了解卫星通信系统无线链路的特征和信道仿真测试的重要性

  卫星互联网成为卫星通信发展新的热点，国际标准化组织 3GPP 在 5G-NR Release17 版本中将 卫星通信网做为地面网络的必要补充，称之为非地面网络 (Non-Terrestrial Networks，NTN)，对其展开了更进一步的研究及标准化工作。

  是德科技针对目前 5G NTN 发展现状和需要突破的关键技术，举行了一场网络技术讲座。重点介绍 NTN卫星通信系统无线链路的新特征，信道仿真测试的重要性及面临的新挑战。

  在这次会议中，参会的用户和嘉宾针对 5G NTN的标准和技术问题展开了热烈的讨论。今天我们针对这样一些问题做了精选，现在我们就来看看吧。

  答：Keysight 公司提供了很多仿真软件，其中SystemVue 软件是一款系统级的仿真软件，通过集成DSP 建模，RF EDA 工具，标准/ IP 参考以及“测试与测量”链接来简化设计流程，实现基带和RF 的协同设计和仿线G NTN 的系统级仿真，SystemVue 也提供了5G 基站和 UE，地面信关站以及 5G 地面通信制式/DVB 信号制式的仿真能力，此外 SystemVue软件还可与 STK 集成进行卫星运动仿线. 非地面，距离地面大概多少距离？

  答： 如果是低轨卫星的线G 在卫星上应用的效果怎么样？衰减程度等？答： 目前 5G 和卫星的融合更多是和低轨道卫星 LEO 的融合，目前 3GPP Rel-17 还在开展NTN 的技术规范工作，国内外都有一些相应的测试，低轨的衰减取决频率范围和轨道高度，Ku 频段以上都有较大的大气损耗。

  4. 峰均比如何克服？答： 一般来说，测试所需的峰均比是有标准的，也就是说要在一定的 PAPR 下测试功放/ 收发信机/ 转发器/ 发射机等的EVM 等参数，这样意味着输入波形的峰均比是确定的，克服更多的是依赖被测件线性度的提高例如尽量工作在线性区域，但这样就牺牲了 PAE。

  5. 请问，接入到卫星网络的的终端设备的发射功率要求与接入到地面网络的终端设备的功率要求有区别吗？答： 现在 3GPP 里还没有确定未来 5G NTN 中我们用于蜂窝网络的终端也就是常见的智能手机是不是能够跟卫星直接通信，需不需要中继，目前的状态，一般是手机通过跟VSAT( very small apertureterminal ) 即常见的带抛物面天线的地面站通信，VSAT 再跟卫星通信，这种方式，VSAT 起到了类似于中继的功能，功率是不需要非常高的要求。

  6. 接入卫星的频率也是低于 6 GHz 的吗？答： 一般来说，5G NTN 涉及跟低轨卫星融合的频率，sub 6G 和毫米波Ka/Q/V 频率都有可能。

  7. 5g 在地面和非地面，哪个技术更复杂?答： 有不同的侧重点，地面网络有更长时间的技术积累，推出了不少先进的技术例如功率控制、循环前缀等；非地面网络，目前刚刚起步，相对来说更复杂一些，例如物理层方面需要仔细考虑长时延、多普勒频移对系统的挑战。

  8. 卫星接入的吞吐量一般有多少Mbps ？答： 这个取决于信号制式，如果是类似于 4G LTE 的制式，也是几十 Mbps, 如果是类似于 5G NR 的信号制式，目前国内公开的实验是1Gbps 左右。

  9. 能否提供一下64 通道的信道模拟器产品手册？答：https: //

  10. 5G 卫星链接展开的范围有多宽啊？答： 如果是低轨道卫星，一般是100 KM-500 KM，取决于轨道高度和最小仰角。

  11. 信道仿真器能加入一些我们自己定义的干扰信号吗？答： 内置的干扰源是固定的AWGN(Additive white Gaussian noise) 加性高斯白噪声或者CW(Continuous wave) 连续波，要是自定义的干扰源，可以外接占一个射频通道即可。

  12. 在一些高频段，多普勒频移会不会带来子载波间的干扰？答： 会的，这个是 5G NTN 采用低轨道卫星的一大挑战，卫星移动速度高达几KM/s，这样会产生严重的多普勒频移，Ku 频段可以高达200KHz。

  13. 在卫星的下行链路如果直接用 5G 信号波形会不会降低功放效率和带来散热等问题？答： 这是个典型的技术问题，目前业界也是在评估当中，如果卫星的载荷采用了固态功放和相控阵天线技术，相对来说，对于单个固放的要求就会降低，尤其是输出功率，当然5G 信号波形带来的高峰均比有几率会使功放效率的降低。

  14. 在卫星通信系统模块设计中如何来消除小区间干扰？答： 3 颗或4 颗 GEO 卫星通过多波束天线可以覆盖地球大部分地区除了高纬度和两极，单颗低轨道卫星的覆盖范围只有几百公里，这样就需要多颗卫星形成星座来提供覆盖，而每颗卫星过顶的通信时间一般只有不到10 分钟，为了能够更好的保证通信不中断，业界提供了混合式波束方案，即宽带固定点波束和可以波束赋形、可移动的窄波束，要消除小区间干扰，也是通过多个窄波束来实现的，加上合理的频率复用技术。

  是德科技：MIMO 和波束控制表征的校准技术zhuanlan.zhihu.com

  15. 如何用 keysight 设备搭建多径衰落和多普勒效应叠加的仿真环境？

  答： 信道仿真仪有辅助建模工具，方便客户直接定义多径环境和速度带来的多普勒频移，支持高达1 s 的时延和+- 1.5 MHz 的多普勒频移。

  答： 目前，Keysight 公司正在搭建 5G NTN 端到端的系统仿真方案，目前主要的问题就在于商用的 UE 和 gNB 模拟器包括 UXM 和 UEE 支持的卫星链路的时延非常有限，这个需要配合信道模拟器 Propsim来实现。

  17. payload 具体指什么？答： payload 即有效载荷包括了卫星的转发器分系统和天线分系统，简单来说，是指这个卫星的功能模块，比如说通信卫星的载荷就是通信载荷，用来实现卫星和地面或卫星之间的通信。

  18. 地面站在跟踪低轨卫星时波束切换的时延有要求吗？波束切换能通过设备仿真吗？答： 从UE 的角度来说，这个切换应该是觉察不到的，对于地面站来说，地面站的天线 颗卫星，切换的时间取决于网络的架构设计；波束切换能够最终靠设备仿线. 未来 VSAT 地面站的覆盖范围大概是多少？

  答： 如果是手机这样的终端通过跟VSAT(very small aperture terminal)连接后，再接入到卫星来实现数据通信，那么VSAT更多是类似于一个热点，这个距离就跟WiFi 的通信距离类似。

  21. 卫星链路的延迟一般远超于了 5G 新空口 的 TTI，那怎么样才能解决这问题呢？

  答： 主要考量功率/ 时延/ 速度（也就是多普勒）/ 空间信息，地面会增加多径效应。

  23. 对于星上处理模式，单向延时指的是不是从卫星到终端的传输延时这方面？

  答： 如果是星上处理，就没有了地面信关站和 gNB 之间的时延，单向时延包括了卫星和地面信关站之间的feeder link，以及卫星和用户终端之间的 user link。

  答： 可以的，卫星天线分系统的极化角度的变化，能够最终靠两种方式来模拟，一种是通过Keysight 公司的 仿真软件 SystemVue 来仿真天线的方向图和极化角变化，另外一种是可以在我们的仪器里例如信号源和信道模拟器里面加上方向图和极化角的变化。

  25. 终端在地面 5G 网络与卫星网络之间的切换，网络间的切换过程需要仔细考虑哪几个方面因素？

  答： 目前 3GPP R17 对于 5G NTN 的标准还在规划中，从物理层来说，主要要考虑这几个方面，

  1 ：时序关系，NTN 相对地面网络有较大的RTT(round-trip time) 往返时延，这样上下行的帧时序存在比较大的偏移；

  26. 有没有做电波传播衰落建模的？答： 目前 3GPP 5G NTN 还没提供标准的信道模型，现在更多的是业界在评估有哪些适合的信道模型，对于信道模型来说，一般有两种思路，一种是搭建信道测量系统，这个Keysight 有商业产品，通过实测来评估；另外一种是通过仿真软件包括 SystemVue 和相应的STK 软件来评估。

  答： 先说一个最简单的实现方式，地面站接收NR-Uu 信号( 来自于UEE，UE 模拟器), 下变频并数字处理，再编码，采用卫星常用的调制方式例如APSK，再上变频传送给卫星，信号在卫星上经过下变频后传送到地面站, 地面站对信号进行下变频, 数字处理,解码(APSK), DAC 处理，然后上变频，连接到5G NR-Uu（即 UXM，gNB 模拟器）。

  答： 传播距离，取决于频率范围和发射功率，接收的灵敏度，如果要提高传播距离，泛泛来说，能够最终靠中继，增加发射功率包括功放输出功率以及天线增益（例如增加阵元的数目或天线的尺寸），或者提高接收机的灵敏度。

  答： 可以的，Keysight 提供了LoadCore 核心网络模拟器， 详情请参考

  答： 动中通目前主要是用在GEO 卫星尤其是高轨的高通信卫星HTS(High-throughput satellite)，测试不知道你是指终端还是卫星，Keysight 都有完整的测试方案，详情请参考

  答： 卫星信号一般由信号源产生，取决于信号的制式，Keysight 基本上支持目前所有的卫星信号制式。

  32. NTN 架构中，一直很怀疑终端的上行链路可行性，到最后需要多大的终端才能做到？手持式的尺寸会不会很大，最后商业模式一点优势都没有？

  答： 这个取决于应用场景，如果终端是指智能手机的线G NTN 的频率，如果智能手机和卫星都是工作在 sub 6G，卫星是超低轨道(300 KM 以下) 并且卫星接收天线增益够高，有可能可以。

  答： 卫星之间通信，看有没有ISL 星间链路，如果有，星间链路能够最终靠激光通信或者毫米波通信，假如没有，卫星之间一般是通过地面信关站来实现通信。

  答： 测试场景一即铱星卫星星座，铱星使用了特有的 QPSK 调制技术，FDMA 和TDMA 两种多址方式都有。

  是德科技：5G NR 新空口基础知识p>

  35. 为什么关于高空平台的知识比较少？8km-50km 的。

  答： 高空平台也是 NTN 里面的一种接入方式，相对较少的原因是覆盖范围有限，受到天气、供电、安全等方面的局限

  答： Keysight 提供了覆盖10MHz-53GHz，带宽可达 4 GHz 的单载波或多载波信号产生方案，支持多种信号制式，包括了 DVB-S2，S2X，以及 5G NR 等多种跟卫星信号相关的信号制式。

  是德科技：对毫米波 5G NR 器件和系统来进行 OTA 测试zhuanlan.zhihu.com

  37. 信道仿真一般就是多普勒频率牵引、时延、信号衰减、噪声的组合。请问噪声源使用噪声头和任意波发生器应分别注意些什么，因为两种方式在误码率实测中，在信噪比方面有些对不上。多谢！

  答： 如果是要通过信号源来评估接收机的误码率的话，一般是通过矢量信号源来完成的。例如在接收信号系统频带内叠加白噪声干扰，评估当接收机误码率为某个值的最大噪声干扰信号功率，矢量信号源有专门的选件来产生 AWGN (Additive white Gaussian noise)即加性高斯白噪声。

  答： NTN 的接入方式，主要涉及到通过卫星和航空设备覆盖，包括了低轨通信卫星，高空平台和无人机等。

  答： 这个要看轨道高度，频率范围，信号制式，卫星的天线增益、卫星的通道数，地面站/ 用户终端的接收灵敏度等各方面要求，没有定论。

  40. 对5G 卫星网络，延迟时间，频率准确性、定位准确性等有没有量化的要求及测试方法？

  答： 目前3GPP R17 里面标准还没有确定，但Keysight 正在评估相关的测试方案，大多数都有接近于成熟的方案。

  42. 在大规模MIMO 测试方面，在衰落信道数量和信号带宽方面有哪些特点优势？

  答： 大规模MIMO 技术，主要是应用更多数量的空间衰落信道增加通信的容量，同时利用波束合成技术增加方向性，获得额外的增益，尤其对于NTN 非常有利。

  答： 通信类可以遵循 3GPP 的测试标准，NTN 部分还在R17 里讨论。

  答： 如果是指低轨卫星，上下行信道带宽匹配主要涉及到多普勒频移的处理，时隙/ 帧的同步。

  答： 如果是信道仿真，我们有信道模拟器 Propsim，如果是载荷的仿真，涉及到信号源、信号分析仪，矢量网络分析仪以及SystemVue 等系统级仿真软件。

  上一篇：什么是LoRa？如何克服 LoRa 器件射频测量挑战？下一篇：执行精确的雷达接收机测量

  方案提升医疗应用的效率最近发生的两件事让我有了写这篇文章的念头。我已经写过好几篇有关现场可编程射频(FPRF)器件的文章，这一些器件能成为几乎通用的无线器件。我最近刚好在医院住了两周，使得我有充裕的时间考虑医院病房里的无线应用。 护士的一个重要任务是每隔1、2或4小时记录一次血压、体温、血氧饱和度和心率。这个任务被称为监视生命体征。真实的操作中它包含了扫描病人的腕带条码、将设备连接(如果还没有连接的话)到病人，然后手工记录测量结果。 在英国我们有国民医疗保健制度(NHS),这一个项目覆盖了整个国家。有关改善NHS效率的技术应用的报纸头条常常关注一些重要的举措，比如试图创建统一的软件环境。在这种情况下，目标是将较大的综合性医院、区域性保健中心、

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  无线信号的 调制 与解调是 无线通信 的核心技术之一，通信制式改变，调制与解调方式也将改变。CDMA IS-95与cdma2000 1x的主要差别之一就是前向链路的调制方法不一样，前者采用BPSK（Binary Phase Shift Keying，二相相移键控）调制方式，后者从RC3开始在业务信道上采用QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控）调制方式。 1、QPSK调制简介 实现QPSK等数字调制的主要部件是I/Q调制器。I/Q调制器将经过编码的I和Q基带信息叠加在载波上。经过I/Q调制，信号从直角坐标系转换到极坐标系。I/Q调制的情况用状态图（也称星座图）表示。

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  Elektrobit Testing公司日前推出多信道仿线，这是该公司最新用于MIMO验证测试集成版本的Propsim产品。 Propsim C8可配备一个MIMO扩展选项，能靠一个单信道仿线个全双工MIMO系统的测试。该仿真器适合于采用MIMO算法的研究、开发和测试，和相关产品集成和验证测试。 Propsim C8系统覆盖的频率范围在350MHz至6GHz之间，带宽70MHz(可选扩展至100MHz以上)。同时该产品还可用于测试和开发3G、WiFi、WiMAX及4G系统中的MIMO技术，并支持在同一系统上同时对多种标准的系统来进行评估。 Propsim C8的信道仿真

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