淺談民用航空基礎(chǔ)建設(shè)中ku波段衛(wèi)星信道集成

淺談民用航空基礎(chǔ)建設(shè)中ku波段衛(wèi)星信道集成

近年來，隨著國家對民用航空基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資逐年增加，管道通信保障設(shè)備的投資也在增加?！笆濉薄ⅰ笆晃濉币?guī)劃中引進了很多新技術(shù)、新設(shè)施。其中,KU波段衛(wèi)星通信網(wǎng)的建設(shè)就是其中之一。從2006年到2009年,民航KU波段衛(wèi)星通信網(wǎng)已經(jīng)建成了93個站,近200個節(jié)點,基本覆蓋了全國的各大中小機場。下面,就結(jié)合實際工作經(jīng)驗,談一下長春龍嘉國際機場KU波段衛(wèi)星地面站的建設(shè)過程。1c譜信號接口民航現(xiàn)使用的是C波段衛(wèi)星通信網(wǎng)。鑫諾一號衛(wèi)星C8B轉(zhuǎn)發(fā)器頻率資源(36MHz帶寬)經(jīng)過兩次擴容后,使用容量亦趨于飽和。C波段衛(wèi)星通信網(wǎng)的接口較為單一,系統(tǒng)只能提供RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口,已不能滿足多種業(yè)務(wù)接入的需求。同時系統(tǒng)信道傳輸速率只能提供64Kbps以下的數(shù)據(jù)傳輸,已無法完全滿足民航通信業(yè)務(wù)量日益增長的需要。KU波段衛(wèi)星通信網(wǎng)較比C波段衛(wèi)星通信網(wǎng)具有天線尺寸小、波束窄、通信更加精確、傳輸速率更快、接入業(yè)務(wù)更多種、抗地面干擾性好等優(yōu)點。2網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)民航系統(tǒng)采用的這套KU波段衛(wèi)星通信網(wǎng)系統(tǒng)是加拿大波拉塞特(Polarsat)公司的產(chǎn)品。采取國際標(biāo)準(zhǔn)化原則,支持具備國際標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和接口類型的設(shè)備的接入,秉承經(jīng)濟化、可靠性原則,具備升級擴展能力,操作系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,設(shè)備設(shè)計高度集成一體化。具體承載業(yè)務(wù)如下:2.1為民航通信網(wǎng)絡(luò)交換層提供傳輸電路;2.2為ATM網(wǎng)提供應(yīng)急備用中繼電路;2.3為雷達廣播、甚高頻遙控臺等提供業(yè)務(wù)信道;2.4為轉(zhuǎn)報業(yè)務(wù)提供應(yīng)急備用中繼電路2.5可實現(xiàn)視頻會議功能;3控制律設(shè)計特點3.1采用亞洲四號地球同步衛(wèi)星K8V轉(zhuǎn)發(fā)器,帶寬54M。衛(wèi)星經(jīng)度為東經(jīng)122.2度。3.2拓撲結(jié)構(gòu):全網(wǎng)狀3.3技術(shù)體制:FHOP/TDMA3.4調(diào)制方式:BPSK/QPSK3.5編碼方式:維特比編碼/瑞德所羅門編碼3.6FEC方式:1/23/47/83.7傳輸方式:透明電路3.8支持協(xié)議:FRATMTCP/IP4統(tǒng)一并運行的網(wǎng)絡(luò)方案民航Ku網(wǎng)采用TDMA多址方式工作。TD-MA是指各個地球站以時分多址復(fù)用方式共享一個或多個載波;采用極短暫、高速的突發(fā);每個頻率在某一時刻只能被一個地球站所使用。為了最大化的達到網(wǎng)絡(luò)使用率,網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者將所有的展位為三個組:G0、G1、G2,長春所屬的東北地區(qū)遠端站歸屬于G1組。如圖1所示:5ku段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵由來5.1地球站的可尋址點衛(wèi)星通信網(wǎng)中的一個安裝了TDMA終端的可尋址的點,即一個地球站。一個機場可以安裝多個節(jié)點。比如長春地面站具有兩個節(jié)點,分別為103,104。5.2時鐘依賴站為網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點提供時鐘參考的節(jié)點。目前網(wǎng)控主站北京0號站為主時鐘參考站。5.3第二時鐘參考站主時鐘參考站的備用站。當(dāng)主時鐘參考站發(fā)生故障時,將自動接替主時鐘參考站提供時鐘參考。上海為備用站。5.4網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商安裝在某個節(jié)點(關(guān)口站)上的用于對整個網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)控的工作站。目前為北京站為網(wǎng)管主站,上海站為網(wǎng)管備用站。5.5地球站包含天線、RF設(shè)備、VSAT+Ⅱ終端和用戶設(shè)備的地點。分布于全國各機場。6ku段衛(wèi)星管網(wǎng)長春遠端站的硬件組成和功能長春站作為整個民航KU波段衛(wèi)星通信網(wǎng)的其中一個組成部分,是23個二類站之一,下面是二類站的典型配置(如圖2)。6.1產(chǎn)品接口卡設(shè)備at長春作為二類站,一共是兩個機箱,分別稱為VSAT+Ⅱ(編號為103站)和VSAT+Ⅱe(編號為104站)。VSAT+Ⅱ俗稱為小機箱,接口卡為橫向插入機箱,最多能插入三塊用戶接口卡。VSAT+Ⅱe俗稱為大機箱,最多能插入10塊用戶接口卡。6.1.1室內(nèi)接口板的類型和數(shù)量幀中繼板1塊;E1板1塊可提供30路話音;數(shù)據(jù)板1塊提供2路數(shù)據(jù)傳輸;話音板1塊提供4路話音傳輸。6.1.2發(fā)射突發(fā)設(shè)備a.Modem板也稱為Modem/Controller板,是整個VSAT+Ⅱ的心臟。主要作用:信號的調(diào)制解調(diào);b.幀中繼板工作原理:幀中繼是數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議,屬于分組交換而非電路交換。采用虛電路的技術(shù),即邏輯連接而非物理連接,從而大大提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率。每個站的數(shù)據(jù)終端按各自的定義將數(shù)據(jù)包發(fā)至VSAT+Ⅱ的幀中繼板端口,FR板按照到達的時間順序處理這些數(shù)據(jù)包,重新拆分后作為突發(fā)的數(shù)據(jù),根據(jù)電路和圖的定義,經(jīng)FEC/RS交織后組成發(fā)射突發(fā),當(dāng)所定義的時間到來的時候發(fā)射出去。每站只有一塊幀中繼接口卡,只能安裝在1號槽位中,數(shù)據(jù)傳輸均通過其來完成。幀中繼接口卡通過一根特制的扁平電纜在前面連接到Modem板上,可以熱插拔。c.數(shù)據(jù)板共有兩種:一種是標(biāo)準(zhǔn)速率數(shù)據(jù)板,速率最高為512Kbps;一種是高速數(shù)據(jù)板,最高速率可達1536Kbps,兩種板卡在外觀上完全相同,高速速率數(shù)據(jù)板全兼容標(biāo)準(zhǔn)速率數(shù)據(jù)板。主要特征:具有27種數(shù)據(jù)速率,數(shù)據(jù)速率自適應(yīng),無需硬件或者跳線改動。支持多種物理接口:RS-232,RS-449,V.35,通過子卡不同來決定物理接口。E1板:支持多達30路的話音或數(shù)據(jù)服務(wù),支持預(yù)分配(PA)數(shù)據(jù)服務(wù),實際工作中主要應(yīng)用于ATM的數(shù)據(jù)傳輸。d.話音板:支持64KPCM,32K/24K/16KADPCM,9.6K/4.8KCELP和8KCELP,內(nèi)置回聲抑制器,獨立信道工作,采用RJ45/RJ11接口方式。e.DLM板:DLM是DataLineMultiplexer數(shù)據(jù)線路復(fù)用器的縮寫。DLM的推出是為了解決數(shù)據(jù)應(yīng)用中多路數(shù)據(jù)的情況。比如一個站的VSAT機箱中沒有更多的槽位了,但是還需要數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?那么就可以采用DLM板,DLM板的數(shù)據(jù)速率不能大于64Kbps。一個DLM板支持多達30路的數(shù)據(jù)以及具備多種數(shù)據(jù)接口。除DLM板外有專門的DLM擴展機箱。6.2室外設(shè)備包括KST2000A變頻器、40WHPA固態(tài)功放SSPA,3.7米天線,室內(nèi)外設(shè)備連接電纜。7地?zé)o線電管理委員會認可建站選址前需要通過電磁環(huán)境測試,并由當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理委員會認可。地面站室內(nèi)的機房環(huán)境要求具備標(biāo)準(zhǔn)通信設(shè)備機房的要求,提供UPS220V供電,良好的保護地和工作地。7.1變壓器的安裝長春機場的KU波段衛(wèi)星遠端站為中電54所的3.7米口徑環(huán)焦天線,天線體由廠家預(yù)先固定,確認安裝無誤以及避雷裝置完好。變頻器和固態(tài)功放是室外單元最主要的兩個部分。將其分別固定在天線支架上,安裝的位置注意不要影響天線角度調(diào)整,并便于收發(fā)電纜的連接,并且盡量安置在日照較少的陰面。安裝牢固后檢查是否正確接地以及電源線是否正確連接;然后進行收發(fā)通信電纜的連接;包括IF中頻電纜和RF射頻電纜、要確保所有電纜頭對正扭緊。安裝連接確認無誤后,所有的外部接頭用3M防水膠帶進行密封保護。7.2天線主瓣參數(shù)設(shè)計將各種板卡按照安裝說明書插入到機箱各槽內(nèi)。電源線及各類信號線連接完成畢并確認準(zhǔn)確無誤后,系統(tǒng)加電,顯示正常后,報北京主網(wǎng)控中心,申請進行入網(wǎng)調(diào)試。入網(wǎng)調(diào)試主要包括天線對星、調(diào)極化和射頻電平功率調(diào)整。調(diào)整天線指向使其對準(zhǔn)亞洲四號衛(wèi)星,東經(jīng)122.2度,確保是天線主瓣對準(zhǔn)衛(wèi)星。根據(jù)計算值確定天線的俯仰角后,在方位角的計算至附近來回搖動天線,依照頻譜儀的信標(biāo)(12253MHz)電平變化選擇合適的方位角。在最佳的位置鎖定方位角和俯仰角。然后調(diào)整天線的極化角,保證天線對所用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器有較高的發(fā)送和接收極化隔離度。最后是調(diào)整上行載波功率,避免載波占用過多的轉(zhuǎn)發(fā)器功率,同時確保載波能被正常的接收。在網(wǎng)控中心給定的測試頻率上發(fā)送穩(wěn)定的未調(diào)制的單載波信號(CW),根據(jù)衛(wèi)星測控站的要求調(diào)整發(fā)射功率,使輸出功率保證測控站接收的信號達到40dB動態(tài)范圍。確認板卡指示燈狀態(tài)顯示無誤及網(wǎng)控站所配置的參數(shù)準(zhǔn)確無誤后,啟用自動功率控制(ULPC)功能。調(diào)試入網(wǎng)成功后,可以根據(jù)用戶也用的使用類型進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。8排查故障部位8.1日常維護主要指開關(guān)機以及板卡、機箱的復(fù)位。8.2如果出現(xiàn)掉網(wǎng)的情況,根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控軟件nodeview進行排查,判斷是哪一個入網(wǎng)步驟出現(xiàn)了問題,再重新配置。8.3中頻自環(huán)是判斷故障部位的最直接排查方式。如果中頻自環(huán)未通過,可以確認為Modem板故障,如果中頻自環(huán)通過,可以確認室內(nèi)部分正常,問題在中頻電纜、射頻單元或者是天線上,可以依序查找。航空信息網(wǎng)絡(luò)和基網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展回顧限于篇幅,不能詳細的敘述長春KU站的全部建站情況,更多的技術(shù)問題還需要在今后的實際工作中不斷探討?？傊?民航KU衛(wèi)星通信網(wǎng)建成,標(biāo)志著民航通信系統(tǒng)已經(jīng)高速發(fā)展,步入現(xiàn)代化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化