征服時空的通訊挑戰
5G NTN 與低軌道衛星的鏈路模擬技術解析

在 B5G (Beyond 5G) 邁向 6G 的技術藍圖中，非地面網路 (Non-Terrestrial Networks, NTN) 已成為實現全球立體覆蓋的關鍵拼圖，隨著低軌道衛星 (LEO) 星系的大規模部署，通訊技術不再侷限於地面基地台，而是延伸至數百公里外的高空；然而這種架構的轉變帶來了前所未有的物理挑戰：衛星以每秒數公里的速度飛越天際，導致訊號面臨劇烈的都卜勒頻移 (Doppler Shift) 與時變延遲 (Time-Varying Delay)，工程師如何在產品發射升空前，於地面實驗室內「複製」這些極端的太空環境，成為了通訊系統成敗的關鍵。
 

數位孿生概念下的無線通道模擬

傳統的地面通訊測試往往假設通道是相對靜態或僅有慢速衰減的，但在 LEO 衛星通訊中，這種假設完全失效，為了在實驗室重現真實的太空鏈路，我們需要引入 無線通道模擬器 (Channel Emulator) 這一核心角色。

從星曆數據到射頻訊號的即時運算

通道模擬的核心在於「高擬真度」，系統必須能夠匯入真實的 星曆數據 (Ephemeris Data) 或軌道參數 (TLE)，即時計算出衛星與地面終端 (UE) 之間的相對運動軌跡，這不僅僅是幾何運算，更涉及到複雜的物理現象模擬。

例如，當衛星快速通過地面站上空時，訊號的頻率會因相對速度產生大幅度的都卜勒頻移；同時，訊號傳輸距離的改變會造成傳播延遲的動態變化，先進的通道模擬器，如 ACE9600 能夠支援高達 600 MHz 的瞬時頻寬，並精確模擬相位連續的延遲與頻率跳變 (Hopping)，這對於驗證 5G NTN 接收機在高速移動下的解調能力至關重要。

此外，大氣層的影響也不容忽視，訊號穿過對流層與電離層時會發生衰減與閃爍 (Scintillation) 效應，透過軟體定義的模型，工程師可以在測試迴路中動態加入這些損耗參數，確保接收機在惡劣天候或太陽活動劇烈時仍能保持連線穩定。
 

LEO/5G NTN 資料鏈模擬和硬體迴路測試 (HIL) 架構示意圖，利用向量訊號產生器 (如 SMW200A) 產生訊號，經過通道模擬器 (如 ACE9600) 加入鏈路損耗與動態效應後，再由頻譜分析儀 (如 FSW) 進行分析。
 

端對端 (End-to-End) 的系統級驗證

單純的鏈路模擬只是第一步，真正的挑戰在於 端對端 (E2E) 的系統整合測試，這涉及到將真實的通訊設備 (如衛星數據機、5G 基地台 gNodeB 或使用者終端) 接入模擬迴路中。

硬體迴路 (HIL) 與酬載劣化模擬

在 硬體迴路 (Hardware-in-the-Loop, HIL) 測試場景中，通道模擬器充當了連接「發射端」與「接收端」的虛擬太空介質，除了模擬空間路徑損耗，還必須模擬衛星酬載 (Payload) 本身的硬體特性。

真實的衛星轉發器 (Transponder) 並非完美的放大器，它會引入 群延遲 (Group Delay)、放大器壓縮 (AM/AM, AM/PM 失真) 以及 相位雜訊，透過在模擬器中加載這些硬體劣化模型，工程師可以在地面上預先評估訊號經過衛星轉發後的品質劣化程度 (EVM, BER)，這對於設計高通量的透明酬載 (Transparent Payload) 或再生酬載 (Regenerative Payload) 至關重要。

此外針對更複雜的場景，如 多波束切換 (Handover) 或 多輸入多輸出 (MIMO) 傳輸，測試系統需要支援多通道的時間同步，現代的高階模擬器可擴展至 16 個通道以上，並確保通道間的相位一致性，這對於驗證相控陣列天線在波束成形與追蹤過程中的性能是必不可少的。
 

SATGEN 衛星軌道建模軟體介面，透過視覺化的地球軌道模型，工程師可直觀地設定衛星與地面站的相對位置，並即時監控都卜勒頻移與路徑損耗的動態變化。
 

邁向未來的標準化測試

隨著 3GPP R17 標準的凍結與 R18 的演進，5G NTN 的測試標準也日益嚴謹，未來的測試不僅要驗證「能通」，更要驗證「好通」，從窄頻物聯網 (NB-IoT) 到寬頻衛星通訊，測試設備必須具備高度的靈活性與可編程性，透過整合向量訊號產生器 (VSG)、頻譜分析儀 (VSA) 與即時通道模擬器，並配合自動化測試軟體 (如 SATGEN 或 ACE Plugin)，工程師可以建立標準化的測試腳本，這不僅能大幅縮短產品的開發週期，更能確保每一次的發射任務都有據可依，降低昂貴的太空部署風險。
 

結論

從地面的 5G 網路到太空的星鏈計畫，通訊技術的邊界正在消失，而支撐這場通訊革命的幕後功臣，正是這些精密且強大的測試模擬技術，透過在實驗室中構建高擬真的數位太空環境，我們得以在踏入浩瀚宇宙之前，就先掌握了訊號的每一個細微變化，這不僅是技術的勝利，更是對未來連結世界的承諾。
 

解決方案

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• 高階通道模擬系統：
  提供 dBm (Maury Microwave) 的 ACE9600 衛星與無線通訊通道模擬器，具備 600 MHz 瞬時頻寬與多通道同步能力，完美支援 LEO/MEO 動態鏈路模擬。
• 軌道建模軟體：
  搭配 SATGEN 衛星場景建置軟體，可直觀產生星曆數據與路徑損耗模型，並支援與 STK 軟體的整合 (ACE Plugin)，實現複雜任務的即時模擬。
• 射頻訊號生成與分析：
  整合 Rohde & Schwarz 的 SMW200A 向量訊號產生器與 FSW 訊號分析儀，提供從基頻到毫米波 (67GHz+) 的全方位訊號測試能力，滿足 5G NTN 的嚴苛標準。
• 系統整合服務：
  奧創系統擁有豐富的 HIL 系統整合經驗，能為您打造從 RF 鏈路、天線陣列到動態載具模擬的一站式解決方案。

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