淺談KU波段衛(wèi)星系統(tǒng)調(diào)整上線與信號傳輸過程

潘陣

【摘 要】本文主要介紹了KU波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)與KU衛(wèi)星地面站的上線調(diào)試過程以及異步轉(zhuǎn)報信號利用KU波段衛(wèi)星傳輸?shù)膶崿F(xiàn)過程，從面對最新接觸KU波段衛(wèi)星的新人角度出發(fā)，較為詳細的介紹了KU波段衛(wèi)星的基本情況，進一步對KU波段衛(wèi)星地面站的上線過程進行梳理，最后以異步轉(zhuǎn)報信號在KU波段衛(wèi)星的傳輸過程為例子，使得讀者能夠通過閱讀本文對KU波段衛(wèi)星有充分了解的同時能夠熟練KU衛(wèi)星的基本操作。

【關鍵詞】KU波段衛(wèi)星；對星標定；極化標定；入網(wǎng)；衛(wèi)星傳輸

0 引言

隨著我國改革開放的不斷深入，國內(nèi)經(jīng)濟飛速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，民航運輸業(yè)也呈現(xiàn)空前的繁榮，航班量與日俱增，需要傳輸?shù)暮娇者\輸相關信息的數(shù)量也飛速增長?，F(xiàn)有的地面?zhèn)鬏旀溌芬驗榈匦我约捌渌蛩叵拗?，需要空中鏈路作為補充。而衛(wèi)星通信系統(tǒng)因為其通信范圍大、不受陸地災害限制、建設速度快、易于實現(xiàn)廣播和多址通信、電路和業(yè)務可以實現(xiàn)靈活調(diào)整以及同一通信可以用于不同方向和不同區(qū)域等優(yōu)點，成為了民航地面通信系統(tǒng)的有力補充。

筆者在日常工作中，偶爾會遇到KU波段衛(wèi)星地面站脫離民航KU通信網(wǎng)絡的情形，以及KU衛(wèi)星傳輸?shù)臉I(yè)務中斷的情況。因此，在這里將較為詳細的介紹KU波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)與KU衛(wèi)星地面站的上線調(diào)試過程以及KU衛(wèi)星傳輸異步轉(zhuǎn)報信號的過程，希望讀者能夠通過閱讀本文對KU波段衛(wèi)星有充分的了解的同時能夠熟練KU衛(wèi)星的基本操作。

1 KU波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)

1.1 衛(wèi)星通信的發(fā)展

1945年10月，英國空軍雷達軍官阿瑟.克拉克在《無線電世界》雜志上發(fā)表了《地球外的中繼》一文，首先提出利用靜止衛(wèi)星進行通信的科學設想，并利用月球作為衛(wèi)星進行試驗，但由于回波信號太弱、時延太長、提供通信時間短等缺點沒有成功。1957年10月，第一顆人造地球衛(wèi)星上天，并于1964年開始進行同步定點軌道衛(wèi)星試驗。1965年伴隨著國際通信衛(wèi)星組織INTELSAT成立，一些國家相繼發(fā)射了一些通信衛(wèi)星，建立起一批地球站，初步構成了國際衛(wèi)星通信網(wǎng)絡。1972年，加拿大首次發(fā)射了國內(nèi)通信衛(wèi)星“ANIK”，開展了國內(nèi)衛(wèi)星通信業(yè)務，地球站采用相對較小的口徑天線，使地球站成本大大降低。20世紀80年代，VSAT（甚小口徑終端）衛(wèi)星通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，使衛(wèi)星通信開始進入突破性發(fā)展階段，為專業(yè)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡的發(fā)展創(chuàng)造了新的局面。

1.2 衛(wèi)星通信原理

衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，在兩個或多個地球站之間進行的通信。地球站指設在地球表面（包括地面、海洋或大氣層）的通信站。

1.3 KU波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)

使用衛(wèi)星進行通信，實際上就是以衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波。因此，其所使用的頻段應滿足相應的要求：有較寬的可用頻帶，以滿足信息傳輸?shù)囊?；與地面微波通信、雷達等其它無線系統(tǒng)間的相互干擾要?。荒艹浞掷矛F(xiàn)有通信技術，便于與地面通信設備配合使用；設備尺寸要??；電波能夠穿過電離層，傳輸損耗和外部附加噪聲盡可能小等特點。因此，應將衛(wèi)星通信的工作頻段選為特高頻或微波頻段。其中，L波段（1.6/1.5GHZ）、C波段（6/4GHZ）以及KU波段（14/12GHZ）使用最為廣泛。

目前，大部分國際通信衛(wèi)星尤其是商業(yè)衛(wèi)星使用C波段4-6GHZ波段，國內(nèi)區(qū)域性通信衛(wèi)星也采用該波段。但是，KU波段12-14GHZ的衛(wèi)星相對于C波段衛(wèi)星具有包括發(fā)射功率不受控制、抗干擾能力強以及同尺寸天線發(fā)射增益大大增強等一系列優(yōu)點，從而順利贏得了民航空管通信部門的親賴，目前KU波段衛(wèi)星已經(jīng)廣泛應用于民航空管衛(wèi)星通信領域。

加拿大porlasat公司的VSATPLUSII系統(tǒng)是基于調(diào)頻TDMA體制系統(tǒng)平臺，網(wǎng)絡拓撲結構為全網(wǎng)拓撲結構，并在此基礎上支持單向廣播回傳的星型網(wǎng)絡結構以及星狀/網(wǎng)狀混合網(wǎng)絡結構。這種VSATPLUSII系統(tǒng)可以為民航的ATM地面網(wǎng)絡提供4.8KBPS—8Mbps高速衛(wèi)星透明電路作為備份線路；提供速率為2.4KBPS—2MBPS的透明數(shù)據(jù)廣播功能，并可支持多廣播源的數(shù)據(jù)廣播功能；支持2.4kbps—2048kbps的多種速率的數(shù)據(jù)支持，支持同步/異步透明數(shù)據(jù)、IP數(shù)據(jù)、幀中繼數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)格式。因此，作為民航空管地面?zhèn)鬏斅酚蓚溆每罩墟溌?，加拿大porlasat公司的VSATPLUSII系統(tǒng)被民航空管通信部門大量引進。

以民航河北空管分局KU衛(wèi)星系統(tǒng)為例，河北作為三級節(jié)點。硬件采用3.7米天線、3.7米天線，ANACOM 16KU-25射頻單元（ODU）以及VSATPLUSII型機箱2臺、數(shù)據(jù)線路復用機箱1臺，并搭配相應的業(yè)務板卡：調(diào)制解調(diào)板（modem板）實現(xiàn)控制、標準速率數(shù)據(jù)板（速率最高521Kbps）、高速數(shù)據(jù)板（速率最高1536Kbps）、數(shù)據(jù)線路復用器（DLM板）、話音板（E&M子卡、FXS子卡、FX0子卡）、E1板等，可以有效實現(xiàn)ATM臨時中繼透明數(shù)據(jù)備份業(yè)務、中低速雷達引接透明數(shù)據(jù)業(yè)務、透明數(shù)據(jù)廣播業(yè)務、低速低速異步數(shù)據(jù)業(yè)務、IP、幀中繼協(xié)議業(yè)務、VHF話音衛(wèi)星中繼電路、管制熱線電話以及多媒體業(yè)務等。

2 KU衛(wèi)星系統(tǒng)的上線調(diào)試過程

2.1 對星標定

對星標定是指通過頻譜儀觀察低噪聲放大器下射頻、L波段接收衛(wèi)星的信標信號強度來調(diào)整天線對星角度，以實現(xiàn)KU波段衛(wèi)星地球站對準KU衛(wèi)星的工程。

（1）使用隔直頭、射頻線、三通頭將頻譜儀與衛(wèi)星站ODU按下圖方式連接，并使用監(jiān)控線接入PC進行監(jiān)控。

（2）啟動PC監(jiān)控軟件supervisor10，修改ODU參數(shù)。

Enable Editing更改為修改模式， TX settings中的發(fā)射 （Enable）關閉，并RX settings中接收頻率更改為12253MHz。各項更改完成后，點擊Write Edits進行參數(shù)保存。endprint

（3）設置頻譜儀參數(shù)

Center Frequency：1553MHz； Span：50KHz； Amplitude：5dB/Div； RBW：1KHz； VBW：100Hz

（4）調(diào)整天線角度。

調(diào)整天線的俯仰角（天線的指向與水平面的夾角）及方位角（天線的實際指向與正北方向按順時針方向的夾角），通過頻譜儀觀察亞洲四號衛(wèi)星發(fā)射的信標信號，使站點接收亞洲四號衛(wèi)星發(fā)出的信標信號的載噪比符合要求，以確保天線對星的精準。鑒于石家莊KU衛(wèi)星天線直徑為3.7米，其接收信號信標的載躁比需達到40db。

（5）對星完成后，恢復設備的鏈接。

2.2 極化標定

（1）聯(lián)系亞洲衛(wèi)星公司，說明情況，確定單載波發(fā)射頻點。聯(lián)系網(wǎng)控，說明情況，確定單載波載波號及載波頻率。

（2）啟動PC監(jiān)控軟件supervisor10，修改ODU參數(shù)。

將ODU發(fā)射功能暫時關閉，然后將ODU中心頻率更改為衛(wèi)星公司給定射頻頻點。

啟動監(jiān)控軟件supervisor10，將Enable Editing選項修改為編輯模式，將TX settings下的ODU發(fā)射功能（Enable）修改為關閉狀態(tài)，發(fā)射頻率更改為亞洲衛(wèi)星公司工程師分配的單載波發(fā)射頻點，將Gain選項更改為較低值。參數(shù)更改完成后，點擊Write Edits對參數(shù)進行保存。

（3）監(jiān)控電腦經(jīng)Modem板卡監(jiān)控線與Modem板卡或機箱相連，使用超級終端或node view軟件進行Modem板卡監(jiān)控，開啟ODU發(fā)送功能，發(fā)射單載波。

（4）單載波發(fā)送完成后，通過轉(zhuǎn)動雙工器調(diào)整極化角，等待亞洲衛(wèi)星公司工程師認為站點極化隔離度達到要求后固定極化角。

（5）固定極化角，關閉單載波，恢復ODU參數(shù)。

2.3 入網(wǎng)參數(shù)設置

（1）設置ODU參數(shù)

（2）設置MODEM板參數(shù)

節(jié)點參數(shù)設置和載波頻率設置。

2.4 接收功率標定

調(diào)整室內(nèi)中頻衰減器和ODU接收增益。

2.5 發(fā)射功率標定

調(diào)整室內(nèi)中頻衰減器和ODU發(fā)射增益。

2.6 因石家莊節(jié)點使用了功分器，為了設備穩(wěn)定工作，在發(fā)射（接收）支路功分器空余端口處安裝假負載。

2.7 KU衛(wèi)星正式上線。

3 KU衛(wèi)星傳輸異步轉(zhuǎn)報信號

3.1 KU衛(wèi)星傳輸異步轉(zhuǎn)報拓撲圖

3.2 異步轉(zhuǎn)報信號的傳輸過程

（1）對板卡進行設置

使用DLM數(shù)據(jù)板卡，選擇v.35子卡確定為v.35數(shù)據(jù)接口，通過撥碼開關選擇傳輸速率4.8Khz。同時，網(wǎng)控中心對信道進行配置，信令方式選擇帶內(nèi)信令（控制信號隨數(shù)據(jù)傳輸）。

（2）信號傳輸過程

轉(zhuǎn)報機轉(zhuǎn)發(fā)異步轉(zhuǎn)報信號后，通過連接線纜進入DLM機箱對應板卡（需要關注的是，KU衛(wèi)星發(fā)射的信號為同步信號，需要在線纜處接入同異步轉(zhuǎn)換器，將異步信號轉(zhuǎn)換為同步信號）。利用KU機箱（porlasat VSATPlus KU機箱） 與DLM機箱間的連接線纜進入KU機箱的基帶處理器，對信號進行復接、編碼等處理后，通過中頻發(fā)射電纜（TX IF）送入中頻調(diào)制器（位于ODU），進行調(diào)制。然后，已調(diào)制的中頻載波經(jīng)過中頻放大后送入上變頻器（位于ODU），變換為上行載波頻率14.456GHz，進入功率放大器（LNC）。經(jīng)過功率放大后通過天線送入亞洲4號衛(wèi)星，經(jīng)一系列變換后使用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)至首都機場對應KU衛(wèi)星地球站，從而實現(xiàn)河北轉(zhuǎn)報機轉(zhuǎn)發(fā)的異步轉(zhuǎn)報信號通過本地KU衛(wèi)星發(fā)送至首都機場，完成有效的通信目的。

4 總結

作為民航地面通信路由的有力補充，KU波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。身為民航空管技術維護人員，必須深入的學習了解KU波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)的運行過程及維護細節(jié)從而能夠在日常工作中及時準確的排除遇到的問題，順利的保障民航空管通信業(yè)務的傳輸。本文作為筆者日常工作中對KU衛(wèi)星通信系統(tǒng)的總結與概括，讀者能夠通過閱讀本文對KU波段衛(wèi)星有充分的了解的同時能夠熟練KU衛(wèi)星的基本操作。

【參考文獻】

[1]《中國民航KU波段衛(wèi)星網(wǎng)絡優(yōu)化》[Z].天航信民航通信網(wǎng)絡公司.

[2]《衛(wèi)星網(wǎng)絡工程師崗位基礎培訓教材》[Z].天航信民航通信網(wǎng)絡公司.

[3]《中國民航KU波段衛(wèi)星通信網(wǎng)培訓教材》[Z].天航信民航通信網(wǎng)絡公司.

[責任編輯：張濤]endprint