随着卫星通信以及智能手机为主要代表的卫星互联网终端快速发展，终端上卫星通信或卫星互联网业务的稳定性越来越得到终端厂商和消费者的关注。为实现稳定的短信、语音通话以及宽带数据业务，在卫星距离远、信号弱、相对地面基站具有高时延和高多普勒频移的情况下，终端侧的空口辐射发射、空口辐射接收能力尤为重要，将决定终端与卫星通信的成功率、稳定性。

我国现有私有体制卫星终端的OTA测试要求尚不完善，仅有少量卫星对终端OTA的技术要求和测试方法有相对完整的规范。天通手持卫星终端的OTA技术要求具体如下：

a) OTA 性能测试方法应遵循 YD/T 1484.1《无线终端空间射频辐射功率和接收机性能测量方法 第1部分：通用要求》；

b) OTA 性能要求：

i.EIS  

在2170MHz至2200MHz频段波束范围θ1取值为0°和15°，在自由空间下，终端等效全向灵敏度（EIS）指标等于或优于[-123dBm]；

ii.EIRP  

在1980MHz至2010MHz频段波束范围θ2取值为0°和15°，在自由空间下，终端等效全向发射功率（EIRP）要求为：1dBW~8dBW (PAS=0dB) 。

注1：θ轴方向取最大天线增益方向，最大天线增益方向由终端设备厂商宣称，θ1和θ2代表的同一波束范围。此处使用不同下标，用于区分发射和接收波束。φ轴取与θ轴垂直。

注2：此处终端等效全向发射功率特指测量点（θ,φ）中θ取值为0°和15°时的最大发射功率。

注3：此处终端等效全向灵敏度特指测量点（θ,φ）中θ取值为0°和15°时的终端最优接收灵敏度。

关于天通手持卫星终端的OTA测试方案，在最初标准的制定过程中，手持终端的设备类型中尚未出现智能手机设备，同时考虑兼容各类设计生产成本高低不同、设备复杂度不同、卫星通信实现方式不同的手持设备，因此OTA测试的复杂度相对较低。目前手机直连业务的出现，致使智能手机成为手持卫星终端最令人关注的产品，因此基于天通的手机尚需根据手机的产品形态、使用特点、产品复杂度对OTA测试方法进行进一步研究。

北斗卫星终端

基于北斗卫星实现卫星通信的技术是利用北斗卫星系统的北斗三号短报文技术，在中国及周边地区（东经 75°～135°，北纬 10°～ 55°）实现卫星短信息的收发。目前北斗三号短报文尚未正式获批商用，作为北斗应用推广的重要部分，在消费类手持终端上搭载北斗三号短报文技术实现卫星通信的方案已得到北斗系统建设单位、运营管理单位和各终端厂商的积极推动。目前关于北斗三号短报文的技术要求和测试方法标准正在制定中。下面给出正在制定中的民用终端上北斗三号短报文的技术要求和相应的测试方法，测试方法将根据相应标准的制定保持更新。

基于NTN的卫星终端OTA概述

基于NTN的终端

产品形态

从卫星通信传输体制来看，卫星通信终端主要分为移动通信终端、宽带通信终端和物联网终端。

移动通信终端

移动通信终端传统值具备语音、短信、低速数据、传真、GPS定位等业务的移动卫星电话，在航海、野外作业、应急就在等小众领域应用广泛。如下所示

Thuraya系统和天通一号系统是两个典型的能够提供移动通信业务的卫星系统。

Thuraya-1/2/3卫星由美国波音公司建造，分别于2000年10月、2003年6月和2008年1月成功发射。这三颗GEO卫星以及相应的地面关口站和用户通信终端共同构成一个区域性卫星移动通信系统。Thuraya终端是全球第一款创造性地整合了卫星、GSM、GPS三种功能，提供语音、短信、数据（上网）、传真、GPS定位五种业务的智能卫星电话。支持高速互联网接入业务，共享速率最大为444Kbps,专线速率最大为384Kbps。

图1 Thuraya系统卫星移动通信终端

2016年8月6日，天通一号01星发射成功。天通一号卫星移动通信系统是我国自主研制建设的卫星移动通信系统。天通一号作为大容量的地球同步移动通信卫星，可以为个人、移动的车辆、船舶、飞机等用户提供短信、语音及数据业务。天通一号通信终端产品类型丰富，有天通+4G双模手机、天通单模手机、天通+AIS双模船载手机、天通车载终端、天通机载终端等。

天通一号通信终端语音速率支持1.2kbps、2.4kbps和4.0kbps三档，数据速率从9.6kbps到384 kbps分档可调。手持终端数据速率最高位9.6kbps，车载终端数据速率最高为384kbps。

图2 天通系统卫星移动通信终端

在NTN技术背景下，卫星通信已进入大众消费领域，未来，PC3功率等级下的蜂窝手机、手持IoT设备等“手机直连卫星”将是NTN卫星移动终端的主流产品形态。

宽带通信终端

相比提供移动通信业务的卫星系统，提供宽带接入业务的卫星系统更多。其中，已经建设成功并投入商业运营的卫星系统有传统卫星Inmarsat、TerreStar、SkyTerra，高通量卫星ViaSat-1、ViaSat-2、中星-16，以及中轨星座O3b系统；正在建设中的有高通量卫星ViaSat-3、Jupiter-3，以及低轨星座卫星系统OneWeb、SpaceX、Project Kuiper等。

2017年4月12日，中星16号发射成功。这是我国首颗高通量通信卫星，首次应用Ka频段的多波束宽带通信系统，容量达20Gbps。中星16可支持固定终端以及机载、车载和船载等移动终端的动中通应用，能够实现跨波束自动无缝切换。终端形态大多是以抛物面板天线的形式存在进行宽带通信。

图3 中星16宽带卫星通信终端

OneWeb卫星互联网星座初期计划发射720颗卫星，采用Ku频段，星座轨道高度1200千米，采用透明转发方式，通过地面关口站直接面向用户提供互联网接入服务。OneWeb系统将用户终端芯片视为整个系统中最难实现的部分，与高通公司（Qualcomm）一起开发了专用的14nm 低成本芯片，在降低功耗的同时，提供高速数据传输和波束快速准确切换的能力，实现用户终端性能、功耗、体积、质量及可靠性的优化和提升。用户段根据应用领域和场景的不同，可支持固定、舰载、车载和机载等多种类型终端。终端天线尺寸范围为0.45米到 1米，既有机械式双抛物面天线，也有相控阵天线。用户通过OneWeb系统终端接入互联网。

图4 OneWeb宽带卫星通信终端

Starlink低轨星座选择了Ku/Ka频段，有利于更好地实现覆盖。Starlink卫星终端采用了圆形平板相控阵天线，直径0.48米左右，通过波束成形技术可支持自动跟踪接入卫星，且在多波束情况下可支持同时与多颗卫星连接，为终端在不同星间切换时的无缝通信做保障。当前，Starlink卫星终端能够为用户提供约为300Mbps的下载速率,网络时延约为20毫秒。

图5 Starlink宽带卫星通信终端

卫星物联网终端

卫星物联网终端主要用于资产跟踪、环境监测、远程作业、灾难预测等场景，适用于政府、军队、电力、矿业、渔业、农业等多个行业。提供物联网业务的卫星系统既有高轨卫星也低轨星座卫星。国际上比较知名的卫星物联网系统有铱星二代（Iridium NEXT）、全球星（GlobalStar）、轨道通信卫星（ORBCOMM），国内的卫星物联网系统有北斗和天通一号。

ORBCOMM系统在1995年由ORBCOMM公司建立，卫星的制造和发射由轨道科学公司完成，目前有35颗卫星在轨正常运行，它们和分布在全球13个国家的16个信关站一起，为全球提供双向通信的天基短报文和物联网服务。用户链路采用上行采用MF-TDMA、下行采用FDM多址方式，SDPSK调制，速率4.8kbps。ORBCOMM系统物联网通信模组及终端形态如下：

图6 ORBCOMM系统物联网终端及模组

全球星系统是由美国劳拉公司（Loral Cor－poration）和高通公司（Qualcomm）倡导发起的卫星移动通信系统，包括48颗绕地球运行的低轨道卫星，在全球范围（不包括南北极）向用户提供无缝隙覆盖的、低价的卫星移动通信业务。卫星采用码分多址方式（CDMA），码元带宽为1.23MHz，数据传输速率为7.2kbps（持续流量）。全球星物联网终端主要用于跟踪、监控等。其通信模组或终端本身形态如下：

图7 全球星系统物联网终端及模组

我国低轨卫星发展起步较晚，目前还没有成功商用的专用低轨卫星物联网系统。国内卫星物联网应用主要是利用国外的海事卫星、ORBCOMM和国内的北斗等系统。天通一号系统的卫星物联网应用于2021年11月发布，规模商用刚刚启动。天通物联网提供短报文通信服务，系统服务能力600万次/小时，上行单次报文最大长度为 336bits，下行单次报文最大长度为128bits。自2003年以来，北斗一号、北斗二号都采用RDSS（Radio Determination Satellite Service）体制，在提供位置服务的同时为用户提供短报文通信服务。北斗三号采用了RNSS（Radio Navigation Satellite System）体制，兼容RDSS体制，利用3颗GEO卫星，继续为全球用户提供短报文通信服务。

北斗区域短报文（RSMC）服务上行容量达1200万次每小时，单次报文最大长度为14000bits，一般来讲，终端的服务频次为1分钟1次或2次，终端发射功率为3W。北斗全球短报文（GSMC）服务上行容量为30万次每小时，单次报文最大长度为560bits，终端发射功率为10W。北斗物联网终端形态如下：

图8 北斗系统物联网终端及模组

NTN终端OTA技术要求

目前3GPP尚未对NTN的产品研究OTA技术要求有成熟结论，在输出功率方面，目前IoT NTN支持PC3（最大输出功率23dBm）和PC5（最大输出功率20dBm）终端。

实现稳定的连接，对于NTN设备的EIRP和辐射接收灵敏度要求应当结合卫星网络能力和终端能够实现的辐射能力进行确定。

相较于蜂窝网络终端不同的是，卫星通信终端的天线方向图将有较强的指向性，而蜂窝网络终端天线方向图则接近于全向天线。而根据业务的不同，卫星天线方向图的指向性可能根据使用需求有所不同，文章给给出两种NTN产品的可能的典型方向图示意如图1所示。第一是在实现语音通话业景下，终端天线方向图典型方案为指向手机上方，记作第一类方向图。第二是在支持短信或数据通信场景下，终端天线方向图可能采取的天线指向，记作第二类方向图。两种形式的天线波束宽度差异、人手持握、语音业务贴近时对两种情况的空口性能的影响应当是手持卫星终端的OTA性能要求应当考虑的影响因素。

同时，对卫星手持终端应当制定不同于蜂窝终端的技术要求，为能够反映卫星终端天线性能，辐射功率和辐射接收灵敏度都应当在天线波束范围内，这与蜂窝终端的全向辐射功率和辐射接收灵敏度不同。

a. 第一类方向图                              b. 第二类方向图

图9 手持终端卫星天线方向图

NTN终端OTA技术指标

鉴于IoT NTN手持类终端的卫星天线波束的两类方向图可能性，对手持类z终端的辐射发射和接收技术指标应限值在天线波束范围内，当前3GPP正在讨论的辐射收发技术指标如下：

1. 单点+测量全球（积分或CDF），例如：

1) 峰值EIRP/EIS+TRP/TRS；

2) 峰值EIRP/EIS+全球覆盖CDF。

2. 单点+测量部分球（积分或CDF），例如：

1) 峰值EIRP/EIS+部分TRP/TRS（例如，在选定的30、60、90、180度角度范围内）；

2) 峰值EIRP/EIS+部分球覆盖CDF（例如，在选定的30、60、90、180度角度范围内）。

3. 仅全球（积分TRP/TRS或球面覆盖CDF）带/不带权重，例如：

1) 球面覆盖与EIRP-CDF和EIS-CCDF在[>50%]-ile；

2) TRP/TRS或加权指标，例如，加权TRP/TRS（对声明半球的权重更大）。

4. 仅部分球（积分或CDF）（例如，在选定的30、60、90、180度角度范围内）

NTN终端OTA测试方法

基于IoT NTN的手持终端OTA测试方法应当与蜂窝终端的OTA测试方案保持最大限度的一致性，测量暗室应当尽可能利用现有的解决方案，本报告的解决方案将基于YD/T 1484.1中的全电波暗室进行解决方案研究。

在测试方案的制定过程中，应当对卫星通信终端和蜂窝终端的核心不同点进行解析。相较于蜂窝终端，采用IoT NTN的智能手机类手持卫星终端的核心不同在于：通信协议不同、天线情况不同、用户使用方式不同。综合以上三个不同点，IoT NTN终端的推荐OTA测试方法概述如下：

a) 根据YD/T1484.1，结合手持卫星终端的产品形态，测试采用的暗室与坐标系系统、最小测量距离、系统校准、纹波测试及测试系统配置均推荐采用YD/T1484.1的第4.1至4.3的要求。

b) 测试过程中的综测仪应当采用支持IoT NTN体制的综测仪产品。支持OTA条件下的信令测试。

c) 鉴于IoT NTN终端的天线指向性，测试应集中在卫星天线主波束范围内，取合理的采样点数。

d) 人头与人手模型采用YD/T1484.1符合附录B要求的模型。

测试中尚有待解决的问题包括但不限于：

1 终端天线指向方向的获取。在对卫星终端的天线指向获取方面，可采用厂商申报、最大波束指向搜索、测试所有可能的指向取最大值的方向获取；

2 测试采样点数的确定。在测试过程中应当采样的点数应根据终端能力进一步讨论并通过标准化固定；

3 测试指标及其计算方法的明确。对于天线波束内的EIRP和接收灵敏度，应当单独制定相应的指标并明确根据采样点数据如何计算得到空口的收发指标。

NTN终端OTA试验条件

1. 全电波暗室的坐标系和定位系统

对于手持类IoT NTN卫星终端的OTA测试，可复用现有的全电波暗室的方案，其中，全电波暗室的坐标系和定位系统可分别复用YD/T 1484.1的第4.2.1和4.2.2章节中的规定。

测试场景，建议采纳YD/T 1484.1的4.2.2节中的自由空间和仅人手模型两类测试场景。

2. 全电波暗室的测量通用条件

全电波暗室的最小测量距离、系统校准、波纹测试和测试系统配置可分别复用YD/T 1484.1的第4.3.1和4.3.4章节中的规定。

我国已有实验室集成了测试仪表与多探头暗室系统，实现了IoT NTN设备的自动化检测条件：

NTN终端OTA辐射功率测量

1 功率测量设备

辐射功率的测量可基于频谱分析仪和支持IoT NTN配置了功率测量模块的卫星模拟器两类平台。全电波暗室功率测量通用条件

通过在无线终端周围不同球面位置测量无线终端EIRP来衡量EUT的射频辐射性能。通过分析球面上每个测量点的测量数据来评估有效辐射功率，得到EUT的三维辐射特性。在球坐标的θ轴间隔[5°、10°、15°]、Φ轴间隔[5°、10°、15°]取1个测量点，即能够充分描述EUT的远场辐射模式和上半球面全向辐射功率。由于测试聚焦在被测终端的上半球面，因此θ在（90°，180°）范围内不用测试。

NTN终端OTA接收机性能测量

1 接收机性能测量设备

接收机性能的测量需基于支持IoT NTN配置的卫星模拟器。基站模拟器需控制相关参数来满足不同通信信号接收机性能测量要求，自行发射下行码流并通过EUT反馈信息统计误码率、误帧率或误块率。

2 全电波暗室接收机性能测量设备

当进行测量时，通过测量EUT在一定误码率、误帧率或误块率条件下的最小前向链路功率来衡量EUT的接收机性能。本部分规定在EUT接收灵敏度最差的配置下进行试验，通过分析球面上每个测量点的测量数据来评估有效接收机灵敏度，得到EUT的上半球面接收机特性。在球坐标的θ轴间隔[5°、10°、15°]、Φ轴间隔[5°、15°、30°]取1个测量点，即能够充分描述EUT的总接收灵敏度。

由于测试聚焦在被测终端的上半球面，因此θ在（90°，180°）范围内不用测试，θ=0°只需测量一个点，所以每个极化需要测量409个点。

NTN终端需联通距离地面上百至上万公里高度的卫星，手机直连卫星的关键技术之一则是通过射频与天线系统的配合，实现在输出23dBm或更低功率的情况下稳定地连接卫星，使用更高频率的VSAT卫星终端则具备更高的发射功率及更加有效的天线配置。因此终端的OTA指标对终端与卫星的连接和业务稳定性至关重要。通信行业当前对NTN终端以及基于私有体制、面向存量终端的卫星终端两阶卫星应当遵循的OTA技术要求及其测试方案均在研究过程中，终端形态适用范围广、终端技术体制兼容性高的测试系统是OTA测量中的关键，因此进一步对未来卫星终端的形态发展进行预研，设计满足不同形态终端的OTA测试环境，集成支持NTN或私有技术的整体测试方案，将是未来卫星终端OTA测试的行业研究重点。