CN114866443A - 一种低轨卫星物联网通信终端自动化测试与性能评估平台 - Google Patents

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Abstract

一种低轨卫星物联网通信终端自动化测试与性能评估平台，能够在实验室基于卫星星座设计参数批量、自动化的完成低轨物联网通信终端的射频、基带指标测试；自动化测试与性能评估平台能够设计仿真不同用户终端的时空特征参数、业务数传参数实现对不同业务场景下的通信传输性能的评测；通过对不同参数设置下网络传输指标的分析比较，辅助用户制定最佳的网络配置策略，提高系统网络传输利用率和可靠性。

Description

一种低轨卫星物联网通信终端自动化测试与性能评估平台
技术领域
本发明属于卫星物联网领域，涉及计算机仿真建模技术、射频/基带信号仿真模拟技术等技术应用。
背景技术
近年来，随着物联网、大数据、人工智能技术的发展，交通、能源、化工、农业等各垂直行业及城市管理、环保监测、应急救灾等政府公共服务管理领域都在加紧构建各自的泛在物联网体系，万物互联时代正式来临。传统的地面通信网络存在覆盖区域有限、抗摧毁性差、网络部署成本高、灵活性差等局限性，无法满足偏远山区、海洋等区域的使用要求。
低轨天基物联网络因其信号衰减小、全球无缝覆盖、低延迟、网络部署灵活等特性极具竞争力，目前随着低轨卫星物联网星座的发射部署，越来越多的低轨物联网终端模组及产品投入运行。
与地面网络以及传统卫星网络相比，由于低轨卫星始终处于高速运动状态，因此低轨物联网卫星链路的信号强度、信号质量、多普勒频移等链路特性处于实时变化，且部分低成本物联星座设计仅用于满足最低物联传输时效性要求，不提供实时接入能力，因此链路的通断也处于时变状态，以上指标对终端信号解调能力、网络容错能力、传输策略选择具有较大的影响，因此物联网通信终端的性能指标、传输协议、传输策略需针对上述特性进行重点测试、评估，进而优化终端的可靠性。
发明内容
本发明能够在实验室基于卫星星座设计参数批量、自动化的完成低轨物联网通信终端的射频、基带指标测试；能够设计仿真不同用户终端的时空特征参数、业务数传参数实现对不同业务场景下的通信传输性能的评测；通过对不同参数设置下网络传输指标的分析比较，辅助用户制定最佳的网络配置策略，提高系统网络传输利用率和可靠性。
本发明的目的是通过如下技术方案予以实现的：
低轨卫星物联网络因其全球无缝覆盖、低延迟、低成本，终端尺寸小等特性极具竞争力。与传统静止轨道卫星网络相比，由于低轨卫星始终处于高速运动状态，因此低轨卫星物联网的网络通断状态、信号强度、多普勒频移等链路及网络特性处于实变状态，以上低轨卫星物联网独有的特性对终端模块的网络接入、信号解调、网络容错能力具有较大的影响，也关系到用户的终端组网及传输策略的选择。
本发明针对低轨卫星物联网上述特性，面向终端批量化测试及终端用户业务效能的、分析评估需求，能够为用户提供不同卫星物联网及业务应用场景下的终端指标及效能的测试评估。其特征在于，所述方法包括：
1.高保真、半实物仿真：通过内置卫星轨道仿真模型、信号链路仿真模型对卫星数传信号及空间传输链路特征进行运算，并利用射频信号发生器输出叠加各种信道特征的射频信号源；
2.高效灵活：平台可对卫星星座参数、信道参数、终端位置及轨迹参数进行灵活的设置，并支持参数宏配置、场景宏配置管理的功能，支持重复调用。支持终端阵列化测试，可并行完成多个终端的批量化测试，提高了测试效率；
3.自动化程度高：平台支持一键自动化测试，参数及测试任务项配置完成后，一键生成待测终端阵列的性能或网络效能的测试评估报告。
附图说明
图1低轨卫星物联网通信终端自动化测试与性能评估平台系统组成图
图2低轨卫星物联网通信终端自动化测试与性能评估平台系统工作流程图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
本发明综合利用计算机仿真建模技术、射频/基带信号仿真模拟技术，通过对地面静止/移动终端工作场景的建模，分析解算与低轨物联网卫星星座的时空变化，计算并模拟输出射频链路信号，并完成待测终端的数据传输质量、网络接入质量及网络性能的批量化、自动化的测试与评估。
本发明通过测试脚本管理、场景管理、参数管理等功能能够实现对特定场景参数的在线管理，快速配置及重复性调用，支持测试人员一键批量化测试。
图1低轨卫星物联网通信终端自动化测试与性能评估平台系统组成图，包含了本发明的系统及功能模块
1.星座轨道仿真系统：对卫星的轨道参数，星下点覆盖范围、目标终端可见时段、射频信号传输时变距离进行仿真，仿真结果可为网络有效覆盖、传输链路衰减、接收信号强度分析模拟提供基础，输出结果与终端时空特征仿真系统、数据仿真系统一并作为链路仿真系统的输入参数。
2.终端时空特征仿真系统：提供静态、动态两种终端类型的时空特征仿真模式。生成静、动态应用场景终端的经纬度、高程信息、实时运动轨迹，模拟用户终端的业务应用场景，输出结果与星座轨道仿真系统、数据仿真系统一并作为链路仿真系统的输入参数。
3.数据仿真系统：可自定义各类业务不同应用场景下的传输数据包大小、发送频次、输出结果与星座轨道仿真系统、终端时空特征仿真系统一并作为链路仿真系统的输入参数，对不同数据传输能力要求的应用场景的数据传输效能进行评测。
4.链路仿真系统：利用星座轨道仿真系统、终端时空特征仿真系统、数据仿真系统输出结果为输入，通过内置的射频信号、基带信号仿真模块，对低轨卫星星座空间链路信号的时变特征进行实时仿真模拟，包括信号功率、数传及编码体制仿真(符号速率、FEC编码、扩频)、传输特性分析(传输时延、多普勒频移、自由空间损耗、高斯白噪声等因素)。链路仿真系统支持多通道信号接入，可同时批量完成多组待测终端的自动化测试，提高了测试效率。
5.待测终端阵列：待测低轨卫星物联网通信模组，通过标准化的测试夹具对待测终端模组进行连接，终端模组接收链路仿真系统输出的低轨卫星数传模拟信号，进行信号的变频、解调处理，并将结果数据传输至测试评估系统进行性能分析与传输效能评估。
6.测试评估系统：主要参数的实时监测、通信质量评估、对终端在不同模拟场景下的实际网络性能、终端性能指标体系进行自动化的测试评估，包括链路信号质量、入网时间、网络阻塞率、接入成功率、实际功耗、码速率等性能的指标。
7.一体化测试平台管理系统：为使用者提供操作界面，将测试平台系统的后台管理、结果分析展示等功能集成起来，对自动化测试平台的资源进行统一管理，提高测试平台的测试脚本的可重用性和测试评估效率。
图2低轨卫星物联网通信终端自动化测试与性能评估平台系统工作流程图，由图2可以看出本发明包括如下步骤：
步骤1：一体化测试平台管理系统，根据用户选择，设置并下发待测的卫星星座网络参数(或选择预定义的轨道参数、链路射频参数、基带参数等)、终端参数(设置或选择预定义)，输出统一的时间码，启动其它各个分系统功能模块；
步骤2：星座轨道仿真系统根据接收到的一体化测试平台管理系统输出的卫星网络名称，读取轨道参数；
步骤3：终端时空特征仿真系统设置或选择预定义的终端工作场景，输出终端地理位置、轨迹等时间地理位置信息至星座轨道仿真系统；
步骤4：星座轨道仿真系统根据步骤2读取的卫星星座轨道参数与步骤3输出的终端地理位置、轨迹等数据完成终端与卫星网络的覆盖性分析，输出网络覆盖时刻、空间链路传输距离；
步骤5：数据仿真系统读取测试源数据或生成测试码，按照设置的调制编码方式，完成数据的编码调制，输出中频信号至链路仿真系统。
步骤6：链路仿真系统根据卫星星座信号参数及步骤4输出的空间链路传输距离对射频信号特征进行计算仿真，并控制射频信号处理单元对步骤5输出的中频信号进行射频处理，将处理后的射频信号通过射频线缆输出至待测终端阵列；
步骤7:待测终端阵列将接收到的射频信号，通过射频分路器分路后，输出至待测终端模块，并行完成多路终端模块的射频环路测试；
步骤8：测试评估系统对终端模块的测试结果，包括时延、网络连通率、误码率、通信时效性等终端信道指标进行统计分析；
步骤9：一体化测试平台管理系统对测试结果进行图表可视化展示，并按照设定的模板自动生成测试报告。
总之，一种低轨卫星物联网通信终端自动化测试与性能评估平台面向终端批量化测试及终端用户业务效能的、分析评估需求，能够为用户提供不同卫星物联网及业务应用场景下的终端指标及效能的测试评估。

Claims (1)

1.一种低轨卫星物联网通信终端自动化测试与性能评估平台针对低轨卫星物联网特性，面向终端批量化测试及终端用户业务效能的、分析评估需求，能够为用户提供不同卫星物联网及业务应用场景下的终端指标及效能的测试评估。其特征在于，所述方法包括：
1）.高保真、半实物仿真：通过内置卫星轨道仿真模型、信号链路仿真模型对卫星数传信号及空间传输链路特征进行运算，并利用射频信号发生器输出叠加各种信道特征的射频信号源；
2）.高效灵活：平台可对卫星星座参数、信道参数、终端位置及轨迹参数进行灵活的设置，并支持参数宏配置、场景宏配置管理的功能，支持重复调用。支持终端阵列化测试，可并行完成多个终端的批量化测试，提高了测试效率；
3）.自动化程度高：平台支持一键自动化测试，参数及测试任务项配置完成后，一键生成待测终端阵列的性能或网络效能的测试评估报告。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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