趙慶鎖，王建勇，王京南

（1.新華通訊社，北京 100803；2.北京鑫諾世紀通信系統(tǒng)技術有限公司，北京 100143）

頻譜監(jiān)測系統(tǒng)在全球衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的應用

趙慶鎖1，王建勇2，王京南2

（1.新華通訊社，北京 100803；2.北京鑫諾世紀通信系統(tǒng)技術有限公司，北京 100143）

本文首先對頻譜監(jiān)控系統(tǒng)進行了簡單概括，然后對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、技術特征和主要功能進行了詳細描述，重點闡述了頻譜監(jiān)控系統(tǒng)在全球衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中的主要應用，最后介紹了其他類型頻譜儀在全球衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中的應用情況。

頻譜監(jiān)測；衛(wèi)星業(yè)務監(jiān)控；手持式頻譜儀

1 引言

“全球衛(wèi)星廣播網(wǎng)”是新華社目前正在使用的、為其全球媒體用戶提供新聞信息稿件的數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)，是新華社對外發(fā)布新聞信息的重要渠道。該網(wǎng)基于衛(wèi)星傳輸平臺，具有傳輸距離遠、覆蓋面廣、通信頻帶寬、容量大、不受地域限制等優(yōu)勢，但是衛(wèi)星通信受自身特點的限制和環(huán)境的影響，不可避免的存在各種干擾，兼之衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的復雜性（衛(wèi)星和衛(wèi)星傳輸設備）也會帶來一定的故障率，可能對全球廣播業(yè)務造成嚴重影響，甚至造成實時業(yè)務的中斷。因此，如何有效地對衛(wèi)星信號進行監(jiān)測是保障安全播出及安全通信的首要任務。目前使用的廣播和通信衛(wèi)星絕大多數(shù)都是透明轉(zhuǎn)發(fā)器衛(wèi)星，這類衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和信道基本都是以按照頻率劃分，星上業(yè)務之間采用頻分復用方式，因此，衛(wèi)星業(yè)務信號監(jiān)測主要以頻域分析為主。在此基礎上，使用衛(wèi)星頻譜監(jiān)測儀器可以有效地完成對衛(wèi)星頻譜信號的監(jiān)測工作，保障衛(wèi)星傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

傳統(tǒng)的頻譜分析儀，一般只對一路信號進行監(jiān)測和分析，精確度高、功能多種多樣，在對信號的詳細狀態(tài)分析中作用較大。但是全球多媒體衛(wèi)星廣播網(wǎng)的衛(wèi)星覆蓋范圍廣泛，包括國內(nèi)地區(qū)、非洲地區(qū)、中東地區(qū)、亞太地區(qū)四個區(qū)域，根據(jù)覆蓋范圍的不同使用多個衛(wèi)星才能實現(xiàn)全球廣播業(yè)務，將來還會對更多的地區(qū)進行業(yè)務覆蓋。多地區(qū)業(yè)務并行使得單個頻譜監(jiān)測功能無法滿足多路業(yè)務發(fā)展的需要，不利于同時監(jiān)測多路信號，設備和人員利用效率不高。所以，為滿足全球網(wǎng)業(yè)務監(jiān)測功能的需求，全球網(wǎng)衛(wèi)星綜合監(jiān)測系統(tǒng)應用了多路頻譜監(jiān)測設備，從而實現(xiàn)八路信號的頻譜監(jiān)測功能，在降低成本的同時，方便監(jiān)測人員綜合監(jiān)控業(yè)務，提高工作效率。圖1為單路下行業(yè)務頻譜監(jiān)控。

圖1 單路下行業(yè)務頻譜監(jiān)控

2 頻譜監(jiān)測系統(tǒng)概述

多路頻譜監(jiān)測系統(tǒng)，即板卡式頻譜儀，采用先進的集中分布式設計，可提供多路（單機最多八路）業(yè)務運行狀態(tài)的頻譜監(jiān)測功能，可將從衛(wèi)星等接收到的信號進行系統(tǒng)的實時頻譜監(jiān)測，并可實現(xiàn)頻譜及數(shù)據(jù)的保存和重現(xiàn)，可根據(jù)頻譜的狀況提夠聲光報警等，幫助監(jiān)測人員了解實時信號狀況，及時發(fā)現(xiàn)信號干擾，為監(jiān)控數(shù)據(jù)提供依據(jù)，并為排查故障提夠參考。預留了二次開發(fā)接口服務，可以提供相應功能的定制服務。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

頻譜監(jiān)測系統(tǒng)共計使用八路信號輸入，分別用于各個業(yè)務的下行頻譜監(jiān)測，主要由板卡式頻譜儀（八路）、IBM服務器（數(shù)據(jù)存儲設備）、控制終端（電腦）、監(jiān)視設備（無線和有線終端，這里主要指電腦和監(jiān)控大屏）以及交換設備組成。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

如圖2所示，本檢測系統(tǒng)采用一臺板卡式頻譜儀，機箱板卡八塊，這樣配置為將來的業(yè)務擴容和冗余備份提供可能。八路頻譜數(shù)據(jù)傳送至服務器進行存儲，以備將來調(diào)用。我們可通過控制臺對每路數(shù)據(jù)進行控制、參數(shù)配備等，所有數(shù)據(jù)可連接到電腦終端進行導出。當有頻譜數(shù)據(jù)不符合設置的合格限要求時，系統(tǒng)會給出一個報警開關量并且在監(jiān)控畫面上有相關的報警提示。

全球網(wǎng)業(yè)務頻譜監(jiān)測系統(tǒng)采用的板卡式頻譜儀，是由北京航天光華公司（航天時代電子公司二〇〇廠）和北京鑫諾世紀公司共同研發(fā)生產(chǎn)，在頻譜基本分析的基礎上，滿足多路信號同時監(jiān)測的功能，減少了設備成本，提高人員工作效率。而國外同類型多路頻譜監(jiān)測設備的價格是國產(chǎn)產(chǎn)品價格的近50倍，非常昂貴。

圖3 CASC-200C頻譜監(jiān)測機箱

整機采用模塊化設計，可擴展性強，密度高且可維護性強，其主要技術指標如表1所示，主要特點如下：

⊙ 采用標準4U機箱設計，方便安裝。

⊙ 機箱外殼采用鋁合金材質(zhì)，重量輕而且硬度高。

⊙ 機箱上蓋采用推拉式鎖緊設計，保證了上蓋和機箱的良好接觸以及屏蔽效果。

⊙ 機箱下蓋采用不對稱式蜂窩狀通風孔設計，保證了系統(tǒng)工作時的通風效果。

⊙ 機箱采用無軌金屬滑道設計，保證每一塊板卡的良好屏蔽效果。

⊙ 機箱最多支持8塊板卡，自由組合。

⊙ 板卡采用彈簧式屏蔽設計，保證在插入板卡的同時又良好的接觸。

⊙ 板卡采用兼容性設計，使用自由方便。

⊙ 機箱采用1+1熱插拔高可靠性冗余電源設計，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行。

表1 CASC-200C主要技術指標

4 系統(tǒng)的功能和應用

頻譜監(jiān)測系統(tǒng)采用Workbench管理軟件，通過監(jiān)視屏幕上對系統(tǒng)進行設置，可以實現(xiàn)頻譜監(jiān)測系統(tǒng)的具體功能。如圖4所示。

⊙ 儀器管理：可以實現(xiàn)最多八路監(jiān)控信號的添加，刪除，修改，刷新四項功能。

⊙ 布局管理：對監(jiān)控屏幕進行布局、輪詢、保存、修改、刪除和應用功能。

圖4 頻譜儀設置主菜單

⊙ 屏保設置：輸入屏保時間即可啟用屏保程序。屏保程序表現(xiàn)為一個黑色的條紋，在屏幕上從左到右走一圈。

⊙ 設計配色方案：對頻率顯示的各項參數(shù)及背景做出不同的配色方案，是顯示效果更突出。不同的監(jiān)測信號可配置多種顏色。

圖5 配色方案設置

⊙ 儀器設置：對每路監(jiān)控信號進行參數(shù)配置。儀器分為兩個部分，遠程控制和頻標與參考線。

⊙ 單塊板卡保存為位圖：導出和保存單塊板卡的顯示狀態(tài)圖片（位圖形式）。

⊙ 全部窗口保存為位圖：導出和保存全部板卡的顯示狀態(tài)圖片（位圖形式）。

基于上述功能的設置和使用，頻譜監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)以下應用：

（1）下行頻譜監(jiān)測

對輸入的八路業(yè)務信號進行頻譜監(jiān)測，通過對頻譜監(jiān)測系統(tǒng)的基本設置，自由添加多路監(jiān)控體系，對監(jiān)控畫面進行合理布局，而且通過服務器可對任一路頻譜參數(shù)進行設置，從而實現(xiàn)業(yè)務的頻譜監(jiān)測和控制功能，如上行載波的正常，干擾信號的出現(xiàn)，信號接收異常等。該系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)業(yè)務載波出現(xiàn)異常，將即時發(fā)出聲光報警信號，全方位角度提示監(jiān)測人員，使監(jiān)測人員能夠及時發(fā)現(xiàn)異常所在，并及時上報解決，保障實時業(yè)務的穩(wěn)定運行。

圖6 監(jiān)測參數(shù)圖標說明

圖6為頻譜參數(shù)圖標說明，可通過對每塊板卡（系統(tǒng)管理中為儀器）進行相應的參數(shù)設置。頻譜儀實現(xiàn)監(jiān)測的過程很簡單，將所需監(jiān)測的信號（頻率為9kHz～3000MHz）引入監(jiān)測口，系統(tǒng)即可對所引入信號進行實時監(jiān)測，在控制臺可以對相關參數(shù)進行相應的設置調(diào)整。頻譜監(jiān)測系統(tǒng)提供多種監(jiān)測布局模板，并提供屏幕輪循監(jiān)視模式，可隨時根據(jù)需要進行更換。

圖7 布局方式任意組合

每一塊板卡都有一個惟一的IP地址，在初始連接時按照模塊的初始IP地址實現(xiàn)遠程連接，而后根據(jù)實際需求對模塊加以命名、參數(shù)設置等，實現(xiàn)正常監(jiān)測。IP模塊是實現(xiàn)遠程控制和多路工作的基礎。

圖8 IP設置與連接

（2）文件管理

頻譜監(jiān)測系統(tǒng)采用管理功能軟件，對存儲的數(shù)據(jù)文件進行統(tǒng)一的分類和管理，可以輕松查找所需文件，并實現(xiàn)測試文件、圖形文件、配置文件和自動測試報表的下載和打印功能。

（3）遠程控制

系統(tǒng)監(jiān)控人員可以通過相關軟件功能，在辦公室得到和在衛(wèi)星機房一樣的進行有效監(jiān)控，既可以同時監(jiān)控整個系統(tǒng)，提高人員工作效率，也可以避免長期遭受機房噪音和輻射的污染。

對于每一個監(jiān)測模塊，在地面網(wǎng)絡中輸入已設置的IP地址，即可建立遠程連接，隨后即可通過控制臺遠程控制板卡，為板卡命名，修改參數(shù)設置，查看任意段頻譜。例如，通過網(wǎng)絡接口提供多臺儀器的遠程控制，適合無線網(wǎng)絡信號的監(jiān)測；可以通過遠程實現(xiàn)對任意監(jiān)測模塊的獨立設置，主要包括合格線設置、頻率設置、幅度設置、RBW/VBW設置、掃描時間設置、檢波方式設置等；可以導出所需歷史記錄，做狀態(tài)分析。

（4）數(shù)據(jù)的錄制、存儲和回放

實時監(jiān)測的同時，頻譜監(jiān)測系統(tǒng)會將監(jiān)測的頻譜特征數(shù)據(jù)保存在IBM服務器上，作為歷史數(shù)據(jù)，當有需要的時候，可以訪問服務器查看保存的頻譜信息。服務器對所有的數(shù)據(jù)進行存盤處理，當硬盤存儲空間用完時，前面的數(shù)據(jù)自動被后面的數(shù)據(jù)頂出。數(shù)據(jù)記錄時間的長短依板卡的數(shù)量和記錄時間而定，每塊板卡每天的數(shù)據(jù)量約為1.6GB，4塊板卡1個月的數(shù)據(jù)量大約為192GB。

圖9 數(shù)據(jù)重現(xiàn)及打印

需要查找歷史數(shù)據(jù)時，通過網(wǎng)絡連接服務器，從而查看歷史數(shù)據(jù)，重現(xiàn)頻譜錄像，提供判定依據(jù)。同時可以對歷史頻譜進行打印處理，為快速上報，提供便捷。

（5）實時報警

頻譜監(jiān)測系統(tǒng)可對每塊板卡進行參數(shù)設定，并根據(jù)需求設定合格限，當系統(tǒng)監(jiān)測到載波超出合格限位置時，即時給出一個報警開關量，通過外圍設備進行聲光報警等。這種報警設置，可以簡單實現(xiàn)對監(jiān)測業(yè)務載波異常和干擾信號的提示功能，使監(jiān)控人員能夠第一時間的發(fā)現(xiàn)問題，上報問題，處理并解決問題，降低系統(tǒng)故障發(fā)生率和處理時間，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。以上這些功能非常適合全球廣播網(wǎng)下行信號的長期定點監(jiān)測，捕捉偶爾發(fā)生的干擾，監(jiān)測載波狀態(tài)。

5 其他功能頻譜分析儀簡述

手持式頻譜儀一直是在工程現(xiàn)場測試使用的一種常用頻譜監(jiān)測儀器，常用于衛(wèi)星天線對星調(diào)試、天線極化調(diào)整、臨時頻譜監(jiān)測等。

圖10 R&S手持式頻譜儀

圖10為德國R&S公司的手持式頻譜儀，近二十年來，這款頻譜儀占領了中國大部分的市場份額，其產(chǎn)品性能優(yōu)越但價格相對昂貴，而同類型國產(chǎn)頻譜儀在性能上又不占優(yōu)勢。CASC-200A手持頻譜儀是一款由國內(nèi)公司生產(chǎn)和研發(fā)的新產(chǎn)品，價格相對低廉、性能好，是一款性價比很高的產(chǎn)品，具有很大的優(yōu)勢。

CASC-200A手持式頻譜儀主要特點：

⊙ 外觀保護設計，防摔、防砸、防塵、輕度防雨。

⊙ 更好的抗干擾性能和機械可靠性。

⊙ 智能鋰電池，方便拆裝，連續(xù)工作時間大于3小時。

⊙ 具備高頻頭供電功能（選件）實現(xiàn)單機對星功能。

⊙ 支持GPS功能，隨時記錄測試文件的時間和經(jīng)緯信息。

⊙ 具備尋星計算功能—可計算出任何地點可見衛(wèi)星在當?shù)氐母┭?、方位、極化角等信息。

⊙ 掃描速度快：20uS～250S/場。

⊙ 動態(tài)范圍大：＞75dB。

⊙ 平均噪底電平：-135dBm@RBW=1kHz。

⊙ 抗失真性能強：IP3＞15dBm @ATT=0。

⊙ 相位噪聲低：＜-95dBc/Hz@10kHz。

⊙ 一鍵測試：通道功率、ACPR，OBW功能。

⊙ 具備LAN/USB端口和標準控制協(xié)議，提供文件輸入輸出和遠程控制。

⊙ 具備USB接口，隨時存儲和調(diào)用相關參數(shù)和圖像。

圖12 CASC-200A系統(tǒng)的一鍵測試功能

在全球廣播網(wǎng)業(yè)務監(jiān)測系統(tǒng)中，還使用一類頻譜儀，它們大多具有很強的分析能力，較高的技術指標，擔任衛(wèi)星信號的精密測量、頻譜分析、功率測量、數(shù)字通信系統(tǒng)性能測量、標量網(wǎng)絡分析、EMI輻射/傳導干擾診斷等工作，可以進行矢量信號分析，支持多種GSM/EDGE，WCDMA/HSPA+，LTE，WIMAXTM，WLAN，CDMA2000，1XEVDO測量。

圖13 安捷倫高性能頻譜分析儀

6 結(jié)束語

隨著全球網(wǎng)業(yè)務的快速持續(xù)發(fā)展，衛(wèi)星信號覆蓋范圍的穩(wěn)定擴展，無線頻譜環(huán)境日益復雜，造成衛(wèi)星信道的干擾增多，故障率提高。近年來，C波段地面干擾的頻繁出現(xiàn)和不法份子違規(guī)占用衛(wèi)星通信信道的事件時有發(fā)生，如何在第一時間發(fā)現(xiàn)并解決問題也是我們必須要關心的重點。頻譜監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)多路信號頻譜監(jiān)測功能，及時發(fā)現(xiàn)并報警各種頻譜干擾和信號的異常情況，對頻譜進行實時記錄、存儲和回放，為之后的細致干擾分析提供原始資料，幫助監(jiān)測人員快速找到故障原因并解決，是保障全球網(wǎng)廣播系統(tǒng)的穩(wěn)定運行的有力手段。

中心為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展保駕護航

11月17～21日，國際海事組織海上安全委員會第94次會議在英國倫敦召開。會上，國際海事組織海上安全委員會審議通過了對北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)認可的航行安全通函,這標志著北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式成為繼全球定位系統(tǒng)（GPS）、格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）后第三個全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，取得面向海事應用的國際合法地位。

據(jù)了解，國家無線電監(jiān)測中心、國家無線電頻譜管理中心（以下簡稱“中心”）長期參與北斗導航系統(tǒng)的頻率協(xié)調(diào)與監(jiān)測保障工作，為獲取北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)頻率軌道資源以及為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)用頻安全提供了強有力的技術支撐。“自2009年開始，中心開展了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)空間監(jiān)測工作，主要包括衛(wèi)星發(fā)射前后的空間頻譜軌道資源監(jiān)測、對全球其它典型衛(wèi)星導航系統(tǒng)進行普查性監(jiān)測等?！眹覠o線電監(jiān)測中心北京監(jiān)測站高級工程師李晨說,“2011年以來，中心還積極開展北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)地面終端的干擾排查及電磁環(huán)境測試工作，為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)地面終端的建設提供了數(shù)據(jù)支撐?！?/p>

此次北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)認可的航行安全通函通過審議，是我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)標準首次獲得國際組織的系統(tǒng)認可，將為全面推動北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)海事國際應用和建成北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)海事國際標準化體系奠定良好的基礎。此后，我國將繼續(xù)全面推進國際技術組織的標準、規(guī)范、指南文件的制定和修訂，以實現(xiàn)北斗系統(tǒng)進一步在國際海事領域的全方位應用。

中心副主任陳進星表示，衛(wèi)星頻率軌道資源是一個國家空間業(yè)務發(fā)展所必需的重要戰(zhàn)略資源，當前，國際爭奪日益激烈，衛(wèi)星干擾事件時有發(fā)生，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)也將面對這方面的挑戰(zhàn)?！爸行膶⑦M一步加強衛(wèi)星頻率軌道資源管理支撐工作，努力為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供有力的資源與安全保障?！标愡M星說。

Application of Spectrum Monitoring in Global Satellite Broadcast System

Zhao Qingsuo1, Wang Jianyong2, Wang Jingnan2
(1.Xinhua News Agency, Beijing, 100803; 2.Beijing Sinocentury Communications Co., Ltd, Beijing, 100143)

This article introduces Spectrum monitoring system, especially the structure, technical features and the main functions of the system. Expound the main application of spectrum monitoring system in the global satellite broadcast system. Other types of spectrum analyzers which are in use are also introduced.

Spectrum monitoring system; Satellite service monitoring; Handheld spectrum analyzer

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.12.007

TN92文獻標示碼：B

1672-7274（2014）12-0034-06