芯耀
与非AI
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噪声测试、本振替代测试、接收机压力测试、功率测量、CCDF与PAPR特性测试以及天线方向图测试，对链路预算、误码率和信噪比指标验证至关重要。
低轨（LEO）卫星系统正加速落地，用于各类关键业务场景。这就带来了严苛的测试需求，一旦测试精度不足，会造成系统性能劣化。
卫星轨道包含地球静止轨道（GEO）、中轨（MEO）和低轨（LEO），其中低轨卫星的部署数量持续快速增长。低轨系统时延低，民用与军用场景都倾向选用，典型应用包括5G、战场通信等。乌克兰有限范围内使用星链，就是近期的军用实例。这类业务应用对低轨卫星提出高精度测试要求，保障稳定可靠工作。
图1：低轨卫星系统的典型架构以及各个组成部分。
地面站接入地面网络的时候也叫信关站，如图1，是上下行通信里很关键的一环。上行、下行链路里的各个模块，都要做多种测试，保证稳定工作。这些测试可以放在模块研发、生产、系统集成阶段做，也可以用来排查故障，或是在线监测设备状态。图2是信关站射频微波链路的简化框图，还标出了用测试仪器检测物理层性能的测点位置。
图2：这张信关站框图，标出了射频、微波链路的测试点位。
表1补充了更多细节，同时说明在图2这些点位做测试的意义。
表1：验证上下行物理层性能的六大关键测试项目。
接下来，我们详细讲讲这几项测试。
1、相位噪声测试
卫星上下行链路的性能受很多因素影响，其中本振的信号纯净度这类指标，会直接带来误码问题。相位噪声太高，误差矢量幅度EVM就会变差，进而产生符号误码、比特误码。原因是IQ图上的星座点会发生偏移，跨过符号判决门限，见图3。
图3：本振相位噪声过大，会把星座图的点扩散变宽，最终引发误码。
做这项测试的时候，要想清楚：你是需要测本振自身的绝对相位噪声，还是用来测放大器引入的附加噪声。
2、本振替代测试
测试通信系统里的上变频器、下变频器时，本振替代法是很关键的手段。用它评估信号链路，就不会被本振本身的特性掩盖链路真实性能。一旦系统工作异常，这个方法还能判断故障是不是来自本振。
3、接收机压力测试
不管是信关站还是卫星上的接收机，都需要做压力测试，保证信号在有干扰的恶劣条件下，依然可以正常接收和解调。想要让实验室测出来的性能，在设备上天之后也能复现，卫星通信接收机就必须模拟真实环境里的射频干扰。这类测试可以在中频或者射频端开展。
如果在中频测试，需要：
- 信噪比噪声源，用来设置SNR或者Eb/No。
- 误码仪BERT。上行中频信号经过噪声源环回至下行中频。
如果是射频/微波频段测试，还需要测试环路变换器来搭建环回链路。图4展示了这两种场景对应的整套测试环境。
图4：接收机压力测试可采用中频环回或者射频环回两种方式。
测试时，噪声源会叠加定量噪声，调出目标信噪比。不断加大噪声，直到误码仪监测到误码达到规定阈值。另外还可以用信号源注入干扰信号。
4、输出功率、增益与压缩特性测试
接下来是射频微波最基础的测试项目：功率测试。功率测试能够发现很多影响系统性能的关键问题。图5是上行高功率放大器HPA的性能测试环境。
图5：功率探头P1、P3用来测回波损耗，P1、P2用于增益测试。
除了测增益和回波损耗之外，功率探头P2还可以测出输出功率大小。这套装置也能评估高功率功放带来的信号压缩程度。
过去的卫星链路，大多采用峰均比（PAPR）较低的调制方式。但像5G非地面网络NTN这类新业务，需要用到高阶调制和OFDM，对应的信号峰均比会更高。这时必须留意功放压缩造成峰值信号失真，进而产生符号误码、比特误码。已有不少研究分析过，降低峰均比能缓解信号压缩带来的误码问题。研究表明：在接收机信噪比10dB条件下，当峰均比从10dB降到约4dB，误码率会从8×10⁻⁴恶化到1.3×10⁻³。这足以说明，掌握功放失真对峰均比的影响，并且能直观观测这个指标，十分关键。
你可以用平均功率探头或者矢量网络分析仪，测绘输出功率对输入功率的曲线，评估功放非线性和压缩特性。但这种方式看不出复杂m-QAM、OFDM信号的峰均比变化。好在有简单可行的办法：选用高采样率峰值功率探头，其视频带宽要大于被测信号带宽。采集到的功率采样点，就能算出信号峰均比，绘制互补累积分布函数（CCDF）曲线。CCDF曲线描述调制信号超过某个峰均比的概率。测试搭建很简单，使用图6里的P1、P2功率探头；探头必须能测峰值，不能只测平均功率。搭配对应的分析软件，就能得到功放输入、输出两端的CCDF曲线，直观看到峰均比被压缩了多少。
图6是采用峰值功率探头与配套功率分析软件测出的结果。纵轴代表超过横轴对应峰均比的概率。图中可见，99.99%的时间内输入信号峰均比约9.4dB；经过功放压缩后，输出信号峰均比降到约7.4dB，这就有可能引发误码。
图6：黄色通道CH1曲线是功放输入端的CCDF曲线，蓝色通道CH2曲线是功放输出端的CCDF曲线。
5、天线方向图测试
最后我们来讲天线方向图测试。不管天线是机械转向的抛物面天线，还是支持多波束空分多址、还能对着干扰源方向置零的电控相控阵面板，都必须完成方向图测试。测试结果一般用方位面、俯仰面的极坐标图来展示，功率探头是做这项测试简单又好用的工具。
天线固定在转台上。一个功率探头接在天线馈源端，实时监测发射功率，保证天线旋转过程中功率保持稳定。另一个功率探头接标准增益喇叭，放在天线远场位置。这个探头采集到的数据，就能用来绘制天线方向图。想要兼顾角度分辨率和测试速度，最好选用采样速度快的功率探头。
上面介绍的几项物理层关键测试，可以保证各个模块乃至整套系统，在轨部署后稳定工作。这些测试方法不只适用于信关站，终端和卫星本体也可以采用类似方案。
