如今，現代衛(wèi)星通信系統(tǒng)面臨了諸多挑戰(zhàn)。主要是：
 
     1．通信帶寬增大，容量增加
　　
     在衛(wèi)星通信中，數據傳輸速率是性能的重要指標。近期的研究發(fā)現衛(wèi)星的平均功耗增加了350%，設計壽命從10年增加到近14年，衛(wèi)星的外形和復雜度也增加了2到5倍。Shin公司的新一代互聯網協議(IP)衛(wèi)星iPSTAR總容量達到了40Gbps，據稱是現有衛(wèi)星容量的40倍。美國休斯網絡系統(tǒng)公司的SPACEWAY每個點波束的下行鏈路數據速率為800Mbps?，F代信息技術需要更寬的衛(wèi)星傳輸帶寬。
　　
     2．根據環(huán)境因素和設計目標，更嚴格地控制設計余度
 
     當今正在開發(fā)的先進寬帶通信衛(wèi)星的設計、制造和部署成本都較高。衛(wèi)星設計者盡量增加衛(wèi)星的有效載荷能力，以便在投入使用之后能夠最大限度地獲取利潤。
 
     這對于設計衛(wèi)星的工程師來說，意味著：因為先進的通信衛(wèi)星要求最大限度地增加數據速率和容量，所以留給設計者的誤差余度很小。如果未能分析或者考慮到任何相關參數或者真實效應，都可能導致設備性能下降，從而減少收益。與此相反的情況是設計過于縝密，亦即因為考慮了所有未知因素或者按照最差情況來設計而導致參數余度過大，從而增加了不必要的成本、部件、重量和復雜度。
 
     3．衛(wèi)星通信質量的影響因素
 
     圖1給出了傳統(tǒng)“彎管”式衛(wèi)星下行鏈路的整體示意圖，其中包括了主要的部件。衛(wèi)星部分只顯示了一個轉發(fā)器圖像。實際上，一個衛(wèi)星可能帶有30到50個轉發(fā)器。

圖1 ：“彎管”式衛(wèi)星下行鏈路示意圖
 
      每個部件都有會降低系統(tǒng)整體功能的不理想性能。首當其沖的、最基本的壞損是熱噪聲。通過載波功率來設置信道內的載噪比(CNR)或者信噪比(SNR)。在指定了信噪比和帶寬的情況下，通過香農定律來定義每秒鐘的最大信道容量(位數)，不過在實際操作中永遠不會達到這個最大值。要確保最佳系統(tǒng)設計，就必須對信道內所有真實存在的壞損進行準確模擬。
 
      針對挑戰(zhàn)的仿真測試解決方案
 
      全面、真實的通信通道仿真是設計和驗證的需要。針對衛(wèi)星通信業(yè)務發(fā)展的需要，設計人員需要更為有效的仿真測試設備，要求它具有寬帶仿真和測試功能，真實地模擬通道中環(huán)境壞損因素、以及通道中各部件對系統(tǒng)的影響。這樣，設計人員才能在設計階段有效地控制設計余度，同時滿足成本、可靠性和容量的要求。
 
      幾種測試方案的比較
 
      目前，衛(wèi)星系統(tǒng)設計者在設計過程中可以使用若干種輔助工具。設計模擬和測試工具主要有以下三種：
　　
      1． 計算機建模和模擬工具
      2． 制造和發(fā)射試驗衛(wèi)星
      3． 衛(wèi)星通道模擬器
 
      借助計算機建模和模擬工具，設計者可以建立多種信道壞損的模型，并通過模型綜合考慮系統(tǒng)的總體性能。這些工具能夠完成基本設計，并進行性能評估。此類軟件用于臺式機和高級工作站。為了得到準確的結果，即便使用最快的處理器也需要花費大量的計算時間，這樣一來就限制了模擬對象的數量，也限制了能夠分析的綜合壞損模型。這些模型也有可能不會正確反映實際情況。
 
      另外一方面，相關單位已經制造并發(fā)射了實驗衛(wèi)星，以便在真實環(huán)境中通過真實的硬件和軟件來檢測新的通信技術和理念。這些衛(wèi)星包括ACT、Artemis、 Kopernikus、N-Star、Superbird以及Italsat F1。這些衛(wèi)星的制造成本昂貴，但是它們?yōu)楫斀駥拵l(wèi)星設計的精細技術和定義方法提供了頗有價值的實驗環(huán)境。衛(wèi)星位于整個設計金字塔的塔尖，它們的性能通過設計來確定，根據需要更改技術規(guī)格的余地則很小。同樣，也很難通過更改壞損機制來檢測它們對系統(tǒng)整體性能的影響。
 
      衛(wèi)星信道模擬器把測試環(huán)境和模擬環(huán)境很好地結合起來，為用戶提供所需的精確度和實時性能。Aeroflex生產的Celerity CS80000寬帶信道模擬器(BCS)系列(圖2)就是很好的例子。

圖2 Celerity CS80000寬帶信道模擬器

 
      這些模擬器在實驗室中通過受控的、精確的、可重復的方式創(chuàng)建帶有壞損機制的真實信道。因為這些信道是帶有寬帶射頻輸入和輸出的實時系統(tǒng)，所以在測試過程中可以使用真實的硬件終端。和軟件模型相比，這種實時測試可以運行更多檢測對象，進而能夠進行更詳細的測試。它們的特點如下：
　　
      1． 穩(wěn)定的、可重復的模擬，帶有定義好的、受控的壞損機制
      2． 時和全帶寬信道，能夠支持真實的硬件和快速測試時間
      3． 最壞情況模擬，可以包含任何綜合壞損模型
      4． 通過實驗室設備來最大限度地減少高成本測試或者實際衛(wèi)星測試時間

圖3 兩通道BCS結構框圖
    
       Aeroflex寬帶通道模擬器簡介
 
      Aeroflex 寬帶信道仿真器模擬(BCS)可以為高速通信系統(tǒng),點對點微波和衛(wèi)星通信建立精確的和可重復的信道，提供帶寬最寬的通道模擬和連接仿真，實現最全面的干擾信號模擬。實時的仿真可提供帶寬達500MHz、時間延遲最大達10秒，并同時可提供1至4個獨立的通道仿真。BCS可實時為輸入信號加入干擾信號，模擬實際傳輸通道的干擾。
 
      可提供的干擾信號包括：動態(tài)延遲(從地面到GEO衛(wèi)星往返的短時間延遲)、動態(tài)多普勒、精確的相位噪聲、Ricean和 Rayleigh衰落、附加白高斯噪聲、平衰落、rain衰落、附加CW和調制的干擾信號、通帶幅度和相位畸變。用于相關或獨立信道的變頻器，可以對輸入 /輸出信號進行變頻控制。

     衛(wèi)星仿真軟件包，使用行業(yè)標準的TLE組件，可產生24小時的多普勒和延遲仿真文件。Aeroflex的通道模擬已成功應用于多個衛(wèi)星工程中，用于模擬信號往返路徑，可在衛(wèi)星發(fā)射之前對衛(wèi)星和地面站進行全面測試。