基于“北斗”衛(wèi)星通信系統(tǒng)的測試

孟令剛，張學(xué)波

（中國測試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

0 引 言

“北斗”衛(wèi)星通信系統(tǒng)是“十一五”國家863計劃重點項目，由我國自行研制、自行建設(shè)、自行管理，是具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)由空軍衛(wèi)星、地面中心站和用戶終端3部分組成，具有快速定位、雙向通信和精密授時3大功能。

鑒于北斗系統(tǒng)越來越廣泛的應(yīng)用，其性能也越來越受到用戶的重視和關(guān)注。如何進行導(dǎo)航系統(tǒng)各方面指標(biāo)的測試與實驗，是很多用戶面臨的問題。該文就北斗系統(tǒng)的測試技術(shù)與方法進行了研究，并分析具體的實現(xiàn)途徑。

1 測試原理及方法

基于“北斗”衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)由空間段、地面段和應(yīng)用段組成[1]。

空間段由“北斗”衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器構(gòu)成，“北斗”衛(wèi)星接收應(yīng)用段終端發(fā)射L1頻段信號，變成C波段信號，發(fā)射到地面段信關(guān)站，信關(guān)站發(fā)射S頻段信號到“北斗”衛(wèi)星，“北斗”衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器變成L2頻段信號發(fā)射到終端。其實質(zhì)就是利用北斗衛(wèi)星所搭載的轉(zhuǎn)發(fā)器實現(xiàn)用戶與用戶、用戶與信關(guān)站間信號的轉(zhuǎn)發(fā)。

應(yīng)用段即用戶終端，將可識別的信息（語音、數(shù)據(jù)、短消息）處理成可在空間傳輸?shù)摹⒎舷到y(tǒng)要求的無線信號，并向衛(wèi)星發(fā)射；同時，將衛(wèi)星發(fā)射（轉(zhuǎn)發(fā)）來的符合系統(tǒng)要求的空間無線信號接收處理成可識別的信息（語音、數(shù)據(jù)、短消息）?！氨倍贰蓖ㄐ沤K端主要有便攜式、車載式和固定式3種形式。

地面段由信關(guān)站天線、信關(guān)站射頻和綜合信關(guān)站組成。綜合信關(guān)站是試驗系統(tǒng)與地面通信網(wǎng)之間的匯接交換中心，負(fù)責(zé)與公共交換電話網(wǎng)（public switched telephone network，PSTN）之間的接口，完成認(rèn)證與授權(quán)、資源管理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、呼叫控制、計費處理以及移動終端之間、移動終端與PSTN之間的互聯(lián)互通。系統(tǒng)測試圖如圖1所示[2-3]。

圖1 北斗系統(tǒng)測試框圖

衛(wèi)星通信鏈路測試驗證測試了信關(guān)站發(fā)終端收，終端發(fā)信關(guān)站收，終端發(fā)、信關(guān)站再生中頻轉(zhuǎn)發(fā)、終端收3種方式的功能性能指標(biāo)，鏈路測試驗證覆蓋了系統(tǒng)的主要功能。測試信號有點頻、窄帶（10 kHz）信號和寬帶信號，信號調(diào)制16QAM信號。測試指標(biāo)包括信號電平動態(tài)范圍、信噪比、誤碼率，測試的性能指標(biāo)包括了系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)。測試涉及應(yīng)用段便攜式終端和固定終端、綜合信關(guān)站設(shè)備、射頻系統(tǒng)及調(diào)制解調(diào)器。應(yīng)用段終端包括便攜式天線、固定站天線、收發(fā)濾波器、功放（HPA）、低噪聲放大器（LNA）、終端變頻器（上變頻和下變頻）、終端調(diào)制解調(diào)器、電源及電纜。綜合信關(guān)站設(shè)備包括天線、功放（HPA）、低噪聲放大器（LNA）、變頻器（上變頻和下變頻）、調(diào)制解調(diào)器。測試部件包括了系統(tǒng)全部新研硬件。

2 測試結(jié)果與分析

2.1 短消息業(yè)務(wù)

根據(jù)《物理層協(xié)議》的內(nèi)容，純語音數(shù)據(jù)設(shè)計成2.4Kb/s的速率。但數(shù)據(jù)線上的速率是包括了幀頭、控制字的數(shù)據(jù)速率，因此從測試儀器上無法直觀地觀測到2.4Kb/s的速率。

2.1.1 測試方法

測量通信體制的框圖見圖2[4-6]。

圖2 衛(wèi)星移動終端頻譜測試框圖

2.1.2 測試步驟

（1）按照圖2所示的結(jié)構(gòu)將系統(tǒng)連接，在移動終端的變頻器與LNA/HPA之間增加一個功分器，將一路射頻信號分離出來。

（2）分離出來的信號接入頻譜儀。

（3）將頻譜儀的中心頻率調(diào)整到觀察頻段，觀察頻譜儀的信號頻譜，出現(xiàn)5MHz帶寬的寬帶信號即可證實系統(tǒng)的通信體制為CDMA體制。

2.1.3 測試結(jié)果

測試要求短消息業(yè)務(wù)≤140B，測試結(jié)果如預(yù)期結(jié)果一致，移動終端2上收到的短信內(nèi)容與移動終端1所發(fā)的短信內(nèi)容一致，表明短信模塊工作正常。

2.2 誤碼率

2.2.1 測試步驟

（1）按照圖3搭建測試系統(tǒng)，系統(tǒng)工作正常，移動終端注冊成功。

（2）從信關(guān)站發(fā)送一固定量的數(shù)據(jù)到移動終端，在移動終端的數(shù)字端通過數(shù)字接口引出到PC機上進行保存。

（3）將PC機上保存的數(shù)據(jù)與信關(guān)站的發(fā)送數(shù)據(jù)進行對比，檢查誤幀率。

（4）重復(fù)進行（2）、（3）步驟，至少發(fā)送 20次以上的不同數(shù)據(jù)進行對比，記錄對比結(jié)果，統(tǒng)計誤幀率[7]。

2.2.2 測試結(jié)果

誤幀率是衡量系統(tǒng)工作質(zhì)量的重要參數(shù)，表1的測試結(jié)果說明系統(tǒng)該項指標(biāo)的優(yōu)良。

2.3 移動終端之間語音時延測試

測試框圖見圖4[8]。

2.3.1 測試步驟

（1）按圖4所示連接設(shè)備，2個終端工作正常。

（2）調(diào)節(jié)雙蹤示波器，使其幅度分辨率為500 mv/格，時間分辨率為100ms/格。

表1 誤幀率（信噪比：-6dBm）

圖3 測試設(shè)備連接圖

圖4 移動終端之間語音延時框圖

（3）使移動終端A和B保持通話狀態(tài)。

（4）對移動終端B話筒報數(shù)，持續(xù)1 s，停頓4 s，雙蹤示波器顯示圖形如圖5所示，記錄下時間T0，T1，填入記錄表。

（5）重復(fù)步驟（4）N次，并將結(jié)果記錄于記錄表。

（6）計算語音延遲時間平均值，并填入記錄表。

2.3.2 測試結(jié)果

測試結(jié)果如表2所示。實驗室語音延遲平均約500ms，系統(tǒng)運行時延平均約800ms，足以滿足普通軍事以及日常民用衛(wèi)星通信的需求。

3 結(jié)束語

該文主要從短信業(yè)務(wù)、誤碼率、移動終端語音時延3方面測試了北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)，取得了良好的測試效果。但仍不夠全面，將來應(yīng)該不斷完善測試指標(biāo)以及更新測試方法，使北斗系統(tǒng)的測試結(jié)果更具說服力、更能準(zhǔn)確地表征該系統(tǒng)的性能。

表2 語音延時

圖5 示波器示意圖

隨著北斗系統(tǒng)測試方法的不斷完善，經(jīng)過第三方檢測部門認(rèn)證的北斗系統(tǒng)，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性也將大大增強，從而降低系統(tǒng)應(yīng)用的風(fēng)險，使北斗系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定地創(chuàng)造巨大的社會和經(jīng)濟效益。

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