基于“北斗”卫星通信系统的测试

孟令刚，张学波

（中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

0 引 言

“北斗”卫星通信系统是“十一五”国家863计划重点项目，由我国自行研制、自行建设、自行管理，是具有完全自主知识产权的区域性卫星导航系统。该系统由空军卫星、地面中心站和用户终端3部分组成，具有快速定位、双向通信和精密授时3大功能。

鉴于北斗系统越来越广泛的应用，其性能也越来越受到用户的重视和关注。如何进行导航系统各方面指标的测试与实验，是很多用户面临的问题。该文就北斗系统的测试技术与方法进行了研究，并分析具体的实现途径。

1 测试原理及方法

基于“北斗”卫星移动通信试验系统由空间段、地面段和应用段组成[1]。

空间段由“北斗”卫星转发器构成，“北斗”卫星接收应用段终端发射L1频段信号，变成C波段信号，发射到地面段信关站，信关站发射S频段信号到“北斗”卫星，“北斗”卫星转发器变成L2频段信号发射到终端。其实质就是利用北斗卫星所搭载的转发器实现用户与用户、用户与信关站间信号的转发。

应用段即用户终端，将可识别的信息（语音、数据、短消息）处理成可在空间传输的、符合系统要求的无线信号，并向卫星发射；同时，将卫星发射（转发）来的符合系统要求的空间无线信号接收处理成可识别的信息（语音、数据、短消息）。“北斗”通信终端主要有便携式、车载式和固定式3种形式。

地面段由信关站天线、信关站射频和综合信关站组成。综合信关站是试验系统与地面通信网之间的汇接交换中心，负责与公共交换电话网（public switched telephone network，PSTN）之间的接口，完成认证与授权、资源管理、协议转换、呼叫控制、计费处理以及移动终端之间、移动终端与PSTN之间的互联互通。系统测试图如图1所示[2-3]。

图1 北斗系统测试框图

卫星通信链路测试验证测试了信关站发终端收，终端发信关站收，终端发、信关站再生中频转发、终端收3种方式的功能性能指标，链路测试验证覆盖了系统的主要功能。测试信号有点频、窄带（10 kHz）信号和宽带信号，信号调制16QAM信号。测试指标包括信号电平动态范围、信噪比、误码率，测试的性能指标包括了系统的关键指标。测试涉及应用段便携式终端和固定终端、综合信关站设备、射频系统及调制解调器。应用段终端包括便携式天线、固定站天线、收发滤波器、功放（HPA）、低噪声放大器（LNA）、终端变频器（上变频和下变频）、终端调制解调器、电源及电缆。综合信关站设备包括天线、功放（HPA）、低噪声放大器（LNA）、变频器（上变频和下变频）、调制解调器。测试部件包括了系统全部新研硬件。

2 测试结果与分析

2.1 短消息业务

根据《物理层协议》的内容，纯语音数据设计成2.4Kb/s的速率。但数据线上的速率是包括了帧头、控制字的数据速率，因此从测试仪器上无法直观地观测到2.4Kb/s的速率。

2.1.1 测试方法

测量通信体制的框图见图2[4-6]。

图2 卫星移动终端频谱测试框图

2.1.2 测试步骤

（1）按照图2所示的结构将系统连接，在移动终端的变频器与LNA/HPA之间增加一个功分器，将一路射频信号分离出来。

（2）分离出来的信号接入频谱仪。

（3）将频谱仪的中心频率调整到观察频段，观察频谱仪的信号频谱，出现5MHz带宽的宽带信号即可证实系统的通信体制为CDMA体制。

2.1.3 测试结果

测试要求短消息业务≤140B，测试结果如预期结果一致，移动终端2上收到的短信内容与移动终端1所发的短信内容一致，表明短信模块工作正常。

2.2 误码率

2.2.1 测试步骤

（1）按照图3搭建测试系统，系统工作正常，移动终端注册成功。

（2）从信关站发送一固定量的数据到移动终端，在移动终端的数字端通过数字接口引出到PC机上进行保存。

（3）将PC机上保存的数据与信关站的发送数据进行对比，检查误帧率。

（4）重复进行（2）、（3）步骤，至少发送 20次以上的不同数据进行对比，记录对比结果，统计误帧率[7]。

2.2.2 测试结果

误帧率是衡量系统工作质量的重要参数，表1的测试结果说明系统该项指标的优良。

2.3 移动终端之间语音时延测试

测试框图见图4[8]。

2.3.1 测试步骤

（1）按图4所示连接设备，2个终端工作正常。

（2）调节双踪示波器，使其幅度分辨率为500 mv/格，时间分辨率为100ms/格。

表1 误帧率（信噪比：-6dBm）

图3 测试设备连接图

图4 移动终端之间语音延时框图

（3）使移动终端A和B保持通话状态。

（4）对移动终端B话筒报数，持续1 s，停顿4 s，双踪示波器显示图形如图5所示，记录下时间T0，T1，填入记录表。

（5）重复步骤（4）N次，并将结果记录于记录表。

（6）计算语音延迟时间平均值，并填入记录表。

2.3.2 测试结果

测试结果如表2所示。实验室语音延迟平均约500ms，系统运行时延平均约800ms，足以满足普通军事以及日常民用卫星通信的需求。

3 结束语

该文主要从短信业务、误码率、移动终端语音时延3方面测试了北斗卫星通信系统，取得了良好的测试效果。但仍不够全面，将来应该不断完善测试指标以及更新测试方法，使北斗系统的测试结果更具说服力、更能准确地表征该系统的性能。

表2 语音延时

图5 示波器示意图

随着北斗系统测试方法的不断完善，经过第三方检测部门认证的北斗系统，其系统的稳定性与可靠性也将大大增强，从而降低系统应用的风险，使北斗系统能够持续稳定地创造巨大的社会和经济效益。

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