淺析傳統(tǒng)衛(wèi)星通信地球站的L頻段升級(jí)（一）

石玉龍

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司北京市分公司，北京 100032）

淺析傳統(tǒng)衛(wèi)星通信地球站的L頻段升級(jí)（一）

石玉龍

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司北京市分公司，北京 100032）

本文針對(duì)北京聯(lián)通衛(wèi)星局現(xiàn)有衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，分析了與承載業(yè)務(wù)相關(guān)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要指標(biāo)，確定了保障業(yè)務(wù)正常傳送的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)；細(xì)致研究、比較各類主流設(shè)備性能，順應(yīng)通信技術(shù)發(fā)展趨勢；綜合考慮業(yè)務(wù)傳送、路由調(diào)配、集中網(wǎng)管、在線監(jiān)測等各方面因素；立足于降本增效、節(jié)能減排的總體原則確定了衛(wèi)星通信系統(tǒng)L頻段升級(jí)的實(shí)施方案；并對(duì)其中相關(guān)方面進(jìn)行了細(xì)致研究，為今后衛(wèi)星業(yè)務(wù)發(fā)展鋪平了道路。

L頻段；EIRP；系統(tǒng)電平；衛(wèi)星通信地球站

1 傳統(tǒng)衛(wèi)星通信地球站介紹

經(jīng)過四十余年的不斷發(fā)展，北京聯(lián)通已擁有口徑4.5米以上的大型地球站天線20余座，建起了覆蓋全國，通達(dá)全球的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。衛(wèi)星通信地球站隨著技術(shù)的發(fā)展逐步升級(jí)，從最初的模擬設(shè)備升級(jí)為數(shù)字設(shè)備；從標(biāo)清視頻向高清視頻演進(jìn)；從單一業(yè)務(wù)類型向視頻、數(shù)據(jù)、應(yīng)急、搶險(xiǎn)等多業(yè)務(wù)類型轉(zhuǎn)變。在這個(gè)過程中，衛(wèi)星通信地球站的傳輸鏈路拓?fù)洳]有多少改變，其鏈路示意如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)衛(wèi)星通信地球站鏈路示意圖

從圖1中可看出，傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信地球站系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備較多，調(diào)制器輸出的70MHz或140MHz的中頻信號(hào)需要先進(jìn)行合路后進(jìn)入上變頻器將頻率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的射頻頻段；為了便于集中管理、調(diào)配天線系統(tǒng)等射頻資源，大型地球站一般都配備了射頻配線架，任意射頻信號(hào)可以調(diào)配到任意天線的射頻系統(tǒng)中；同時(shí)，射頻配線架也是室內(nèi)通信設(shè)備和室外天線等射頻系統(tǒng)的分界點(diǎn)，射頻信號(hào)在其架頂經(jīng)波導(dǎo)輸送至相應(yīng)天線系統(tǒng)；為了補(bǔ)償室內(nèi)用戶側(cè)設(shè)備與室外天線設(shè)備之間長距傳輸?shù)膿p耗，一般在天線機(jī)房都安裝了線路放大器，在實(shí)際應(yīng)用中，由于傳輸距離遠(yuǎn)損耗高，部分機(jī)房甚至使用了兩級(jí)線放，以滿足功放輸入電平的要求，進(jìn)而加大了系統(tǒng)噪聲，甚至?xí)?duì)載波C/N造成一定影響；為了降低傳輸損耗，室內(nèi)和室外機(jī)房間使用中繼波導(dǎo)傳送射頻信號(hào)，不僅成本高昂，還需使用充氣機(jī)保持波導(dǎo)內(nèi)氣密干燥，進(jìn)一步增加了運(yùn)維成本。

2 傳統(tǒng)衛(wèi)星站的主要問題

衛(wèi)星通信擁有其他通信手段都不具備的廣播優(yōu)勢，在廣播電視傳送中發(fā)揮著重要的作用。但是，綜合接收解碼器IRD的輸入信號(hào)均為L頻段信號(hào)，而傳統(tǒng)衛(wèi)星通信地球站使用70MHz或140MHz中頻，需要在IRD前端增加70MHz到L頻段的小變頻模塊，這既增加了變頻噪聲、劣化了C/N，又降低了系統(tǒng)安全性；衛(wèi)星通信經(jīng)常應(yīng)用于應(yīng)急搶險(xiǎn)場景，但是70MHz或140MHz中頻的地球站系統(tǒng)需要大量設(shè)備才能組成可靠系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用中往往因此而貽誤戰(zhàn)機(jī)……。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的種種限制，傳統(tǒng)衛(wèi)星通信地球站不便承載視頻接收、應(yīng)急搶險(xiǎn)、中繼傳送等應(yīng)用。面對(duì)著業(yè)務(wù)量減少和運(yùn)維成本增長的巨大壓力，站內(nèi)設(shè)備也到了生命周期的尾聲，急需進(jìn)行大規(guī)模更新，傳統(tǒng)衛(wèi)星通信地球站已經(jīng)到了生死存亡的緊要關(guān)頭。在滿足用戶業(yè)務(wù)需求的前提下實(shí)現(xiàn)老舊設(shè)備更新；在拓展業(yè)務(wù)能力的同時(shí)滿足節(jié)能降耗、降本增效的內(nèi)部需求。這對(duì)于衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)運(yùn)營商來說既是生死攸關(guān)的挑戰(zhàn)，也是一個(gè)前所未遇的契機(jī)。傳統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)現(xiàn)存的主要問題：

⊙ 用戶業(yè)務(wù)尤其是應(yīng)急機(jī)動(dòng)業(yè)務(wù)所用設(shè)備與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不兼容，不能共享使用，設(shè)備利用率低。

⊙ 通信系統(tǒng)鏈路設(shè)備環(huán)節(jié)多，任意一點(diǎn)出現(xiàn)問題都會(huì)造成業(yè)務(wù)阻斷，系統(tǒng)可靠性低。

⊙ 70/140MHz中頻站內(nèi)傳輸系統(tǒng)的設(shè)備建設(shè)、運(yùn)維成本高。

⊙ 傳統(tǒng)射頻設(shè)備自身能耗較高，同時(shí)產(chǎn)生大量熱量，又造成空調(diào)能耗高，不符合節(jié)能減排要求。

⊙ 設(shè)備接口、網(wǎng)管監(jiān)控、系統(tǒng)路由不支持新業(yè)務(wù)需求，業(yè)務(wù)拓展能力差。

3 解決策略的研究

針對(duì)上述傳統(tǒng)衛(wèi)星通信地球站存在的兩低兩高一差的具體問題，我們先從研究便攜站入手，尋找解決問題的突破口。我們知道，應(yīng)急機(jī)動(dòng)便攜衛(wèi)星站基本都已采用L頻段作為惟一中頻，調(diào)制解調(diào)器的收發(fā)端口均為L頻段，天線側(cè)的功放輸入和LNB輸出也使用L頻段（圖2）。

圖2 便攜站設(shè)備連接圖

L頻段相較于衛(wèi)星通信經(jīng)常使用的C（4～6GHz）頻段和Ku（10～14GHz）頻段來說，頻率大為降低，傳輸損耗減小，可以使用較為便宜的同軸電纜進(jìn)行傳送，其與70/140M中頻和C頻段射頻相比有著不盡相同的特點(diǎn)。

表1 L頻段與70/140M中頻和C頻段射頻物理特性對(duì)比表

從表1可看出，70/140MHz的中頻接口，可以使用相對(duì)廉價(jià)的同軸電纜，接口和特性阻抗與用戶設(shè)備匹配方便，但其頻帶較窄，不能和射頻設(shè)備直接相連；L和C頻段都有較寬的頻帶，L頻段還可以使用同軸電纜并有豐富的接口及特性阻抗選擇，兼顧了70/140MHz的中頻接口和射頻接口兩方面的優(yōu)點(diǎn)，是很好的折中方案。而且隨著通信技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)備已經(jīng)高度集成化，調(diào)制器都包含了L頻段模塊，輸出直接就是L頻段；功放設(shè)備可集成BUC模塊，輸入L頻段信號(hào)變頻后直接放大。正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，近年來，新建衛(wèi)星地球站基本都選擇了L頻段作為站內(nèi)中頻使用，其常用的C和Ku甚至是Ka頻段均可通過一次變頻來實(shí)現(xiàn)，簡化了系統(tǒng)設(shè)備，大幅降低了建設(shè)和維護(hù)成本，其鏈路示意如圖3所示。

圖3 新建衛(wèi)星地球站系統(tǒng)示意圖

選擇L頻段中頻能夠解決傳統(tǒng)地球站的主要問題嗎？我們逐一確定了解決策略。

⊙ 針對(duì)設(shè)備不兼容，利用率低的問題，我們制訂了全盤統(tǒng)一考慮固定站和應(yīng)急業(yè)務(wù)便攜站設(shè)備，只采購L頻段中頻設(shè)備，提高設(shè)備利用率的策略。

⊙ 針對(duì)系統(tǒng)可靠性低，我們制訂了優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成，減少鏈路環(huán)節(jié)，提高業(yè)務(wù)安全性的策略。

⊙ 針對(duì)建設(shè)運(yùn)維成本高，我們制訂了在滿足業(yè)務(wù)需求技術(shù)指標(biāo)前提下采購最佳性價(jià)比設(shè)備的策略。

⊙ 選擇符合節(jié)能減排要求的低耗能設(shè)備，優(yōu)先選擇不需空調(diào)和機(jī)房設(shè)施的室外型設(shè)備。

⊙ 調(diào)整網(wǎng)管監(jiān)控和系統(tǒng)路由支持新業(yè)務(wù)發(fā)展，按需采購新設(shè)備拓展業(yè)務(wù)能力。

對(duì)上述策略進(jìn)行匯總分析后，我們發(fā)現(xiàn)如果將系統(tǒng)升級(jí)為L頻段中頻，就可以使用與便攜站通用的設(shè)備，同時(shí)減少了鏈路環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了提高設(shè)備利用率和提升業(yè)務(wù)安全性的目標(biāo)；L頻段可以直接采用同軸電纜傳輸，節(jié)省了波導(dǎo)、線路放大器、充氣機(jī)等開支，使用室外型功放和LNB滿足節(jié)能降耗的要求，同時(shí)還可提升系統(tǒng)EIRP；也就是說圍繞著傳統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的L頻段中頻升級(jí)就可以逐步解決現(xiàn)存問題，從而滿足當(dāng)前和今后一段時(shí)間內(nèi)衛(wèi)星業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。（未完待續(xù)）

Exede空中上網(wǎng)獲獎(jiǎng)

近日，美國衛(wèi)訊公司在阿納海姆市舉行的航空乘客體驗(yàn)協(xié)會(huì)頒獎(jiǎng)典禮上，憑借其提供的Exede空中機(jī)載上網(wǎng)服務(wù)，被授予了Avion最佳技術(shù)成就獎(jiǎng)項(xiàng)。入圍者的評(píng)判由業(yè)內(nèi)人士組成的代表小組進(jìn)行，他們來自航空乘客體驗(yàn)社團(tuán)的各個(gè)分部：航空公司、硬件、軟件、分銷商、實(shí)驗(yàn)室和服務(wù)公司。

Exede空中上網(wǎng)服務(wù)旨在通過提供超越其他機(jī)艙寬帶服務(wù)的品質(zhì)和速度，使得更多的航空旅客能夠使用該項(xiàng)服務(wù)。相比于傳統(tǒng)的不超過10%的乘客使用率，使用美國衛(wèi)訊的服務(wù)，使用率能夠達(dá)到平均每架航班四成以上，在最近一次捷藍(lán)航空（JetBlue）飛機(jī)上，創(chuàng)紀(jì)錄的有148臺(tái)個(gè)人電子設(shè)備同時(shí)上網(wǎng)。

由美國衛(wèi)訊公司發(fā)明的創(chuàng)新的大容量Ka波段衛(wèi)星系統(tǒng)，特別設(shè)計(jì)用于提升衛(wèi)星上網(wǎng)性能和速率。美國衛(wèi)訊的系統(tǒng)所提供的更有利的經(jīng)濟(jì)性，讓航空公司能夠?yàn)槊恳晃宦每吞峁┏掷m(xù)的、高速的服務(wù)水準(zhǔn)，而不是讓乘客們從分配給飛機(jī)的一定量帶寬中去相互競爭服務(wù)。美國衛(wèi)訊的系統(tǒng)能夠?yàn)槊恳晃簧暇W(wǎng)旅客提供高達(dá)12Mb/s的下載速率。

Discussion on the Upgrading of L-band in Traditional Satellite Earth Station(1)

Shi Yulong
(China United Network Communications Corp Beijing Branch, Beijing, 100032)

On account of the existing features of network in China United Network Communication CorpBeijing Branch, this paper analyzes the main indicators of satellite communication system, identified the keytechnical parameters of transmission; carefully studies and compares the performance of major equipments,complies with communication technology trends; considers many factors such as transmission, routing deployment,centralized network, online monitoring; makes plans of upgrading L-band of satellite communication system basedon the general principles of cutting the cost, efficiency and energy conservation. Moreover, this paper has alreadycarried out some practical researches. It will pave the way for the future development of satellite services.

L-band; EIRP; System level; Satellite Earth Station

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.10.002

TN927+.21

A

1672-7274（2014）10-0005-03