本地振盪器替代方案 – 為何此技術對衛星系統測試至關重要？
當前環繞地球的軌道上，正運行著為數眾多的通訊衛星，其中，部署在離地表不超過 1,200 英里高空的低軌道衛星 (Low-Earth Orbit, LEO) 數量正急速增長，這些衛星由於更接近地球，能提供低延遲、高頻寬的通訊服務，成為實現全球無縫網路覆蓋、物聯網以及各種即時應用的關鍵技術，其部署熱潮未有減緩的跡象。
在開發與維護複雜的衛星通訊系統時，無論是地面站、使用者終端或是衛星酬載，其內部的升降頻轉換器 (Up/Down Converters) 都是確保訊號鏈路品質的核心，為了在測試階段精準定位與剖析故障來源，使用一部高效能的訊號產生器來替代系統原有的本地振盪器 (Local Oscillator, LO)，便成為一項不可或缺的測試手段，此方法不僅能在系統 LO 發生問題時用於故障排除，更能在其尚未整合或可用前，先行完成關鍵模組的開發與驗證，本文將深入探討 LO 替代方案的技術細節、應用價值以及選擇理想替代儀器時，必須考量的核心效能參數。
衛星系統中的本地振盪器角色
振盪器是一種能穩定產生重複性振盪訊號（例如弦波）的電子元件，而本地振盪器則是一種特殊的振盪器，其輸出訊號在射頻系統中，專門用於調變與轉換訊號頻率，在衛星通訊的上行鏈路與下行鏈路中扮演著心臟般的角色，由 LO 產生的純淨參考訊號，會與上行或下行的射頻訊號一同饋入混波器 (Mixer)，透過混波效應產生新的目標頻率，以進行後續的放大、濾波或數位解調等處理。
讓我們先來檢視 LO 在衛星地面站或閘道器（提供與衛星之間雙向通訊的地面基礎設施）的上行與下行鏈路中所扮演的具體角色。
- 上行鏈路 (Uplink)：
此路徑負責將地面站的訊號傳輸至太空中的衛星，在此過程中，LO 協助進行升頻轉換 (upconversion) 程序，將一個攜帶資料的較低頻基頻或中頻訊號，轉換為能夠有效穿透大氣層的高頻訊號，以便透過天線發射。 - 下行鏈路 (Downlink)：
此路徑則負責將衛星接收並處理後的訊號傳回地面站，LO 在降頻轉換 (downconversion) 過程中，將接收到的微弱高頻訊號與 LO 輸出進行混合，產生一個頻率較低、訊號更穩定的中頻 (Intermediate Frequency, IF) 訊號，這個步驟能大幅簡化後續訊號處理與資料回復電路的設計複雜度。
除了地面站與閘道器，LO 的應用更貫穿整個衛星通訊鏈路，包含衛星本體的訊號轉發器 (Transponder) 以及提供使用者與衛星直接連線的終端設備，其效能直接決定了整個通訊系統的穩定性與可靠性。
以 LO 替代方案進行精準效能驗證
要驗證一個通訊鏈路的真實效能，或判斷故障是否源自於 LO 本身，最直接且有效的方法，就是將其影響從系統中暫時移除，並以一部具備優異效能指標的訊號產生器（例如 Boonton SGX1000 系列）作為「理想的」LO 參考源，這種 LO 替代測試方法能讓工程師達成以下關鍵目標：
- 精準的故障歸因：
透過使用特性已知的外部儀器，可以清楚判斷效能瓶頸或訊號失真，究竟是來自於待測的升降頻模組，還是系統原有的 LO。 - 客觀的效能評估：
建立一個乾淨、穩定的測試基準，排除系統內建 LO 可能存在的頻率漂移、雜訊等不確定因素，確保對衛星升降頻轉換器鏈路評估的客觀性與可重複性。 - 加速開發進程：
在系統整體 LO 模組尚未就緒或整合完成前，開發團隊仍可預先針對升降頻轉換鏈路進行獨立的開發、測試與優化，大幅縮短產品上市時程。
在選擇做為 LO 替代方案的訊號產生器時，除了頻率準確度、頻率解析度與振幅準確度等基礎規格外，一個決定性的關鍵參數，是輸出訊號的純淨度，也就是相位雜訊 (Phase Noise) 的表現。
LO 作為系統的時脈參考，其任何不穩定性都會直接調變到主訊號上，形成相位雜訊，這些在訊號相位上的隨機波動，對於採用 QAM 或 APSK 等高階調變技術的現代衛星通訊系統而言，影響極為嚴重，過高的相位雜訊會導致解調時的星座圖點位模糊、發散，直接造成訊號品質劣化與位元錯誤率 (Bit Error Rate, BER) 的攀升。
因此，做為 LO 替代方案的訊號產生器，其產生的訊號品質必須遠優於待測系統，具備極低的相位雜訊水平，才能確保量測結果的可靠性，以 Boonton SGX1000 系列為例，該機種能提供領先業界的超低相位雜訊效能，在 3 GHz 載波、10 kHz 頻率偏移的條件下，其單旁波帶 (Single-Sideband, SSB) 相位雜訊可達 -122 dBc/Hz 的優異水平，能確保在驗證高階調變通訊鏈路時，量測結果不會受到測試儀器本身雜訊的汙染，從而真實反映待測物的效能。
立即觀看：SGX1000 系列實機展示
在美國加州聖地牙哥舉辦的 IMS 2023 國際微波研討會上，Wireless Telecom Group 透過現場實機展示，呈現了 SGX1000 系列的卓越功能，並特別突顯其僅需 350 µs 的超快速切換速度，對於需要快速變換操作頻率的頻率捷變 (frequency-agile) 衛星通訊系統（如跳頻擴頻通訊或快速掃描監控）而言，LO 替代測試儀器必須能即時、快速地切換與穩定輸出各種頻率及振幅，以實現高效率的特性驗證，歡迎觀看下方影片，重回 IMS 展會現場，親眼見證 SGX1000 系列的強大實際運作效能。
衛星通訊測試應用中的本地振盪器替代方案
本地振盪器 (LO) 替代方案是現代衛星通訊系統中，針對地面站、使用者終端及酬載的升降頻轉換鏈路，進行故障排除與特性分析時不可或缺的專業測試技術，為您的測試專案選擇一個理想的 LO 替代方案，是確保最終產品效能與可靠性的成功基石，您的訊號產生器是否具備勝任此關鍵角色的實力？ 了解更多 >
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