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(guó)休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)公司的SPACEWAY每個(gè)點(diǎn)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(jì),、制造和部署成本都較高,。衛(wèi)星設(shè)計(jì)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(rùn)。
對(duì)設(shè)計(jì)衛(wèi)星的工程師來說,，這意味著：因?yàn)橄冗M(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(jì)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(shí)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(jì)過于縝密,，亦即因?yàn)榭紤]了所有未知因素或者按照最差情況來設(shè)計(jì)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(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器圖像。實(shí)際上,，一個(gè)衛(wèi)星可能帶有30到50個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器,。
圖1：“彎管”式衛(wèi)星下行鏈路示意圖
AAZSZSZ每個(gè)部件都有會(huì)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,。可以通過載波功率來設(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(shí)際操作中永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到這個(gè)最大值,。為確保最佳系統(tǒng)設(shè)計(jì),，必須準(zhǔn)確模擬信道內(nèi)所有真實(shí)存在的壞損。
仿真測(cè)試解決方案
全面、真實(shí)的通信通道仿真是設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的需要,。針對(duì)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)發(fā)展的需要,，設(shè)計(jì)人員需要更為有效的仿真測(cè)試設(shè)備，要求它具有寬帶仿真和測(cè)試功能,，真實(shí)地模擬通道中環(huán)境壞損因素,、以及通道中各部件對(duì)系統(tǒng)的影響。這樣,，設(shè)計(jì)人員才能在設(shè)計(jì)階段有效地控制設(shè)計(jì)余度,，同時(shí)滿足成本、可靠性和容量的要求,。
目前,，衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中可以使用若干種輔助工具。設(shè)計(jì)模擬和測(cè)試工具主要有以下三種：計(jì)算機(jī)建模和模擬工具,、制造和發(fā)射試驗(yàn)衛(wèi)星,、衛(wèi)星通道模擬器。
借助計(jì)算機(jī)建模和模擬工具,，設(shè)計(jì)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(jì),，并進(jìn)行性能評(píng)估,。此類軟件用于臺(tái)式機(jī)和高級(jí)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(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間,，這樣就限制了模擬對(duì)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(shí)際情況,。
此外，有的公司或者單位已經(jīng)制造并發(fā)射了實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,，以便在真實(shí)環(huán)境中通過真實(shí)的硬件和軟件來檢測(cè)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(jì)的精細(xì)技術(shù)和定義方法提供了頗有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。衛(wèi)星位于整個(gè)設(shè)計(jì)金字塔的塔尖,，它們的性能通過設(shè)計(jì)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(shí)也很難通過更改壞損機(jī)制來檢測(cè)它們對(duì)系統(tǒng)整體性能的影響。
衛(wèi)星信道模擬器把測(cè)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(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)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(jī)制的真實(shí)信道。因?yàn)檫@些信道是帶有寬帶射頻輸入和輸出的實(shí)時(shí)系統(tǒng),，所以在測(cè)試過程中可以使用真實(shí)的硬件終端,。和軟件模型相比，
這種實(shí)時(shí)測(cè)試可以運(yùn)行更多檢測(cè)對(duì)象,，進(jìn)而能進(jìn)行更詳細(xì)的測(cè)試,。
它們的特點(diǎn)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(jī)制；實(shí)時(shí)和全帶寬信道,，能夠支持真實(shí)的硬件和快速測(cè)試時(shí)間,；最壞情況模擬，可以包含任何綜合壞損模型,；通過實(shí)驗(yàn)室設(shè)備來最大限度地減少高成本測(cè)試或者實(shí)際衛(wèi)星測(cè)試時(shí)間,。
圖2：兩通道BCS結(jié)構(gòu)框圖
Aeroflex通道模擬器的價(jià)值體現(xiàn)在：具有非常真實(shí)的仿真；帶寬高,；高動(dòng)態(tài)范圍(14 b ADC/DAC w/ 36 MHz BW),；低相位瑕疵，并支持動(dòng)態(tài)延遲更新,；模塊化設(shè)計(jì),，易于升級(jí)；具有豐富的真實(shí)環(huán)境壞損選擇,，包括動(dòng)態(tài)多譜勒,、動(dòng)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(dòng),、非線性增益等,。
其它開發(fā)測(cè)試工具包括寬帶信號(hào)發(fā)生器(BSG)和寬帶信號(hào)分析器(BSA)。它們不是信道模擬器,，但是能夠創(chuàng)建真實(shí)的衛(wèi)星信號(hào)和帶有壞損機(jī)制的環(huán)境,，并記錄和分析信號(hào)信道的性能。
Aeroflex寬帶通道模擬器簡(jiǎn)介
Aeroflex 寬帶信道仿真器模擬(BCS)可以為高速通信系統(tǒng),，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)最全面的干擾信號(hào)模擬,。實(shí)時(shí)的仿真可提供帶寬達(dá)500MHz,、時(shí)間延遲最大達(dá)10秒，并同時(shí)可提供1至4個(gè)獨(dú)立的通道仿真,。BCS可實(shí)時(shí)為輸入信號(hào)加入干擾信號(hào),，模擬實(shí)際傳輸通道的干擾。
可提供的干擾信號(hào)包括：動(dòng)態(tài)延遲(從地面到GEO衛(wèi)星住返的短時(shí)間延遲),、動(dòng)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(hào),、通帶幅度和相位奇變。用于相關(guān)或獨(dú)立信道的變頻器,，可以對(duì)輸入/輸出信號(hào)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(shí)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(gè)衛(wèi)星工程中，用于模擬信號(hào)往返路徑,，可在衛(wèi)星發(fā)射之前對(duì)衛(wèi)星和地面站進(jìn)行全面測(cè)試,。