衛星對衛星鏈路 (ISL) 模擬：光通訊與射頻的動態交握測試

 

在傳統的衛星通訊架構中，衛星僅是「彎管（Bent-pipe）」，負責將訊號從地面 A 點反射到地面 B 點，這種架構依賴大量的地面閘道站（Gateway），且受限於地理位置（如海洋中無法建站），然而隨著 低軌道（LEO）巨型星座 的興起，一場名為 「星際鏈路（Inter-satellite Link, ISL）」 的革命正在重塑太空通訊的定義。

透過 ISL 衛星之間可以直接通訊，形成一個 「太空網狀網路（Space Mesh Network）」，資料可以像在光纖網路中一樣，在衛星之間跳躍（Hop），直到到達目的地上空才下傳，這帶來了極低的延遲（光在真空中的速度比在光纖中快約 40%）與全球無死角的覆蓋，但要實現這張網，工程師必須克服物理學與網路學的雙重極限。

物理挑戰一：高速相對運動下的鏈路維持

與地面基地台不同，LEO 衛星以每秒 7.6 公里的速度繞地飛行。

• 同軌道鏈路（Intra-plane ISL）：
  同一軌道面上的衛星相對位置較為固定，鏈路較穩定。
• 異軌道鏈路（Inter-plane ISL）：
  相鄰軌道面的衛星之間，存在劇烈的相對運動，這不僅導致距離的不斷變化（動態延遲），更會產生複雜的 都卜勒頻移（Doppler Shift），對於射頻（RF）鏈路，這會造成載波頻率漂移；對於光通訊（Laser/Optical）鏈路，這要求雷射終端機（LCT）具備極高精度的 指向、獲取與追蹤（PAT） 能力，任何微小的角度偏差都會導致鏈路中斷。

物理挑戰二：動態拓撲與頻繁交握（Handover）

由於地球是球體且軌道會交叉（例如在極區），星座的網路拓撲是隨時間動態變化的（Time-Varying Topology）。

• 鏈路斷開與重連：
  當兩顆衛星在赤道附近距離最遠，在極地附近距離最近甚至交叉時，ISL 鏈路必須頻繁地斷開並重新建立。
• 交握（Handover）的無縫性：
  當資料流正在傳輸時，如果鏈路需要切換到另一顆衛星（例如從衛星 A 切換到衛星 B），網路層必須處理 「先斷後連（Break-before-make）」 或 「先連後斷（Make-before-break）」 的機制，在高速移動下，如何確保封包不丟失、時序不混亂，是通訊協定設計的最大難題。

技術分歧：射頻 (RF) vs. 光通訊 (Optical)

• 射頻 ISL (Ka/V Band)：
  技術成熟，對姿態控制要求較低，但頻寬受限且易受干擾。
• 光通訊 ISL (Laser)：
  頻寬極大（可達 100 Gbps 以上），抗干擾能力強，難以被監聽，但其「光束極窄」，在數千公里的距離下，瞄準精度要求極高，且易受衛星微振動（Micro-vibration）影響。

目前 3GPP Rel-17/18 與 ETSI 正積極定義 5G NTN 中的 ISL 標準，試圖將地面成熟的路由協定（如 MPLS, SRv6）搬上太空，但物理層的驗證始終是最大的門檻。

要在地面實驗室驗證「兩顆以 20,000 km/h 相對速度飛行的衛星之間的通訊」，單靠靜態測試是絕對不夠的，您需要的是一套能 「即時模擬動態拓撲」 並將其轉化為 「物理層通道損傷」 的全方位測試系統，我們推薦整合 ACE9600 衛星通道模擬器、STK/SATGEN 軌道軟體 以及 Rohde & Schwarz (R&S) 的 5G NTN 測試儀表，構建一個虛擬的太空網狀網路驗證平台。

ACE9600 的動態 ISL 通道模擬

ACE9600 是業界少數專為衛星對衛星（Sat-to-Sat）鏈路設計的通道模擬器，它不只是模擬地面到衛星，更能模擬衛星到衛星之間的複雜射頻環境。

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、RF 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、UAV、車載與船舶通訊驗證，並提供遠端控制與可擴展頻率架構

• 雙向全雙工模擬：
  系統支援多通道配置，可以同時模擬衛星 A 到衛星 B（Forward Link）以及衛星 B 到衛星 A（Return Link）的雙向路徑。
• 極速都卜勒與延遲模擬：
  針對 ISL 特有的高相對速度，ACE9600 能產生高達 ±6.0 MHz 的頻率偏移與 700 ms 的大範圍延遲模擬，其內建的 DSP 引擎能確保在快速變化的延遲下，相位保持連續（Phase Continuous），這對於驗證高階調變（如 QAM）的 ISL 鏈路至關重要。
• 光通訊鏈路的邏輯驗證：
  雖然 ACE9600 處理的是射頻訊號，但透過將光訊號轉換為電訊號（O/E 轉換），或在基頻/中頻段進行模擬，我們同樣可以驗證光通訊鏈路中的 「動態延遲變化」 與 「鏈路中斷（Outage）」 對上層路由協定的影響。

關鍵技術：從軌道軟體到射頻的即時映射

為了重現真實的星座行為，我們將 ACE9600 與 SATGEN 或 ACE Plugin 軟體深度整合。

可視化場景設計：
您可以在軟體中載入真實的星曆資料（TLE），設計一個包含數百顆衛星的星座，軟體會自動計算任意兩顆衛星之間的距離變化、相對速度與可見性（Visibility）。

自動化交握 (Handover) 觸發：
當軟體偵測到衛星 A 與 B 的鏈路即將中斷，而衛星 A 與 C 的鏈路可行時，它會即時控制 ACE9600：

• 逐漸增加 A-B 通道的衰減（模擬遠離）。
• 同時減少 A-C 通道的衰減（模擬接近）。
• 這讓接收端（DUT）感受到真實訊號強度的變化，進而觸發內部的 交握演算法（Handover Algorithm），如 Conditional Handover (A4 Event)。

此範例為 SATGEN 衛星軌道建模軟體 的使用介面，顯示了其強大的模擬功能與直觀的圖形使用者介面


ACE Plugin 外掛程式實現 ACE9600 衛星與無線通訊通道模擬器的即時控制，支援動態通道參數調整與 UI 外掛

5G NTN 協定層的端對端驗證

針對搭載 再生式酬載（Regenerative Payload） 的現代衛星，單純的物理層模擬是不夠的，結合 R&S CMX500 OBT (One Box Tester) 進行協定層驗證。

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。

• 模擬 gNB 與 UE：
  CMX500 可以模擬地面使用者設備（UE）與衛星上的基地台（gNB）。
• 驗證路由與重傳：
  在 ACE9600 模擬 ISL 鏈路中斷或劇烈延遲抖動（Jitter）的情況下，CMX500 可以分析 TCP/IP 封包的傳輸量（Throughput），驗證 HARQ（混合自動重傳） 機制是否能有效運作，以及路由切換時是否發生封包遺失。

擴展性：支援 Ku/Ka 頻段 ISL

隨著 ISL 頻段向高頻發展（如 26 GHz Ka 頻段），ACE9600 可搭配外部 RF 升降頻器（Up/Down Converters），將模擬頻率擴展至 Ku、Ka 甚至 Q/V 頻段，覆蓋未來 6G NTN 的所有潛在頻譜。

實際系統配置將因應您的測試應用、規範、場地限制及待測物特性而有所不同。如需深入規劃與系統或軟硬體選配搭配建議，請聯繫「奧創團隊」，我們擁有豐富的系統整合經驗，隨時準備為您提供最專業的配置建議與技術支援。

立即聯繫奧創系統，讓我們協助您在地面構建這張看不見的太空巨網，確保您的衛星在星辰之間傳遞資料時，如光速般流暢，永不掉線。