基于“北斗”衛星通信系統的測試

孟令剛，張學波

（中國測試技術研究院，四川 成都 610021）

0 引 言

“北斗”衛星通信系統是“十一五”國家863計劃重點項目，由我國自行研制、自行建設、自行管理，是具有完全自主知識產權的區域性衛星導航系統。該系統由空軍衛星、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。

鑒于北斗系統越來越廣泛的應用，其性能也越來越受到用戶的重視和關注。如何進行導航系統各方面指標的測試與實驗，是很多用戶面臨的問題。該文就北斗系統的測試技術與方法進行了研究，并分析具體的實現途徑。

1 測試原理及方法

基于“北斗”衛星移動通信試驗系統由空間段、地面段和應用段組成[1]。

空間段由“北斗”衛星轉發器構成，“北斗”衛星接收應用段終端發射L1頻段信號，變成C波段信號，發射到地面段信關站，信關站發射S頻段信號到“北斗”衛星，“北斗”衛星轉發器變成L2頻段信號發射到終端。其實質就是利用北斗衛星所搭載的轉發器實現用戶與用戶、用戶與信關站間信號的轉發。

應用段即用戶終端，將可識別的信息（語音、數據、短消息）處理成可在空間傳輸的、符合系統要求的無線信號，并向衛星發射；同時，將衛星發射（轉發）來的符合系統要求的空間無線信號接收處理成可識別的信息（語音、數據、短消息）。“北斗”通信終端主要有便攜式、車載式和固定式3種形式。

地面段由信關站天線、信關站射頻和綜合信關站組成。綜合信關站是試驗系統與地面通信網之間的匯接交換中心，負責與公共交換電話網（public switched telephone network，PSTN）之間的接口，完成認證與授權、資源管理、協議轉換、呼叫控制、計費處理以及移動終端之間、移動終端與PSTN之間的互聯互通。系統測試圖如圖1所示[2-3]。

圖1 北斗系統測試框圖

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

2 測試結果與分析

2.1 短消息業務

根據《物理層協議》的內容，純語音數據設計成2.4Kb/s的速率。但數據線上的速率是包括了幀頭、控制字的數據速率，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所示的結構將系統連接，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整到觀察頻段，觀察頻譜儀的信號頻譜，出現5MHz帶寬的寬帶信號即可證實系統的通信體制為CDMA體制。

2.1.3 測試結果

測試要求短消息業務≤140B，測試結果如預期結果一致，移動終端2上收到的短信內容與移動終端1所發的短信內容一致，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，系統工作正常，移動終端注冊成功。

（2）從信關站發送一固定量的數據到移動終端，在移動終端的數字端通過數字接口引出到PC機上進行保存。

（3）將PC機上保存的數據與信關站的發送數據進行對比，檢查誤幀率。

（4）重復進行（2）、（3）步驟，至少發送 20次以上的不同數據進行對比，記錄對比結果，統計誤幀率[7]。

2.2.2 測試結果

誤幀率是衡量系統工作質量的重要參數，表1的測試結果說明系統該項指標的優良。

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所示連接設備，2個終端工作正常。

（2）調節雙蹤示波器，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。

（4）對移動終端B話筒報數，持續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）重復步驟（4）N次，并將結果記錄于記錄表。

（6）計算語音延遲時間平均值，并填入記錄表。

2.3.2 測試結果

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

3 結束語

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

表2 語音延時

圖5 示波器示意圖

隨著北斗系統測試方法的不斷完善，經過第三方檢測部門認證的北斗系統，其系統的穩定性與可靠性也將大大增強，從而降低系統應用的風險，使北斗系統能夠持續穩定地創造巨大的社會和經濟效益。

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