全方位 5G NTN 測試方案：從鏈路模擬到硬體迴路驗證
精準重現真實衛星通訊環境，加速開發與驗證流程
作為 5G 革命的一部分，非地面網路 (Non-Terrestrial Networks, NTN) 已成為擴展覆蓋範圍和實現全球連線的關鍵技術，當此技術完全實現時，衛星通訊系統與 5G 的整合，將能在偏遠地區提供高速、低延遲的通訊服務，其範圍遠超過傳統地面網路所能及；衛星通道模擬，亦稱為鏈路模擬，用以確保 5G NTN 系統在真實世界場景中能夠可靠地運作。
衛星通道模擬是在一個受控的環境中，模擬衛星通訊通道的行為，讓工程師無需使用即時衛星鏈路即可評估和優化衛星通訊系統，影響衛星通道鏈路的常見因素包括訊號衰減、都卜勒頻移 (Doppler shift)、傳播延遲、電離層閃爍和多路徑效應，這些條件都可以被精確地模擬，用以驗證通訊系統的效能和可靠性。
為何鏈路模擬至關重要
- 符合成本效益的測試：
相較於昂貴的即時衛星測試，模擬提供了一個更具成本效益的替代方案。 - 早期問題偵測：
此方法有助於在發射衛星或建立即時衛星鏈路之前，及早發現問題並優化系統。 - 開發與優化：
工程師可利用此技術開發和優化衛星通訊系統，包含天線、數據機和通訊協定。 - 降低風險：
透過模擬極端條件，例如大氣干擾，有助於提高系統的可靠性，並降低正式運作後發生故障的風險。 - 效能驗證：
模擬可確保系統在不同情境下的功能性和效能，包括那些在真實世界中不常發生，但對服務可靠性至關重要的關鍵場景。
5G NTN 系統的測試與驗證
此解決方案整合了 Rohde & Schwarz 與 Maury Microwave 的專業技術，聚焦於 5G NTN 系統的測試與驗證。
Rohde & Schwarz SMW200A 向量訊號產生器 憑藉其產生複雜射頻訊號的卓越能力，可用於衛星通道模擬，它能夠模擬衛星通訊環境，並在多種條件下測試衛星接收器，該儀器內建了衰減、都卜勒頻移和加成性高斯白雜訊 (AWGN) 的模擬功能。
然而，在某些情境下，特別是當客戶的待測物 (Device Under Test, DUT)，例如：數據機或 gNodeB，本身就是訊號的產生源時，則無法使用訊號產生器；此外，在某些需要依據特定軌道星曆資料產生真實損耗的場景中，則需要使用獨立的模擬器，Maury Microwave (dBm) 的 ACE 9600 進階通道模擬器，用以建立真實的衛星通訊鏈路效應。
在多種測試場景中，可將訊號分析儀，Rohde & Schwarz FSW 系列訊號與頻譜分析儀與 Maury Microwave (dBm) ACE 9600 進階通道模擬器搭配使用，以測試和驗證衛星通訊的訊號品質、量測失真與干擾、頻率響應及訊號強度。
最後，當需要模擬透過衛星網路的 5G New Radio (NR) 介面時，可將 Rohde & Schwarz CMX500 無線通訊測試儀與進階通道模擬器結合使用。
此測試方案專注於 5G NTN 系統的測試與驗證，涵蓋以下應用場景：
- 場景一：實體層的接收器測試
- 場景二：MIL 5G NTN 端對端測試
- 場景三：5G NTN 透明酬載測試
ACE9600 透過內建的 L/S 頻段射頻轉換器，完整支援 NR-NTN 的上行鏈路與下行鏈路頻段 n254、n255 和 n256；對於 Release 18 中定義的 Ka 頻段 (FR2) 頻率，則需要搭配使用 Maury 提供的延伸範圍外部射頻轉換器作為 ACE9600 的輔助產品。
測試場景一：實體層的接收器測試
實體層的接收器測試，對於評估衛星通訊 (SATCOM) 系統的效能至關重要，特別是用於驗證接收器在真實條件下處理傳入衛星訊號的能力，實體層測試專注於量測接收器處理調變訊號、應對干擾以及在各種雜訊、失真和衰減條件下的效能表現。
關鍵效能指標包括：
- 訊號接收品質
- 干擾處理能力
- 錯誤效能
- 雜訊容忍度
- 都卜勒頻移前補償及/或後補償
- 靈敏度與動態範圍
- 頻率穩定性與準確度
為執行接收器測試的相關程序，需要以下設備：
- 向量訊號產生器，用以建立複雜的 SATCOM 訊號。
- 通道模擬器，用以產生損耗，例如延遲、都卜勒頻移、衰減和雜訊。
- 接收器 (DUT)。
在 SATCOM 接收器測試的初始階段，若 SMW200A 內建的損耗建立功能足以滿足測試需求，單台 R&S SMW200A 即可同時作為訊號產生器與通道模擬器使用，其測試架構如下圖所示。
若測試需求更進一步，需要採用依據軌道星曆資料的損耗模型，或是在端對端測試中確保一致的損耗條件，則可在 SMW200A 與接收器之間加入一台 Maury Microwave (dBm) ACE9600 進階通道模擬器，如下圖所示。
此外，當需要使用客戶特定或專有/受保護的訊號進行實體層接收器測試時，也能輕易地以使用者提供的數據機或類似設備取代訊號產生器的角色，其配置如下圖所示。
待測物 (DUT) 範例包括：
- 使用者設備 (UE) 收發器（在非訊令模式下的 UE 子集）。
- 閘道器/中繼通訊收發器。
- 衛星酬載通訊收發器。
- 軟體定義無線電 (SDRs)。
場景二：MIL 5G NTN 端對端測試
MIL 5G NTN 端對端測試涉及驗證 5G NTN 設備如何透過衛星鏈路進行通訊，確保其與地面及非地面（衛星）5G 網路的無縫整合，此過程確保所有組件，包括衛星、地面站和地面基礎設施，能夠協同運作，並在真實條件下符合效能、可靠性和互通性的標準。
關鍵效能指標包括：
- 無縫整合與切換
- 效能驗證
- 5G NTN 互通性
- 移動性支援
- 服務品質 (QoS) 與安全性測試
執行此測試需要以下設備：
- 使用者設備 (DUT)。
- 通道模擬器，用以產生損耗，例如延遲、都卜勒頻移、衰減和雜訊。
- 使用者設備 (DUT)。
執行端對端 SATCOM 鏈路測試最直接的方法，是在通訊的兩端 (DUTs) 之間插入一台 Maury Microwave (dBm) ACE9600，以建立鏈路損耗，如下圖所示。
如果測試過程中發現問題，可將其中一端的待測物 (DUT) 替換為 R&S FSW 頻譜分析儀，以進行訊號的故障排除，如下圖所示。
除了產生依據星曆資料的損耗外，ACE9600 還能產生硬體迴路（例如酬載）的損耗，例如放大器壓縮/失真、通帶塑形 (IMUX/OMUX) 和可編程相位雜訊，不僅能在鏈路損耗存在的情況下進行端對端測試驗證，還能模擬次佳硬體迴路的劣化效應。
值得注意的是，當訊號頻率超出儀器的工作頻率範圍時，可利用升頻器/降頻器與通道模擬器搭配使用，以擴展其操作範圍。
待測物 (DUT) 範例包括：
- 使用者設備 (UEs)。
- SATCOM 數據機/地面站。
- UHF/VHF 通訊設備、軟體定義無線電等。
- 通訊酬載。
- 無人飛行載具 (UAVs)。
場景三：5G NTN 透明酬載測試
5G NTN 透明酬載測試涉及驗證 5G NTN 通訊鏈的端對端效能，從使用者設備 (UE) 經過衛星酬載，再回到核心網路。
關鍵指標包括：
- 5G NTN 特定傳輸量測試。
- 訊號穩健性。
- 在衛星條件下對服務品質 (QoS) 的遵循性。
- QoS 遵循性。
執行此測試需要以下設備：
- 使用者設備 (UE) 模擬器，用以模擬使用者裝置，提供將透過衛星鏈路傳輸的流量，例如語音、影像、資料。
- 通道模擬器，用以產生損耗，例如延遲、都卜勒頻移、衰減和雜訊。
- 透明酬載 (DUT)。
- 衛星網路模擬器，用以模擬以衛星為基礎的網路，包括地面站、閘道器以及可能的核心網路基礎設施，提供端對端的網路模擬。
可將 UE 模擬器，例如 Viavi TM500，與 Maury Microwave (dBm) ACE9600 通道模擬器和 R&S CMX500 無線通訊測試儀搭配使用，以執行完整的酬載測試，如下圖所示。
待測物 (DUT) 範例包括：
- 收發器。
- 中繼器。
相關產品
R&S®SMW200A 向量訊號產生器
頂尖效能與無與倫比的靈活性
效能和功能性的要求因測試設置和應用的不同而變化，R&S®SMW200A 在應對這些多樣化需求方面無可匹敵，並為訊號產生器設立了新的標準，無論是開發和驗證任何類型的待測物 (DUT)，包括元件、模組和完整的基地台，R&S®SMW200A 都能輕易地產生具有頂尖效能的相應測試訊號；R&S®SMW200A 採用靈活的模組化設計，可根據應用需求精確配置所需選項，從傳統的單路徑向量訊號產生器到多通道 MIMO 接收器測試儀，任何配置皆可實現。
主要特點
- 頻率範圍高達 67 GHz（雙路徑：高達 44 GHz）。
- 2 GHz 調變頻寬。
- 整合衰減功能，頻寬高達 800 MHz，並支援高達 8x8 MIMO。
- 卓越的訊號品質，確保頻譜和調變量測的高度準確性。
- 先進的 全球導航衛星系統 (GNSS) 和雷達模擬器。
R&S®FSW 訊號與頻譜分析儀
樹立創新與實用性的標竿
使用 FSW 體驗日常的卓越表現，這是一款重新定義精準度的高效能訊號與頻譜分析儀，適用於從複雜的通訊系統到射頻元件的各種應用；這款強大的分析儀是您進行可靠量測和實現無與倫比相位雜訊效能的信賴夥伴；無論是開發高效能雷達，還是對寬頻元件進行特性分析，FSW 寬廣的內部解析頻寬和出色的準確度，都為訊號分析設立了標準，您可以日復一日地信賴 FSW 來完成最嚴苛的任務。
主要特點
- 無與倫比的低相位雜訊和市場上最佳的靈敏度。
- 8.3 GHz 內部解析頻寬。
- 800 MHz 即時解析頻寬。
- SCPI 記錄器簡化程式碼的產生。
- 高動態範圍實現卓越的 誤差向量幅度 (EVM) 效能。
ACE9600 衛星與無線通訊通道模擬器
高精度全雙工路徑模擬，重現真實通訊環境
ACE9600 是一款高精度衛星通訊與無線通訊通道模擬器，支援 600 MHz 瞬時頻寬、射頻鏈路模擬、多重路徑衰減與動態環境測試，適用於 LEO/MEO/GEO 衛星、無人機、車載與船舶通訊驗證，並提供遠端控制與可擴展頻率架構，榮獲多國衛星與系統大廠使用認可的實績，已安裝超過 600 套，滿足高精度測試需求。
ACE 適用於多種高精度測試與模擬環境，包括：
地面與行動通訊設備測試
- 地面通訊設備測試，涵蓋固定與行動終端，如基地台、車載通訊裝置等。
- 行動發射器測試，如衛星電話、戰術電台、行動通訊設備。
衛星與無線通訊測試
- 衛星有效載荷測試，包括輸入/輸出多工器、群延遲、放大器壓縮等。
- 衛星對衛星射頻鏈路測試。
- 衛星到固定或行動地面站測試。
- 超高頻與極高頻無線電測試，適用於無線電、衛星、戰術通訊設備。
特殊場景模擬
- 無人機測試，適用於軍用與商用無人機的通訊驗證。
- 大氣閃爍現象與時間分散延遲建模，用於模擬訊號衰減影響。
系統驗證與整合測試
- 衛星系統驗證與整合測試平台。
CMX500 5G 單機訊令測試儀
新世代行動無線通訊測試
CMX500 無線通訊測試儀是一款滿足未來需求的 5G NR 測試解決方案，搭載了名為 R&S®CMsquares 的直觀且靈活的網頁式使用者介面，透過手動互動操作與自動化序列控制測試協定，R&S®CMsquares 為所有訊令應用場景提供理想的軟體解決方案；其獨特的模組涵蓋了從研發設計階段到端對端應用測試、生產與一致性測試等所有環節，此方案採用適用於所有 5G NR 測試設備的單一平台策略，為 5G 裝置所有生產階段中的訊令與非訊令測試，建立了一個統一的測試環境。
主要特點
- 單一儀器內即可支援 LTE、高達 8 GHz 的 5G FR1 頻率範圍，以及高達 50 GHz 的 FR2 毫米波頻率範圍。
- 支援 5G 獨立組網 (SA) 與非獨立組網 (NSA) 模式。
- 支援 WLAN 訊令測試，涵蓋站點 (Station) 與無線基地台 (Access Point)，最高支援 IEEE802.11be (Wi-Fi7)。
- 單一儀器內同時支援蜂巢式與非蜂巢式網路的訊令及非訊令測試。
- 採用 R&S®CMsquares 網頁式使用者介面，可用於射頻、功能、應用與協定測試。