衛星地球站業務演練系統模擬故障分析

徐明月

在廣播電視的傳輸發射工作中，衛星地球站擔負著將節目信號發送到衛星，使其覆蓋到全國乃至全世界的每一個家庭的神圣使命。安全傳輸發射工作對于衛星地球站來說至關重要，傳統的工作培訓采用授課模式和問答模式，然而這些模式只能讓一線工作人員儲備更為豐富的業務理論知識，對提高處理播出異態的應急處置水平的效果并不十分顯著。建立了業務演練系統后，值班員通過與工作環境完全一致的演練系統直面真實異態，可以迅速進入狀態，綜合判斷，處理故障，值班員的工作能力得到了有效提升。

1 業務演練系統可以模擬的故障

業務演練系統由五個子系統組成，分別是模擬主播子系統，模擬備播子系統，模擬網絡控制子系統，模擬監測子系統以及模擬業務仿真演練子系統。業務演練系統可以實現多種多樣的異態模擬，在地球站日常工作中，對安全播出構成威脅的常見異態分別是衛星轉發器受到干擾導致的異態、節目源故障導致的異態、設備故障導致的異態，下面介紹演練系統如何實現對這些異態的模擬，從而實現對一線技術人員進行培訓、演練的功能。

1.1 干擾信號的模擬

阻塞式干擾和插播式干擾是衛星廣播電視通信領域人為惡意干擾的主要形式。阻塞式干擾會導致接收黑場，插播式干擾會令接收電視直接接收到非法信號。

干擾方通過大功率干擾信號對我方衛星轉發器的某一路電視載波進行的惡意干擾稱為阻塞式干擾，頻譜表現形式通常為一個單載波疊加在正常信號上。阻塞式干擾會使信號質量嚴重下降，誤碼率升高，造成載波信噪比Eb/N0低于接收機的解調門限，讓下行接收的監看點出現黑場。當干擾信號功率足夠高到強占了轉發器的功率，將轉發器推向功放的非線性區甚至飽和區，就會令該轉發器上的所有載波受到干擾進而出現黑場現象。阻塞式干擾信號通常不攜帶伴音、圖像信號，不會讓下行監看出現非法畫面。

阻塞式干擾的模擬通過模擬干擾單元來實現。將模擬干擾單元輸出載波模式設置為單載波，開啟模擬干擾信號，適當調整模擬干擾設備的衰減即提升干擾信號的功率，使模擬正常上行的節目載波信號信噪比低于接收機的解調門限值，下行接收監看黑場。

插播式干擾利用“功率掠奪”來插播非法信號，使下行接收端出現非法畫面。插播式干擾使用調制波，其調制波攜帶一定的伴音、圖像內容。

干擾方發射一個調制波信號，這個調制波信號與正常上行節目參數相同，然而攜帶的內容碼流是非法信號，當這個非法信號的功率高于正常上行信號功率一定值甚至可以露出非法信號的時候，正常上行節目載波被淹沒在噪聲中，載噪比會恢復正常，誤碼率告警就會消失，此時接收機會鎖定到非法信號上解出非法圖像、聲音，也就是干擾信號已經高于接收機解調門限值，于是下行接收會接收到非法信號。

插播式干擾的模擬，通過模擬干擾模塊來實現。引入一路與模擬正常上行的節目源不同的節目作為模擬非法節目，將模擬干擾設備的衰減置為最大功率上行，其功率壓制模擬正常節目功率實現了插播式干擾的模擬。

1.2 節目源故障的模擬

在地球站的工作系統，節目源作為最前端的傳輸起點，一旦中斷會直接造成傳輸信號中斷，無法實現信號的上行，產生播出事故。節目源分一主一備，主要作用就是保障當主路節目源中斷時，備路節目源能立即切換代替主路節目源。當主路節目源中斷時，主路節目源監看點、調制器中頻輸出監看點、下行監看點均會中斷，因為在地球站的鏈路系統中所有一主一備的設備均默認為主路輸出。當備路節目源中斷時，僅本路節目源監看點會中斷。若主、備節目源均中斷，則主路節目源監看點、備路節目源監看點、調制器中頻輸出監看點、下行監看點均中斷。日常工作中，會遇到節目源中斷或閃斷的現象。

要模擬節目源中斷，則需中斷節目源的輸入信號。演練系統的主備路節目源均引自地球站某一套節目的監看，則應斷開該套節目通過功分器分給演練系統的那一路信號輸入，即可成功實現節目源的中斷。

1.3 設備故障的模擬

設備故障主要是指上行鏈路上的重要設備，播出環節的設備一旦產生故障其后果影響是非常嚴重的。常見的故障點是碼流保護切換開關、上變頻器和高功率放大器。

碼流保護開關的正常運行保證了節目源信號的正常穩定，它主要對輸入的主備信號源進行實時監測，當主路信號出現異態時，能夠零秒切換至備路輸出。碼流保護切換開關可能發生的故障是無輸出信號，即沒有輸出信號給調制器，導致調制器無輸入。此時，需要斷開碼流保護切換開關的主路節目源、備路節目源的輸入，令其無輸出。在監看點的具體表現為調制器中頻輸出監看點中斷、下行監看點中斷，實現對故障的模擬。

上變頻器是上行鏈路中的重要設備，根據上變頻器屬性和實際工作經驗總結，上變頻器故障分為兩種。第一種是通訊故障，即主用上變頻器與網控系統突然失聯，無法通過網控系統對主用上變頻器進行狀態查詢以及任何操作。通訊故障的實現需要中斷上變頻器與網控系統通信的串口服務器的信息傳輸。通訊故障對節目監看沒有影響，因為上行通路依然正常工作，只是用以控制設備的網控系統與其聯絡不上，此時模擬網控系統操作界面上會發出聲、光告警。上變頻器第二種故障是工作人員通過網控系統對上變頻器下達射頻開啟的指令時，上變頻器故障沒有執行射頻開啟命令，也沒有切備機，或備用上變頻器也發生故障，沒有輸出信號，導致上行信號中斷，載波跌落。這種故障通過給主用上變頻器和備用上變頻器同時斷電來實現。

在地球站上行系統中，高功率放大器的作用是傳輸射頻信號。高功率放大器的常見故障主要分兩種：一種是主用高功率放大器通信告警，即與網控系統失聯；另一種是失去上行能力，無法輸出信號，導致節目載波跌落。

高功率放大器通信告警故障通過切斷高功率放大器與網控系統通信的線路來實現。通訊告警不會對電視墻的監看造成任何影響，因為此時高功率放大器還在正常工作，上行鏈路依然正常，只是高功率放大器與網控系統的數據傳輸出了故障，此時網控系統會發出聲、光告警。

高功率放大器失去上行能力故障需要對高功率放大器進行射頻禁止操作。首先將高功率放大器的控制模式改為手動，然后執行射頻禁止命令。此時，電視墻監看上的下行大天線監看、下行小天線監看均中斷。

在地球站日常工作中，一線工作人員通過網控系統進行諸多操作，如設備狀態的查看、對設備的遠程操作等等，網控系統一旦出現故障，就意味著工作人員只能到設備本地去執行操作，十分不便，同時也大大增加了操作時間，對以秒計的安全播出構成了影響，而且本地操作的話誤操作風險巨大，一旦操作失誤，其后果不堪設想。網控系統最常見的異態是通信故障，表現為無法在瀏覽器界面上對設備發出指令。此異態實現的方法有兩種：一種是直接將網控通訊設備斷電，另一種是斷開網控通訊設備LAN口輸出網線，直接切斷通訊。

2 結語

衛星地球站業務演練系統目前可以模擬的異態故障有干擾信號、節目源故障和設備故障，從設備配備到鏈路組建完全仿真了衛星地球站的技術系統，演練系統讓一線工作人員的應急處置能力得到了有效提升，傳輸發射業務的培訓工作不再只是紙上談兵。

[1]孫寧.衛星地球站設備模擬操作平臺的設計與實現[J].中國有線電視,2010(11).

[2]張斌,桑波.仿真模擬業務演練平臺設計與實現[J].廣播電視信息,2014(9).