航天工業大眾化推動了衛星應用的快速發展。

數據表明，未來67%衛星任務將由星座驅動，改變目前由單星完成服務的現狀，這意味著單一GEO衛星通信逐漸轉向低軌衛星星座與蜂窩網絡的結合。另外，衛星互聯網成為中國新基建規劃的一部分，衛星的批量生產與測試技術發展方向也引發了業界的熱烈討論。

對于在航空航天行業擁有超過40年經驗的NI而言，如何助力客戶從容面對這些挑戰？在《硬核系列 | NI航空航天線上論壇》第二期，NI專家——亞太區商業航天行業負責人劉金龍、高級應用工程師郭放，正結合NI與領先客戶的豐富實踐，為您重磅解讀衛星測試及低軌衛星通信與5G融合的關鍵技術、衛星通信鏈路及信道仿真解析等趨勢話題。

01衛星通信與5G原型仿真

一般而言，通信過程涉及物理層、鏈路層、網絡層、應用層等多個層級。目前，NI解決方案的主要著力點是在物理層。衛星通信大致上可以分為兩條鏈路，一條是信關站與衛星之間的饋電鏈路，業界一般沿用衛星通信主流的DVB通信體制；另一條則是衛星到用戶終端的服務鏈路，這一部分則是多種通信體制并存的市場現狀。因此，不少專家學者及單位開始提出，將“5G NR”這一地面蜂窩網絡技術引入其中，這也驅動了低軌衛星通信與5G融合的相關技術討論。

低軌衛星通信與5G融合

當然，考慮到星地信道的特點，相關的原型仿真也需要隨之修改。在寬帶星地信道模擬上，例如針對系統/網絡級仿真，可與NI現有端到端通信原型系統（DVB、MF-TDMA、4G-LTE、5G-NR）結合，仿真驗證整個網絡系統性能；針對鏈路級仿真，可在實驗室內模擬外場環境，驗證測試衛星通信載荷或地面終端實際性能。

低軌衛星通信與5G融合原型仿真過程

當然，在技術融合的過程中仍有不少的挑戰有待解決，例如5G NR用于衛星通信的關鍵技術挑戰就是工程師研討的焦點，例如——01物理層波形、算法

·大多普勒頻移

·基于多波束的驗證

·功率受限

02隨機接入過程

·定時提前

·隨機接入算法

03動態調度過程

·MAC調度

·HARQ

·干擾信號源

·頻率管理與干擾

對此，NI已經推出基于MATLAB與NI SDR硬件的5G非地面通信半實物原型系統。該系統不僅結合了MATLAB軟件仿真的快捷性，還具備硬件模擬實際通信過程的能力，可謂5G NR通信研究的“神器”~

一方面，通過MATLAB能夠方便、快捷地調整各類參數，實現不同衛星通信需求的定制化設計；另一方面，利用PXI與VST模擬基站、利用USRP模擬多個終端用戶，采用硬件信號觸發實現幀同步，從而精準模擬基站與多用戶之間的通信交互過程。NI還加入了信道模擬器，通過專用同步信號實現與寬帶星地信道模擬器的同步，可幫助客戶快速搭建測試系統。

02衛星批產自動化測試

不僅是通信原型技術驗證，加速衛星批量生產自動化測試也是NI靈活軟硬件平臺的應用重點。

衛星姿態與軌道控制仿真系統，這是判斷衛星工作狀態的一個關鍵測試設備。在進行地面測試時，工程人員需要通過仿真系統來模擬實現衛星的敏感器、執行器以及動力學模型空間環境等一系列的特性。NI的解決方案則是通過PXI硬件結合VeriStand軟件來實現，目前已在多個主流客戶的系統中應用。

衛星TT&C遙測遙控地面測試系統，也是NI備受歡迎的解決方案。這是NI投入多年的地面測試系統，基于射頻前端的硬件以及高性能FPGA的處理能力來構建，已支持各類豐富的測控體制，如UCB、USB、擴頻測控體制、中繼測控、測控數傳一體化等，屬于業界相對成熟的解決方案。此外，NI還在推進低軌衛星在軌測控（TT&C）及高速數傳（HDR）的創新應用，通過自主開發頻偏捕獲算法抑制大多普勒偏差；針對低軌衛星過頂時間短的特點，集成數據流盤與回放系統，加速地面測控站系統調制周期，可實現衛星地面站測控管理軟件實現7*24無人值守自動運行。

NI地面站管理系統已實現7*24無人值守自動運行

擁有上述眾多測試系統解決方案，NI逐漸形成面向量產的自動化測試架構，致力于為航空航天行業客戶提供先進、靈活、高效的測試解決方案。限于篇幅，眾多NI衛星應用的測試系統方案無法一一列舉。