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衛(wèi)星通訊的通道仿真和測試解決方案

時間:2009-04-21 13:41:34來源:hesp

導(dǎo)語:?當(dāng)今正在開發(fā)的先進(jìn)寬帶通信衛(wèi)星的設(shè)計、制造和部署成本都較高。衛(wèi)星設(shè)計者盡量增加衛(wèi)星的有效載荷能力,以便在投入使用之后能夠最大限度地獲取利潤。
在衛(wèi)星通信中,數(shù)據(jù)傳輸速率是性能的重要指標(biāo)。近期的研究發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星的平均功耗增加了350%,設(shè)計壽命從10年增加到近14年,衛(wèi)星的外形和復(fù)雜度也增加了2到5倍。Shin公司的新一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)衛(wèi)星iPSTAR總?cè)萘窟_(dá)到了40Gbps,據(jù)稱是現(xiàn)有衛(wèi)星容量的40倍。美國休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)公司的SPACEWAY每個點波束的下行鏈路數(shù)據(jù)速率為800Mbps。現(xiàn)代信息技術(shù)需更寬的衛(wèi)星傳輸帶寬。 當(dāng)今正在開發(fā)的先進(jìn)寬帶通信衛(wèi)星的設(shè)計、制造和部署成本都較高。衛(wèi)星設(shè)計者盡量增加衛(wèi)星的有效載荷能力,以便在投入使用之后能夠最大限度地獲取利潤。 對設(shè)計衛(wèi)星的工程師來說,這意味著:因為先進(jìn)的通信衛(wèi)星要求最大限度地增加數(shù)據(jù)速率和容量,所以留給設(shè)計者的誤差余度很小。如果未能分析或者考慮到任何相關(guān)參數(shù)或者真實效應(yīng),都可能導(dǎo)致設(shè)備性能下降,從而減少收益。與此相反的情況是設(shè)計過于縝密,亦即因為考慮了所有未知因素或者按照最差情況來設(shè)計而導(dǎo)致參數(shù)余度過大,從而增加了不必要的成本、部件、重量和復(fù)雜度。 圖1給出了傳統(tǒng)“彎管”式衛(wèi)星下行鏈路的整體示意圖,它包括了主要的部件,但衛(wèi)星部分只顯示了一個轉(zhuǎn)發(fā)器圖像。實際上,一個衛(wèi)星可能帶有30到50個轉(zhuǎn)發(fā)器。
[align=center]圖1:“彎管”式衛(wèi)星下行鏈路示意圖。 [/align] AAZSZSZ每個部件都有會降低系統(tǒng)整體功能的不理想性能。降低系統(tǒng)整體性能的最主要、最基本原因是熱噪聲??梢酝ㄟ^載波功率來設(shè)置信道內(nèi)的載噪比(CNR)或者信噪比(SNR)。在特定的信噪比和帶寬情況下,可通過香農(nóng)定律來定義每秒鐘的最大信道容量(位數(shù)),但在實際操作中永遠(yuǎn)不會達(dá)到這個最大值。為確保最佳系統(tǒng)設(shè)計,必須準(zhǔn)確模擬信道內(nèi)所有真實存在的壞損。 仿真測試解決方案 全面、真實的通信通道仿真是設(shè)計和驗證的需要。針對衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)發(fā)展的需要,設(shè)計人員需要更為有效的仿真測試設(shè)備,要求它具有寬帶仿真和測試功能,真實地模擬通道中環(huán)境壞損因素、以及通道中各部件對系統(tǒng)的影響。這樣,設(shè)計人員才能在設(shè)計階段有效地控制設(shè)計余度,同時滿足成本、可靠性和容量的要求。
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圖2:兩通道BCS結(jié)構(gòu)框圖。
[/td][/tr][/table] 目前,衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計者在設(shè)計過程中可以使用若干種輔助工具。設(shè)計模擬和測試工具主要有以下三種:計算機建模和模擬工具、制造和發(fā)射試驗衛(wèi)星、衛(wèi)星通道模擬器。 借助計算機建模和模擬工具,設(shè)計者可以建立多種信道壞損的模型,并通過模型綜合考慮系統(tǒng)的總體性能。這些工具能夠完成基本設(shè)計,并進(jìn)行性能評估。此類軟件用于臺式機和高級工作站。為得到準(zhǔn)確的結(jié)果,即使使用最快的處理器也需要花費大量的計算時間,這樣就限制了模擬對象的數(shù)量,也限制了能夠分析的綜合壞損模型。這些模型也可能并沒有正確反映實際情況。 此外,有的公司或者單位已經(jīng)制造并發(fā)射了實驗衛(wèi)星,以便在真實環(huán)境中通過真實的硬件和軟件來檢測新的通信技術(shù)和理念。這些衛(wèi)星包括ACT、Artemis、Kopernikus、N-Star、Superbird以及Italsat F1。這些衛(wèi)星的制造成本昂貴,但它們?yōu)楫?dāng)今寬帶衛(wèi)星設(shè)計的精細(xì)技術(shù)和定義方法提供了頗有價值的實驗環(huán)境。衛(wèi)星位于整個設(shè)計金字塔的塔尖,它們的性能通過設(shè)計來確定,因此根據(jù)需要更改技術(shù)規(guī)格的余地很小,同時也很難通過更改壞損機制來檢測它們對系統(tǒng)整體性能的影響。 衛(wèi)星信道模擬器把測試環(huán)境和模擬環(huán)境很好地結(jié)合起來,為用戶提供所需的精確度和實時性能。Aeroflex生產(chǎn)的Celerity CS80000寬帶信道模擬器(BCS)系列就是很好的例子。這些模擬器在實驗室中通過受控的、精確的、可重復(fù)的方式創(chuàng)建帶有壞損機制的真實信道。因為這些信道是帶有寬帶射頻輸入和輸出的實時系統(tǒng),所以在測試過程中可以使用真實的硬件終端。和軟件模型相比,這種實時測試可以運行更多檢測對象,進(jìn)而能進(jìn)行更詳細(xì)的測試。 它們的特點如下:穩(wěn)定的、可重復(fù)的模擬,帶有定義好的、受控的壞損機制;實時和全帶寬信道,能夠支持真實的硬件和快速測試時間;最壞情況模擬,可以包含任何綜合壞損模型;通過實驗室設(shè)備來最大限度地減少高成本測試或者實際衛(wèi)星測試時間。
Aeroflex通道模擬器的價值體現(xiàn)在:具有非常真實的仿真;帶寬高;高動態(tài)范圍(14 b ADC/DAC w/ 36 MHz BW);低相位瑕疵,并支持動態(tài)延遲更新;模塊化設(shè)計,易于升級;具有豐富的真實環(huán)境壞損選擇,包括動態(tài)多譜勒、動態(tài)延遲、熱噪聲、路徑損失、帶內(nèi)干擾、鄰道干擾、信道載荷、相位噪聲、Rayleigh衰落、雨損、群延遲失真、通帶內(nèi)幅度波動、非線性增益等。
其它開發(fā)測試工具包括寬帶信號發(fā)生器(BSG)和寬帶信號分析器(BSA)。它們不是信道模擬器,但是能夠創(chuàng)建真實的衛(wèi)星信號和帶有壞損機制的環(huán)境,并記錄和分析信號信道的性能。
Aeroflex寬帶通道模擬器簡介
[align=left] Aeroflex 寬帶信道仿真器模擬(BCS)可以為高速通信系統(tǒng),點對點微波和衛(wèi)星通信建立精確的和可重復(fù)的信道,提供帶寬最寬的通道模擬和連接仿真,實現(xiàn)最全面的干擾信號模擬。實時的仿真可提供帶寬達(dá)500MHz、時間延遲最大達(dá)10秒,并同時可提供1至4個獨立的通道仿真。BCS可實時為輸入信號加入干擾信號,模擬實際傳輸通道的干擾??商峁┑母蓴_信號包括:動態(tài)延遲(從地面到GEO衛(wèi)星住返的短時間延遲)、動態(tài)多普勒、精確的相位噪聲、Ricean和 Rayleigh衰落、附加白高斯噪聲、平衰落、雨水衰落、附加CW和調(diào)制的干擾信號、通帶幅度和相位奇變。用于相關(guān)或獨立信道的變頻器,可以對輸入/輸出信號進(jìn)行變頻控制。衛(wèi)星仿真軟件包,使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的TLE組件,可產(chǎn)生24小時的多普勒和延遲仿真文件。Aeroflex的通道模擬已成功應(yīng)用于多個衛(wèi)星工程中,用于模擬信號往返路徑,可在衛(wèi)星發(fā)射之前對衛(wèi)星和地面站進(jìn)行全面測試。 編輯:何世平[/align]

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