【应用】Keysight提供低轨宽带通信卫星系统和器件调制质量的测试整体方案

2月28号的卫星技术讲座现场堪称火爆，很多用户提出还要看续集，今天我们带大家了解一下低轨宽带通信卫星的系统和器件调制质量的测试整体方案吧。 

低轨通信卫星采用了更大的系统带宽和更为复杂的信号制式以提高系统速率。高频、大带宽、复杂的信号制式，以及不断演进的行业标准也给测试带来了更大的挑战。

中国低轨通信卫星项目处于关键的性能评估以及系统设计阶段。与其他传统地面通信系统类似，对系统中的功放，射频链路以及发射机和接收机进行调制质量和解调性能的评估是衡量系统最终性能的重要依据。需要进行此类测试的设备包括地面站收发设备，星上转发设备以及用户终端设备。

针对这些挑战，KEYSIGHT 提供了涵盖宽带矢量信号生成、解调分析和元器件测试的完整测试方案。

频率可以覆盖Ku/Ka/Q/V波段，带宽最宽可达4 GHz；

支持低轨卫星备选的 DFT-S-OFDM (QPSK/8PSK) 和 DVB-S2 (QPSK/8PSK)信号制式，完美契合低轨卫星通信的地面站收发设备，星上转发设备和用户终端设备的性能评估要求。

为卫星及终端研发单位提供专业的支持，协助客户完成低轨卫星关键器件的调制质量(EVM)性能评估。

方案总结

Keysight 矢量信号源 + 信号分析仪和矢量信号源 + 矢网的方案，都能够进行低轨候选信号中 DFT-S-OFDM 和 DVB-S2 信号格式下元器件的 ACPR 和EVM 测试(单载波和多载波)。两种方案从时域和频域进行EVM的测量，得到非常一致的结果，验证了测试结果的精度和有效性。

Keysight 针对低轨候选信号的要求，在DFT-S-OFDM信号的生成和解调分析上专门开发了对8PSK调制方式的支持, 可以支5G NR 8PSK调制的方案。

矢量信号源和信号分析仪的方式既可以支持元器件测试，又可以支持发射机和接收机整机的调制解调测试。

Keysight PNA-X是业界唯一支持器件ACPR和EVM测试的网络分析仪，它具有非常快捷的测试速度，极低的本底EVM，还能同时给出每个载波的EVM测试结果和总的EVM。对于元器件测试而言可以实现从基本的物理参数到宽带调制质量的一站式测试。

以下将完整介绍完成上述测试需求的解决方案和测试结果实例供大家选型与参考。其中信号产生和信号分析平台既可以完成放大器和变频器等元器件的调制质量(EVM)和邻道泄露(ACP)测试，也可以完成发射机整机的调制性能和接收机解调性能验证。矢量网络分析仪+矢量信号源的平台则可以在兼顾元器件传统物理参数的同时完成元器件的调制质量(EVM)和邻道泄露(ACP)测试。

一、方案概述

0.1信号生成和分析软件

目前低轨候选的信号制式包括DVB-S2和DFT-S-OFDM两种。其中DVB-S2是应用在卫星上的传统信号，采样单载波调制配合信源信道编码，调制格式包括QPSK，8PSK，16APSK和32APSK。

不同点在于本次低轨候选评估的DVB-S2信号带宽大为增加，单载波最高400MHZ带宽，多载波（2或者4载波）聚合下系统最大带宽约为950MHz。

DFT-S-OFDM是OFDM体制信号，频谱效率更高，系统吞吐率更大，是当今地面移动通信系统中所采用的最新信号体制。

此类信号由于OFDM信号峰均比等方面的原因，传统上并未用于对功放能耗要求严格的卫星系统上。如今随着系统速率要求的提高，考虑将其应用在低轨卫星通信系统中，因此对于卫星上的放大器（包括行波管放大器和固态放大器）而言，需要重新评估器件在该类型信号激励下的调制状态。根据器件在不同工作点下的信号恶化程度，可以评估系统的最大输出功率以及可承受的调制方式。

与DVB-S2类似，低轨候选DFT-S-OFDM单载波信号带宽为100MHz，200MHz和400MHz，载波数为2和4两种，最大系统带宽约为950MHz。

从低轨候选DFT-S-OFDM信号的帧结构，子载波间隔，FFT/IFFT点数以及信道编码要求来看，其与当今的3GPP 5GNR信号物理层制式非常类似，所不同的是低轨要求QPSK和8PSK调制格式。其中8PSK不在5GNR标准的调制格式之中，因此一般商业仪器无法对该信号进行一键式信号产生和分析。

Keysight中国利用本地研发的优势，第一时间在5GNR信号生成软件和分析软件中完成了对DFT-S-OFDM 8PSK制式的支持。目前已经完成和部分单位的验证测试。商用化的软件配合自身仪表可以提供系统级的整机指标和一致性测试功能，节省用户的测试时间和避免定制化开发中的不必要误差。

Keysight信号产生和分析平台都是开放式的仪表，既可以接受用户的原始IQ文件，也可以抓取并导出采集的原始IQ文件供用户在Matlab第三方软件中进行分析。Keysight仪表提供基于Matlab的信号产生、校准、下载、抓取和分析示例程序。

0.2信号产生和分析硬件平台

Keysight的宽带信号产生和分析平台有多种选择，根据所需要的频率，带宽和通道数可以灵活组合。下图为经典的宽带微波矢量信号源和信号分析平台。该平台中的矢量信号源部分特点如下：

1、主机频率最高为44GHz，覆盖Ka频段卫星测试需求。

2、最大带宽为4GHz，覆盖当前低轨候选信号各种组合并为后续预留空间。

3、低残余EVM：在低轨卫星频段信号源和分析仪直连的残余EVM在0.5%-1%之间，为测试提供较高的置信度。

4、高功率输出下的低残余EVM：一般信号源和功放一样都有一定的线性区间，在高功率输出状态下的信号失真比较明显（大于+3dBm输出时残余EVM迅速恶化），Keysight微波矢量信号源在输出功率到+10dBm时都能维持很低的EVM，满足高功率激励场景下的测试需求。

5、支持V频段，E频段及W频段矢量扩展：与Keysight 毫米波变频器组合可以支持V波段卫星宽带测试需求，带宽高达4GHz。

6、成熟的宽带校准技术：通过Keysight宽带校准技术可以去除宽带矢量源固有的平坦度、相位非线性和IQ调制镜像，保证在Q和V频段都具备低残余EVM。

0.3基于矢量信号源和矢网的功放和变频器

ACPR和EVM测试

信号分析仪通过解调的方法测量EVM是从时域测量的方法，根据帕瑟瓦尔定理，时域和频域是等效的，矢网用的是从频域测量和求解EVM的方法。矢网测量器件（功放或变频器）的EVM的原理：

在矢量信号源激励宽带调制信号的情况下，矢网分别用被测件输入端的参考接收机和输出端的测试接收机测量被测件输入和输出端的频谱，利用频谱的相关运算，计算器件响应的线性部分和失真部分，从而计算EVM。

矢网方案的特点：

1、带宽非常宽，可以达到4 GHz。EVM测量的带宽只受限于矢量信号源的带宽，矢网的频谱测量没有带宽限制，只要在矢网工作的频率范围内就可以。

2、能够直接给出ACPR和EVM的测试结果。

3、测试速度快，每个功率点只需要几秒钟的时间。对产线测试非常有益。

4、通过对信号源的校准，可以得到更低的本底EVM。

5、对于多载波的信号，可以同时给出每个载波的EVM测试结果，以及总的EVM结果（均方根）。

6、用户如果已经有了矢网，只需要升级软件选件（S93070）就可以获得ACPR和EVM的测试功能，可以降低测试成本