過射頻前端擴(kuò)展至W和D頻段的其他應(yīng)用，請(qǐng)參考下圖配置您需要的測(cè)試儀表：