衛星再生式酬載測試：BER 與 EVM 的端對端驗證策略

在衛星通訊的發展史上，我們正經歷一場從「類比中繼」到「數位再生」的典範轉移，過去數十年絕大多數的通訊衛星採用的是 彎管式（Bent-pipe） 或 透明轉發（Transparent） 架構，在這種模式下，衛星就像天空中的一面鏡子，它只負責將接收到的微弱訊號進行頻率轉換（例如從 Ka 頻段轉至 K 頻段）並放大發送，完全不觸及訊號所攜帶的內容。

然而隨著 5G 非地面網路（NTN）、軟體定義衛星（SDS） 以及 高通量衛星（HTS） 的興起，衛星的角色發生了質變，現代衛星搭載了強大的 星載處理器（On-Board Processor, OBP），成為了具備 再生式酬載（Regenerative Payload） 的「飛行基地台」或「太空路由器」。

架構變革：從反射到重構

再生式酬載的核心在於它對訊號進行了「解調（Demodulation）→ 基頻處理（Baseband Processing）→ 再調變（Remodulation）」的過程。

• 訊號再生： 衛星會將上行鏈路（Uplink）的訊號解碼成二進位位元流（Bits），進行錯誤更正（FEC）、封包交換或波束路由，然後重新編碼並調變為全新的下行鏈路（Downlink）訊號。
• 物理優勢： 這種架構徹底隔離了上行與下行鏈路的雜訊，上行鏈路的熱雜訊不會被放大轉發到下行鏈路，從而顯著提升了鏈路預算（Link Budget）和整體訊號品質。

測試挑戰一：類比指標的失效與 EVM 的崛起

對於傳統彎管衛星，我們主要關心增益、群延遲和雜訊指數（Noise Figure），但在再生式架構中，衛星輸出的訊號是由內部調變器「重新產生」的，這意味著即使上行訊號充滿雜訊，下行訊號的頻譜看起來可能依然完美，傳統的頻譜分析無法揭示內部數位處理的品質；因此誤差向量幅度（Error Vector Magnitude, EVM） 成為了評估再生式酬載效能的黃金指標。

• 觀念解析：
  想像一個射箭靶（星狀圖 Constellation Diagram），靶心是理想的符號位置，EVM 就是衡量實際落點（接收到的符號）與靶心（理想符號）之間距離的指標。
• 品質判斷：
  對於採用 256APSK 或 1024QAM 等高階調變的現代衛星，符號之間的距離極近，些微的 相位雜訊（Phase Noise）、I/Q 不平衡（I/Q Imbalance） 或 功率放大器壓縮，都會導致落點偏移（EVM 升高），造成接收端無法辨識正確的符號，EVM 直接反映了衛星內部調變鏈路的線性度與訊號純度。

測試挑戰二：誤碼率 (BER) 的端對端驗證

EVM 告訴我們調變有多「準」，而 誤碼率（Bit Error Rate, BER） 則告訴我們傳輸有多「對」。

• 數位核心的驗證：
  再生式衛星內部執行了複雜的解碼與編碼演算法，測試人員必須驗證衛星在極限訊號條件下（例如強干擾或低訊噪比），是否仍能正確解碼上行指令，並產生正確的下行資料。
• 不同層級的 BER：
  業界通常區分 原始 BER (Raw BER) 與 編碼後 BER (Coded BER)，前者反映物理層的通道品質，後者則驗證前向錯誤更正碼（FEC）的效能，在驗證衛星酬載時，必須能同時監測這兩者，以釐清問題是出在射頻前端還是數位邏輯單元。

測試挑戰三：高頻寬與多載波

新一代 HTS 衛星通常使用數百 MHz 甚至 2 GHz 的通道頻寬，這帶來了寬頻效應，在如此寬的頻帶上，頻率響應的平坦度（Flatness）至關重要，任何微小的振幅或相位漣波（Ripple），都會導致寬頻訊號的波形失真，進而惡化 EVM，測試系統必須具備比待測物更寬的解調頻寬，才能看清訊號的全貌。

面對再生式酬載帶來的「數位黑盒」挑戰，單純的頻譜分析儀或網路分析儀已無法勝任，您需要的是一套能產生複雜數位調變訊號，並深入分析訊號內容品質的 「向量訊號產生與分析平台」，我們推薦 Rohde & Schwarz (R&S) 的高階訊號分析技術，為再生式衛星酬載提供從基頻到射頻的完整驗證方案。

極致的 EVM 分析

針對再生式酬載的下行鏈路品質驗證，我們推薦 R&S FSW 訊號與頻譜分析儀。

R&S FSW 訊號與頻譜分析儀，具備 8.3 GHz 寬頻寬、極低相位雜訊及 800 MHz 即時分析功能。專為 5G NR、汽車雷達及衛星 RF 測試設計，提供卓越的 EVM 和 DANL 性能。

• 寬頻解調能力：
  R&S FSW 支援高達 8.3 GHz 的內部分析頻寬，能輕鬆涵蓋 Ka 頻段或 Q/V 頻段的超寬頻轉發器測試需求，無需外部降頻器即可直接捕捉完整的寬頻訊號。
• 多標準支援：
  內建的向量訊號分析（VSA）選項（如 K70/K144/K147），支援 DVB-S2/S2X、5G NR NTN 以及各類自定義調變格式（APS, QAM）。它能自動同步並解調衛星訊號，繪製出清晰的星狀圖（Constellation Diagram）。
• 問題診斷專家：
  R&S FSW 不僅給出 EVM 數值，還能協助工程師「看見」問題根源，例如，如果星狀圖呈現旋轉，代表有相位雜訊；如果是被壓扁的圓形，代表有 I/Q 增益不平衡，這對於除錯衛星內部的調變器至關重要。

1024QAM 調變訊號的分析：星座圖、結果表、符號表和 EVM 分佈

高階訊號產生與壓力測試

為了驗證再生式酬載的上行鏈路接收能力，我們使用 R&S SMW200A 向量訊號產生器。

專為衛星通訊與導航設計，單機支援 67 GHz 頻率與 2 GHz 調變頻寬，具備 DVB-S2X、波束跳躍及真實 GNSS 多星系慣性導航模擬能力，滿足從低軌衛星到深空探測的嚴苛測試需求。

• 真實環境模擬：
  R&S SMW200A 能產生帶有特定損傷（Impairments）的訊號，例如加入 加性高斯白雜訊 (AWGN)、相位雜訊 或 多路徑衰減，這讓工程師能在地面模擬惡劣的太空鏈路，測試衛星接收機在極限條件下的解調門檻（Sensitivity）與同步能力。
• 自定義波形：
  針對特殊的軍用或專用衛星通訊協定，R&S SMW200A 支援匯入 ARB 波形檔，確保測試訊號與真實任務完全一致。

端對端 (End-to-End) BER 驗證

透過將 R&S SMW200A（發送端）與 R&S FSW（接收端）結合，構建了一個完整的 BERT（誤碼率測試） 迴路。

• 閉環測試：
  SMW200A 發送已知的位元序列（如 PRBS），訊號經過衛星的解調與再調變後，由 FSW 接收並解碼，系統會即時比對發送與接收的位元流，計算出 BER 與 MER。
• 測試效率的飛躍：
  相比於傳統需要昂貴專用 BERT 儀器的方案，這種基於通用儀器的方案更加靈活，FSW 能夠在量測頻譜與 EVM 的同時，背景執行 BER 計算，大幅縮短了衛星整合測試（AIT）的時間成本。

數位與射頻的橋樑

對於採用數位中頻（Digital IF）架構的現代衛星，R&S 測試解決方案還支援直接透過數位介面（如 DigI/Q）進行訊號的產生與分析，繞過射頻前端，直接驗證數位處理單元的邏輯正確性。

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。

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