卫星转发器频谱监测系统设计

1卫星转发器上下行频谱监测系统架构

一种卫星转发器上下行频谱监测系统设计文/刘彦明文章对针对卫星通信系统中卫星转发器与地面卫通节点间发生故障时存在排查定位故障时效性较差的现状，提出了一种卫星转发器上下行频谱监测系统设计方法。文章从系统架构、工作流程、软硬件设计及使用效果对比几方面进行了描述。从最终使用结果看，本文提出的卫星转发器上下行频谱监测系统设计合理、指标优异，与传统扫频式频谱仪相比具有更完善的功能和更高的时效性，特别是在突发信号捕获和故障告警、记录及回放等功能上充分发挥了专用系统的优点，能极大的提高卫星通信系统的故障排查效率，对于故障事件可追溯，为卫通系统的可靠工作提供了有力保障。摘要卫星通信系统主要由卫星转发器和地面通信节点两大部分构成。卫星通信业务主要分为上行业务和下行业务，对应的地面节点由上行链路和下行链路两部分构成。本文提出的卫星转发器上下行频谱监测系统由射频监测设备（含多通道切换开关）、中频监测设备、服务器三部分组成。射频监测设备通过多通道切换开关兼顾上行链路射频和下行链路射频频谱监测；中频监测设备兼顾多路上行链路中频和多路下行链路中频频谱监测；服务器完成监测数据的融合、联动分析及存储。图1描述了卫星通信地面节点设备的组成及频谱关键监测点，卫星转发器上下行频谱监测系统的构成，以及系统间的对接关系。为保证上下行频谱的全面监测、记录和频谱异常时的故障排查，需要在中频和射频两个区域分别进行上下行频谱监测。主要的监测点分布在A～D4个监测点，具体分布在图1中进行了标示。图1中，A点为上行中频信号频谱监测点，位于中频监测单元上行信号输出端口，可监测所有调制解调器的输出信号；B点为下行中频信号频谱监测点，位于中频监测单元下行信号输出端口；C点为上行链路的射频信号频谱监测点，位于高功放输出耦合口，可监测经高功放放大后的上行载波状态；D点为下行链路的射频信号频谱监测点，位于低噪放大器输出端口，可监视经场放放大后的下行载波状态。射频监测设备为单通道，通过多通道开关完成上下行射频切换、监测。中频监测设备设计为多通道，数量与卫星通信地面节点中频数对应。

2上下行频谱监测系统设计

2.1上下行频谱监测系统工作流程

上下行频谱监测系统的中频监测设备、射频监测设备和服务器通过交换机完成数据交互。卫通系统的控制设备也通过交换机与各设备相连，卫通系统按需调用上下行频谱监测系统监测结果，也可根据需要下达上下行频谱监测系统运行参数的修改命令，确保卫通系统及时知晓本系统的频谱特征，当出现故障时，能准确、及时的定位故障位置。卫通地面设备中频监测点A、B的多路中频信号接入中频监测设备，中频监测设备完成信号频谱的采集（放大、滤波等）、处理（信号参数测量、模板比对、信号识别等）；处理后的数据进入中频监测设备控制单元，中频控制单元完成数据的筛选、统计分析、本地人机界面呈现以及与服务器等外部设备的数据交互。卫通地面设备射频监测点C、D装配射频耦合单元，耦合的小信号经过多通道开关进入射频监测设备。射频监测设备首先对射频信号进行采集，采集过程包括滤波、放大、变频，将射频信号搬移到中频并对中频信号进行高速A/D采样，完成信号频谱数据化；采集的信号进行测量及调制识别等处理；最后将信号处理结果输出到控制单元，射频控制单元完成数据的筛选、统计分析、本地人机界面呈现以及与服务器等外部设备的数据交互。其中C、D两路上下行射频信号由控制器控制多通道开关进行按需切换。上下行频谱服务器接收中频监测设备和射频监测设备的上报数据，完成数据分类、存储、二次统计分析、告警识别、故障分析等功能，完成卫通系统上下行链路频谱特性的综合呈现和报文推送。支持系统内外的数据调用、回放。综上所述，上下行频谱监测系统通过对A～D点实时监测，可掌握卫星转发器上下行链路载波频谱状态，出现频谱异常时，综合比对A、B、C、D的频谱信息，可快速实现故障点定位。

2.2上下行频谱监测系统硬件平台

上下行频谱监测系统硬件核心部分是射频监测设备和中频监测设备。两类设备采用共平台开发，模块化设计。设备采用开放式开发平台，总线架构，机箱为19英寸标准机箱，所有板卡均为标准3U板卡，设备配备PC（3U）卡一块，具备灵活的组网能力。目前该设备已经量产，稳定可靠。设备机箱解剖图如图3所示。中频监测设备和射频监测设备原理框图如图4、图5所示。射频监测设备在中频监测设备平台基础上增加射频预处理、射频接收、本振模块3个模块。19英寸机箱有18个槽位，满配时可配置不低于8路中频处理通道或者2路射频处理通道，具体配置数量可根据用户需要确定。

作者：刘彦明