地球站引接保護(hù)傳輸鏈路的設(shè)計與應(yīng)用

劉海濤

國家新聞出版廣電總局呼和浩特地球站 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010070

引 言

隨著衛(wèi)星廣播事業(yè)的發(fā)展，地球站上行業(yè)務(wù)發(fā)展愈來愈快，各種業(yè)務(wù)設(shè)備越來越多，地球站內(nèi)部業(yè)務(wù)內(nèi)容傳輸距離遠(yuǎn)近不一，這成為地球站整體布局發(fā)展不可避免的問題。隨著地球站業(yè)務(wù)量的增多，在原有地球站設(shè)施基礎(chǔ)上新建傳輸系統(tǒng)，由于空間限制和天線場區(qū)的要求，使得傳輸機(jī)房至功放小室的距離變長，設(shè)計鏈路長度將成為一個需要重點考慮的環(huán)節(jié)。長距離信號傳輸對信號的性能指標(biāo)和功率衰耗影響巨大，是制約信號傳輸質(zhì)量的一個重要因素。

1 地球站長距離信號傳輸分析

地球站建設(shè)設(shè)計遵循節(jié)目傳輸與變頻放大分離的原則，避免小信號和高頻信號設(shè)備在同一個機(jī)房運行，造成信號互相影響的問題，也可避免長時間在高頻和高功率環(huán)境下工作對人體造成的損害。

經(jīng)過對地球站實際工作中使用信號的分析，存在長距離傳輸問題的信號大概分為兩類：一類為從節(jié)目傳輸機(jī)房至功放室的上行中頻信號（典型值為70MHz），其為衛(wèi)星上行高功放變頻系統(tǒng)提供激勵信號，影響上行系統(tǒng)整體傳輸效果和上行能力；另一類為從功放室至傳輸機(jī)房的下行接收信號，其為天線接收的電磁波信號，經(jīng)過LNB下變頻至L波段并放大后傳輸給監(jiān)控機(jī)房用于監(jiān)看和檢測上行節(jié)目質(zhì)量使用。兩種信號質(zhì)量均受傳輸距離影響，并且信號超過一定傳輸距離后，信號損耗過大且性能指標(biāo)將下降至不可用狀態(tài)。對于同一地球站同一套傳輸系統(tǒng)而言，兩種信號雖然頻率不同，但傳輸路由和外部環(huán)境相同，傳輸路徑也可以一樣，所以可以采用相同的辦法進(jìn)行解決，既能提高傳輸效率，又節(jié)約成本。

地球站信號傳輸一般采用同軸電纜傳輸，同軸電纜中同軸是結(jié)構(gòu)，同軸中頻或射頻線纜中中頻和射頻是規(guī)格，地球站長距離信號傳輸需要的是同軸中頻（頻率70MHz）電纜和L波段同軸電纜。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，光纖傳輸也成了地球站信號傳輸?shù)目蛇x形式。地球站使用中兩種方式各有優(yōu)劣，下面對這兩種介質(zhì)的傳輸特性進(jìn)行簡要介紹。

2 同軸電纜的傳輸特性

同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體和屏蔽網(wǎng)構(gòu)成的兩根導(dǎo)體，由于這兩根導(dǎo)體的軸心是重合的，故稱同軸電纜或同軸線，它的最大特點就是抗干擾能力好，傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定。同軸電纜重要的傳輸特性是頻率越高，衰減越大。如果電纜芯線太細(xì)、屏蔽網(wǎng)過稀，信號的泄漏與衰減就增大，從而造成信號品質(zhì)的下降。同軸電纜在同等情況下，粗纜優(yōu)于細(xì)纜，物理發(fā)泡電纜優(yōu)于實心電纜，高編電纜優(yōu)于低編電纜，銅芯電纜優(yōu)于銅包鋼電纜，銅編網(wǎng)電纜優(yōu)于鋁鎂合金電纜。

目前地球站常用的長距離傳輸同軸電纜多為75-7型“雙絕緣雙屏蔽”抗干擾同軸電纜。同軸電纜越細(xì)，傳輸距離越短，根據(jù)不同的使用環(huán)境、具體用途、發(fā)送功率、傳輸速率、接收信號質(zhì)量要求等，傳輸距離不同。

銅質(zhì)同軸電纜傳輸，鏈路中設(shè)備環(huán)節(jié)少，不需要電源，無供電需求，故障點少，傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，但是電纜傳輸距離短，對信號衰耗大，信號指標(biāo)在一定傳輸距離后會有所下降，距離越長，影響越大。

3 光纖的傳輸特性

光纖傳輸即以光導(dǎo)纖維為介質(zhì)進(jìn)行的數(shù)據(jù)、信號傳輸。光纖光纜傳輸介質(zhì)，與銅質(zhì)介質(zhì)相比，光纖無論是在安全性、可靠性還是網(wǎng)絡(luò)性能方面都有了很大的提高。光纖傳輸?shù)膸挻蟠蟪鲢~質(zhì)線纜，最大連接距離也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出銅質(zhì)線纜。光纖傳輸一般使用光纜進(jìn)行，利用光波作載波，損耗極低，在光波長為1.55μm附近，石英光纖損耗可低于0.2dB/km，傳輸帶寬，傳輸距離長，抗干擾性高，衰耗小，無中繼傳輸距離可達(dá)幾十甚至上百公里。

光纖光纜作為網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，還需增加光端收發(fā)器等設(shè)備，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量和傳輸距離需求，選擇性能最適合，性價比高的光端收發(fā)器。

光纖光纜傳輸，質(zhì)地脆、機(jī)械強度差，鏈路中傳輸設(shè)備多，需要電源，增加了供電需求，故障點多，但是光纖具有長距離傳輸優(yōu)勢，傳輸頻帶寬，傳輸容量大，傳輸損耗低，抗電磁干擾強，信道串?dāng)_小，安全保密性高，可以通過選擇不同的光收發(fā)機(jī)，實現(xiàn)短、中、遠(yuǎn)不同距離的傳輸，且信號傳輸質(zhì)量不會有明顯下降，保障了傳輸信號指標(biāo)的可用性。

4 引接保護(hù)傳輸鏈路的設(shè)計與應(yīng)用

根據(jù)銅質(zhì)同軸電纜和光纖的傳輸特性可以設(shè)計一個兼顧兩者傳輸所有優(yōu)點的引接保護(hù)傳輸鏈路。引接保護(hù)傳輸鏈路的搭建，首先為選擇適合地球站傳輸使用的光纖傳輸設(shè)備，它既要滿足信號傳輸性能要求，且性價比還要高；其次為設(shè)計光纖保護(hù)傳輸鏈路，它既要實現(xiàn)光纖環(huán)路傳輸，自由切換保護(hù)，保障傳輸可靠性，還要盡可能節(jié)約成本，減少設(shè)備安裝空間；第三為引接保護(hù)傳輸鏈路的設(shè)計與應(yīng)用，同軸電纜采用地球站常用的高質(zhì)量75-7線纜，光纖采用保護(hù)傳輸鏈路方式，實現(xiàn)了同軸電纜傳輸和光纖傳輸?shù)挠行诤?，進(jìn)一步增強了信號傳輸可靠性和穩(wěn)定性，為地球站傳輸發(fā)射安全提供了可靠保障。

4.1 光纖傳輸設(shè)備的選擇

信號傳輸路徑選擇標(biāo)準(zhǔn)要考慮信道的匹配性、損耗性和傳輸長度等條件，根據(jù)實際情況選擇合適的材料，根據(jù)傳輸需要和實際路徑考慮信道取舍，選擇一種或多種傳輸方式混合傳輸?shù)姆椒▊鬏斝盘?，從而達(dá)到設(shè)計需求，滿足設(shè)計傳輸路徑的性能指標(biāo)。

根據(jù)地球站使用環(huán)境要求、工作特性和傳輸保障要求，F(xiàn)OXCOM公司出產(chǎn)的光端機(jī)符合目前工作的使用需求，現(xiàn)以FOXCOM光收發(fā)機(jī)為例進(jìn)行光纖保護(hù)傳輸鏈路的設(shè)計。

FOXCOM光傳輸設(shè)備可匹配安裝多種型號的發(fā)送和接收模塊，適應(yīng)多頻段信號傳輸需求。其在接收端可安裝切換模塊，實現(xiàn)主備傳輸流自動、手動保護(hù)切換的作用。選用的光纖尾纖為UPD型號，其具有傳輸效率高、損耗小、傳輸穩(wěn)定等優(yōu)點。

4.2 光纖保護(hù)傳輸鏈路設(shè)計

以色列FOXCOM公司Sat-Light系列10-200MHz（IF）中頻信號光纖傳輸系統(tǒng)，是將來自各類數(shù)字變頻器的中頻信號轉(zhuǎn)換為光信號進(jìn)行各種距離的無損傳輸，Sat-Light系列IF中頻光端機(jī)具有10～200MHz帶寬平坦頻響特征，可直接傳送70或140MHz的QPSK或數(shù)字中頻調(diào)制信號。有多款規(guī)格可滿足各種應(yīng)用場合的需求，光纖連接簡單且性能較好，信號傳輸質(zhì)量高，7380型適用于短距離傳輸，適用于地球站使用需求。

7410F系列是短距離的L波段衛(wèi)星信號光纖傳輸系統(tǒng)，信號的發(fā)送和接收采用一根單模光纖完成，傳輸距離2公里，光波長為1310nm，具有優(yōu)良的技術(shù)特征和完美的信號質(zhì)量。7410F采用的是發(fā)送端為AGC自動增益控制，接收端為MGC手動增益控制。

根據(jù)FOXCOM公司各個模塊性能和地球站實際需求，選擇使用7380T模塊發(fā)射中頻信號，使用7380R接收中頻信號，為確保傳輸信號可靠，采用環(huán)路設(shè)計，通過2040模塊在接收端進(jìn)行優(yōu)質(zhì)信號選擇，實現(xiàn)光纖中頻信號的可靠傳輸；選擇使用7410F-T模塊發(fā)射L波段下行信號，使用7410F-R模塊接收L波段下行信號，采用環(huán)路設(shè)計，將兩路光纖傳輸?shù)腖波段下行信號接入L波段二選一切換開關(guān)，選擇一路優(yōu)質(zhì)信號輸出，實現(xiàn)光纖L波段信號可靠傳輸。詳細(xì)光纖保護(hù)傳輸鏈路，如圖1所示。

圖1 光纖保護(hù)傳輸鏈路圖

傳輸機(jī)房和功放室分別只有一臺FOXCOM光收發(fā)端機(jī)，多模塊同時在線使用，實現(xiàn)同一個光收發(fā)端機(jī)分別接收和發(fā)射不同頻段的信號且互不影響，減少了設(shè)備使用空間，降低了成本，且整個FOXCOM光收發(fā)端機(jī)采用雙電源供電，每路電來自不同的UPS，確保設(shè)備供電不間斷。

4.3 地球站引接保護(hù)傳輸鏈路設(shè)計與應(yīng)用

地球站實際使用中，根據(jù)上下行系統(tǒng)傳輸信號的不同，把保護(hù)鏈路分成兩部分進(jìn)行搭建，一部分為上行鏈路部分，另一部分為下行接收鏈路部分，兩部分各自獨立實現(xiàn)自己的傳輸特定信號的功能。

上行鏈路部分采用同軸電纜傳輸和光纖傳輸相結(jié)合的設(shè)計。將傳輸機(jī)房經(jīng)過功分器分配好的中頻（70MHz）上行激勵信號分別通過同軸電纜和光纖保護(hù)傳輸鏈路傳送至功放室，再在功放室端，將兩路信號同時輸入中頻切換開關(guān)，選擇指標(biāo)性能高、傳輸穩(wěn)定可靠地作為輸出信號源，供變頻、放大上行使用。

實際使用中根據(jù)使用環(huán)境不同、線纜性能指標(biāo)不同、接收指標(biāo)要求不同等條件，在距離超過100米的情況下，就要考慮使用光纖作為信號主要傳輸方式了。地球站上行系統(tǒng)引接保護(hù)傳輸鏈路，如圖2所示。

圖2 地球站上行系統(tǒng)引接保護(hù)傳輸鏈路圖

下行鏈路部分也采用同軸電纜傳輸和光纖傳輸相結(jié)合的設(shè)計。將功放室接收自天線LNB的下行L波段信號，經(jīng)過功分器分配好后分別通過同軸電纜和光纖保護(hù)傳輸鏈路傳送至傳輸機(jī)房，再在傳輸機(jī)房端，將兩路信號同時輸入L波段中頻切換開關(guān)，選擇指標(biāo)性能高、傳輸穩(wěn)定可靠地作為輸出信號源，供監(jiān)測、監(jiān)看使用。

實際使用中，此下行L波段信號多為大口徑天線接收，信號強度較大，只要不是超長傳輸距離，同軸電纜就能滿足下行信號使用要求，或者采用單路光纖傳輸鏈路與同軸電纜互為備份的方式也能滿足一般要求。在下行信號可靠性、穩(wěn)定性要求較高的情況下，采用下行系統(tǒng)引接保護(hù)傳輸鏈路就很有必要了。詳細(xì)地球站下行系統(tǒng)引接保護(hù)傳輸鏈路，如圖3所示。

圖3 地球站下行系統(tǒng)引接保護(hù)傳輸鏈路圖

結(jié)束語

地球站是對信號質(zhì)量要求很高的單位，所以在地球站設(shè)計使用中，根據(jù)信號傳輸距離不同，使用環(huán)境不同，要充分考慮信號傳輸質(zhì)量、穩(wěn)定性和可靠性問題。地球站在信號遠(yuǎn)距離傳輸?shù)那闆r下，使用引接保護(hù)傳輸鏈路的方式是比較穩(wěn)妥和必要的。引接保護(hù)傳輸鏈路融合了同軸電纜和光纖傳輸?shù)姆绞?，互相彌補不足，取長補短，通過信號選擇切換開關(guān)，選擇運行穩(wěn)定，指標(biāo)好的作為日常使用，另一路可作為熱備份在線使用，有效的保障了傳輸發(fā)射信號安全。