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卫星通信运行监测系统

2018.06.29

  • 产品概述

    目前国内外的卫星通信监测设备主要针对射频、中频信号、传输误码率等进行监测。射频和中频信号的监测通常是通过频谱分析仪,主要监测频谱、带宽、载噪比等指标,传输误码率的监测也只能监测整个通信链路是否异常,因而无法在地面站实时监测通信链路各单元的运行情况。

     

    而在系统卫星通信网中,目前各个卫星通信地球站射频、中频信号运行状态的监测多数还需要人工输入参数,人工记录链路状态,对站内业务射频、中频信号监测一遍需要时间长,特别是在多颗卫星同时进行测控和任务联调时,无法对每一路卫星通信信道进行全天候监测,也不能对故障隐患实现诊断告警。

     

    为了克服当前卫星通信监测方式反应迟缓,故障确认及排除效率较低的缺点,需要建立一套智能化、全方位的监测手段,以适应卫星通信发展的需要。本项目就是在这种背景下提出来的。

     

    考虑到我国当前卫星通信多种轨道、多种传输体制、多种传输速率并存的现状,并满足未来卫星通信带宽不断增长的发展需要,卫星移动通信运行监测系统需采用通用化、模块化、集成化、可扩展的硬件平台,支持多种传输体制和传输速率,可实现高速数据处理和海量存储。

  • 功能介绍

    针对卫星通信的民用地面运营服务需求,实时监测前向链路和反向链路,可满足S波段卫星通信民用地面运营服务的测试和日常监测及维护要求,并可推广应用到其他波段。

     

    主要内容包括:

    监测显示前向链路发射器、反向链路接收器的射频和中频信号的功率、频谱、信号强度以及矢量分析结果;

    监测显示前向链路发射器和反向链路接收器的基带信号眼图、星座图和IQ路平衡;

    监测显示前向链路中有效载荷数据复接和信道编码的运行情况;监测显示反向链路中信道译码和有效载荷数据分接的运行情况;

    运行监测数据可存储和回放,发生异常时可报警指示,并根据各部分监测运行情况迅速判断定位故障位置;

    该系统还可作为前向链路发射器和反向两路接收器的地面测试设备进行使用。

    示范应用针对S波段卫星移动通信,并可扩展到X、Ku、Ka等其他波段。

    采用模块化、集成化的硬件结构和软件无线电架构,具有通用化、便于扩展的特点。

     

    主要技术指标如下:

    可显示射频、中频信号的功率、频谱、信号强度、Eb/N0、中频采样后矢量分析以及基带信号的眼图、星座图;

    可监测数据复接器、分接器以及信道编译码的运行是否正常;

    可测试解调BER性能和解调损耗,以及信道译码后的BER性能和编码增益;

    可监测基带信号的眼图、星座图以及IQ路正交精度和振幅平衡;

    可存储、回放分析中频采样信号和基带信号,中频采样速率不低于3.6GSPS、位数不低于10位,数据存储深度超过40T字节;

    调制方式支持BPSK、QPSK、OQPSK、GMSK、16QAM、16APSK等,信道编码可支持CCSDS标准的卷积码、RS码、Turbo码和LDPC码,并可进行扩展;

    可支持卫星通信传输速率从50Kbps~1.8Gbps连续可调;

    监测和测试结果可按时间存为文件。

  • 系统架构

    卫星通信运行监测系统由前向链路发射器运行监测、反向链路发射器运行监测、存储阵列、控制服务器和显示器构成,如下图所示(图中灰色填充框内即为运行监测系统的组成部分)。

    卫星通信运行监测系统框图

     

    分别对于前向链路发射器的射频信号、中频信号、调制信号、编码输出、复接输出进行监测,即可实现发射器的运行监测。而分别对于反向链路接收器的卫星信道射频信号、下变频输出的中频信号、中频解调输出的基带信号、基带解调输出、信道译码输出和数据分接输出进行监测,即可实现接收器的运行监测。监测和处理数据可存入存储阵列,以便进行回放显示。控制服务器与监测单元和存储阵列相连,从而实现相应的运行监测和数据读写控制。根据各监测单元的结果,不仅可以实时监测前向和反向链路的运行情况,还可在发生异常时自动定位故障位置。

     

    射频监测单元可分为下变频器、高速中频采样、FPGA数字处理和分析几部分。中频监测不包括下变频器,由高速AD转换、FPGA数字处理和分析两部分构成。基带信号若为数字信号,则基带监测直接在FPGA上进行处理和分析,否则需经AD转换后再进行处理和分析。

     

    各监测单元的组成结构如下图所示,分接、复接、译码、编码、解调、基带、中频监测单元分别为下一监测单元的子集。射频信号经下变频器变为中频信号后直接进行采样,在FPGA上进行中频解调得到基带信号,经基带解调和信道译码可测试BER性能、解调损耗和编码增益。对数字基带信号(模拟信号经AD转换可变为数字信号)进行处理和分析,即可得到眼图、星座图、以及IQ路正交精度和振幅平衡度。根据数据帧格式和纠错编码,可监测数据复分接器和信道编译码的运行。根据射频和中频信号,可以监测信号功率、强度、频谱、带宽、载噪比等指标,为了更准确监测卫星信道和干扰分布,还可配合频谱仪进行射频信号的监测。

    监测单元的组成结构

     

    结合发射器的相应信源,通过对测试单元中相关部分进行模块替换,还可实现卫星通信设备单元的地面测试。

  • 主要特点

    1、通用化、集成化、可扩展的硬件架构

    采用高速AD采样和FPGA实现监测单元,板间连接为通用FMC接口,从而实现通用化、模块化的硬件平台;

    2、实现对链路各运行单元的全方位实时监测

    通过对链路各单元运行情况的分别监测和集中控制,实现全天候、全方位的实时监测,并可实现异常情况下的快速自动故障诊断、确认和排查;

    3、兼容多星、多体制、多种速率卫星通信的监测需求

    可根据用户需求灵活设置传输体制、传输方式和传输速率等参数,并可扩展支持未来卫星通信的监测需求;

    4、大容量海量数据存储

    通过对监测信号和数据的实时存储,支持用户对每时刻运行情况的调用提取和回放显示;

    5、监测单元便于互换和维护

    各监测单元采用基本相同的硬件架构和硬件平台,便于设备检修、维护,并可通过程序重新加载方式实现不同单元的互换使用;

    6、可满足卫星通信设备的地面测试需求

    本系统不仅可以满足卫星移动通信的运行监测要求,而且可作为卫星通信设备正式运行前的地面测试设备,从而减少设备需求,节约运营成本。

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