C頻段衛星通信系統傳輸性能不穩定故障分析和排除一例

+ 黃治乾 方 威 （61936部隊）

C頻段衛星通信系統傳輸性能不穩定故障分析和排除一例

+ 黃治乾 方 威 （61936部隊）

針對一例C頻段衛星通信系統運行中存在的傳輸性能不穩定問題，在簡要介紹該衛星通信系統網絡組織及信號處理、傳輸原理的基礎上，分析故障成因，診斷排除故障。在衛星通信設備安裝調試中，應當在對數據處理、編碼、調制做好理論分析的基礎上設置設備參數，并通過測量分析頻譜進行驗證，充分利用頻譜資源的同時避免干擾，提高通信的可靠性。

衛星通信系統 頻譜分配 電磁干擾

引言

C頻段衛星通信系統廣泛應用于氣象信息通信系統，筆者在設備維護工作中遇到某C頻段衛星通信系統存在傳輸性能不穩定問題，表現為經常出現信道信噪比低，誤碼率高，FTP傳輸速率降低，甚至多次導致通信中斷。為便于分析問題，本文先簡要介紹該衛星通信系統的網絡組織及信號處理、傳輸原理。在此基礎上，分析故障成因，診斷排除故障。

1 網絡組織

該該衛星通信系統網絡組織如圖1所示。A中心地球站和B地球站之間，A中心地球站和C地球站之間，都是通過C頻段小型衛星通信地球站經通信衛星中繼構成點對點雙向數據通道。依托這兩條雙向數據通道，構建一個以A為中心，連接B、C兩地的廣域IP數據網絡，用于互聯三地的3個局域網。

表1.四路信號中頻分配和數據數率設置

2 信號處理傳輸

首先介紹B地球站至A中心地球站數據傳送過程中信號的處理、傳輸原理。在B地球站，發送數據經邊界路由器以V.35基帶數據信號傳輸至調制解調器。在調制解調器的幀處理和信道編譯碼單元做“成幀→RS編碼→交織→擾碼→差分編碼→卷積編碼”處理，在調制單元做QPSK調制，成為78.25MHz載頻的中頻調制信號[1]。該中頻調制信號經同軸電纜傳輸至室外ODU，上變頻至第476號上行射頻信道，即6400MHz射頻信道[2]。再經C頻段衛星通信天線發射至衛星。經衛星中繼，以第476號下行射頻信道，即4175MHz射頻信道發送至A中心地球站衛星通信天線。在A中心衛星通信地球站，再由相對應的設備做“下變頻→QPSK解調→解卷積→差分解碼→解擾→解交織→RS解碼→解幀”處理[1]，還原成V.35基帶數據信號傳輸給邊界路由器進入目的網絡。A中心地球站發往B地球站的數據，C地球站發往A中心地球站的數據，A中心地球站發往C地球站的數據，傳送過程中的信號處理、傳輸原理與上述原理相同。

三個衛星通信地球站均使用6400MHz射頻載波發射，使用4175MHz射頻載波接收[2]。雖使用相同的射頻信道和變頻技術，但各信號分配不同的中頻載波頻率，因此只要頻譜分配合理，各信號在中頻頻域無頻譜重疊，經上變頻實現頻譜搬移后，射頻頻域頻譜也不重疊，各信號互不干擾，可正常通信[3]。三個衛星通信地球站四路信號原先的中頻分配和數據速率設置如表1所示。

3 傳輸性能不穩定故障分析

系統運行期間，大多數時間能正常通信，但經常出現信道信噪比低，誤碼率高，FTP速率降低問題。出問題的時間段以下午和上半夜居多，下半夜和上午傳輸性能稍好。C地球站長期接收信號信噪比低，誤碼率高，經常出現通信中斷現象。

檢查系統的調制及成幀設置[4]，發送數據處理流程〈參數設置〉為：成幀類型〈透明傳輸〉→RS編碼〈OFF〉→交織〈深度8〉→擾碼〈ON〉→差分編碼〈ON〉→卷積編碼〈3/4VIT〉→中頻調制〈QPSK〉。其中，卷積編碼每3比特數據插入1比特監督位，提高了數據速率[5]，QPSK調制通過串/并變換降低了實際被調制基帶信號的碼元速率，提高了頻帶利用率[5][6]。若發送數據速率為，則的在調制解調器的調制單元經串/并變換后被調制基帶信號的碼率

設相鄰兩個中頻調制信號載頻較高信號載頻為1cf，數據速率為1bf，載頻較低信號載頻為2cf，數據速率為2bf，在頻域內相鄰兩中頻調制信號間隔為

三個地球站間各路數據三種典型數據速率、QPSK中頻調制信號帶寬、頻譜重疊寬度如表2所示。

可見，原先的頻譜分配和數據速率設置方案，相鄰的兩路中頻調制信號均存在頻譜重疊，導致相互干擾。由于QPSK中頻調制信號的頻譜在邊緣功率分布相對較小，在外界干擾較小的情況下，系統仍可以正常通信。但當外界干擾加大，由于已存在中頻調制信號間的相互干擾，系統傳輸性能將更易變差。

表2中也給出了將B地球站發往A中心地球站、C地球站發往A中心地球站數據速率降至2048kbps的計算結果，各中頻調制信號間具有468kHz間隙。理論計算可得，如果通過同步降低B地球站至A中心地球站、C地球站至A中心地球站的發送數據速率來避免相鄰中頻調制信號間的頻譜重疊導致的干擾，中頻調制信號間頻譜不重疊允許的最高發送數據速率為2750kbps。

表2.四路QPSK中頻調制信號帶寬計算

圖2 中頻頻譜測量結果

使用頻譜儀對通信所用的中頻頻段測量結果如圖2所示。“◇”（peak標記）標示的信號為A中心地球站至C地球站的70.75MHz中頻調制信號，其右側依次為73.25MHz、75.75MHz、78.25MHz中頻調制信號。測量結果表明，四個中頻調制信號間的確存在頻譜重疊導致的干擾，A中心地球站至C地球站的中頻調制信號還受到其左側某單位較強中頻調制信號的干擾。A中心地球站發現，提高發往C地球站的中頻信號電平不能明顯改善C地球站接收信號的信噪比，反而降低A中心地球站自己接收C地球站信號的信噪比；降低發往C地球站的中頻調制信號電平能提高接收C地球站信號的信噪比。圖2所示綠色peak標記的A中心地球站至C地球站的中頻調制信號已被A中心地球站管理員調低。這一現象也進一步說明了這兩個中頻調制信號間存在干擾圖3(a)(b)分別為將B地球站發往A中心地球站數據速率降至3000kbps和2048kbps的測量結果。(a)中A中心地球站發往B地球站和B地球站發往A中心地球站的兩個中頻調制信號頻譜間還存在重疊，但已明顯減小；(b)中A中心地球站發往B地球站和B地球站發往A中心地球站的兩個中頻調制信號頻譜間已出現間隙。

為觀察左側某單位較強中頻調制信號的干擾情況，將A中心地球站發往C地球站的中頻載波頻率調至80.75MHz空閑頻段處，測量結果如圖4所示。左側某單位較強中頻調制信號與C地球站發往A中心地球站的中頻調制信號間存在頻譜重疊，顯然會壓制原先處于兩者之間的A中心地球站發往B地球站的中頻調制信號。

圖3 降低B地球站發送數據速率測量結果

4 故障排除方法

針對以上理論分析和實際測試中發現的問題，為解決該衛星通信系統傳輸性能不穩定問題，可以從以下幾方面采取相應措施。

(1)避開臨近某單位的干擾

與衛星通信頻譜管理單位協調，要求更改頻譜分配：可將左側某單位中頻調制信號頻譜上限降低1.75MHZ，輸出功率適當降低；或將ABC三個地球站四個中頻調制信號占用頻譜整體右移1.75MHz；或將A中心地球站發往B地球站的中頻調制信號移至80.75MHz空閑頻段處。

圖5 調整載頻及數據速率后測量

圖6 繼續調整電平后測量

(2)避免ABC三個地球站四個中頻調制信號相互干擾

適當降低四個中頻調制信號所調制的基帶數據數率。如保持A中心地球站發往B和C地球站的數據速率為1000kbps，B和C發往A中心的數據速率降為2750kbps；為保持足夠的頻譜間隙，也可使用小于2750kbps的某一速率，如2048kbps。

通過協調，采取了如下方案：將A中心地球站發C地球站的中頻調制信號移至80.75MHz，將B地球站發A中心地球站、C地球站發A中心地球站的數據速率降至2048kbps，A中心地球站和C地球站之間通信恢復。圖5為調整中頻載波頻率和數據速率后的頻譜測量結果。但是，查詢C地球站調制解調器解調狀態[4]，C地球站接收到的信號還較弱，誤碼率處于至水平，這可能是由于A中心地球站發往C地球站的輸出電平還較低。

因將A中心地球站發往C地球站中頻輸出功率調高2dB后，三個站的監測到的誤碼率均小于，頻譜測量結果如圖6所示。

5 結語

通過重新調整數據信號的頻譜分配、數據速率及輸出功率增益，該衛星通信系統通信誤碼率已降至理想水平。觀察近兩年的運行情況，除受少數幾次極端暴雨、大雪天氣影響出現過接收信號弱，誤碼率升高現象，其它時間均穩定運行。在衛星通信設備安裝調試中，應當在對數據處理、編碼、調制做好理論分析的基礎上設置設備參數，并通過測量分析頻譜進行驗證，充分利用頻譜資源的同時避免干擾，提高通信的可靠性。

[1] 中國電子科技集團公司第五十四研究.MCPC調制解調器技術說明書[M].2002,8：4-12.

[2] AnaCom Inc.C-Band Transceiver Operating Manual Rev 09[M].1995,1,Section 4：2-5.

[3] 王麗娜等.衛星通信系統[M].國防工業出版社，2006,5：95-107.

[4] 中國電子科技集團公司第五十四研究所.MCPC調制解調器使用手冊[M].2004,5：36-39.

[5] 樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].國防工業出版社，2009,2：349，217.

[6] 沈振元等.通信系統原理[M].西安電子科技大學出版社,2002,7：249.

黃治乾，男，1979年2月生，61936部隊工程師，獲通信系統工程專業碩士學位，主要從事通信裝設備管理及維修工作。