北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心 李洪力 劉 冰 竇曉晶 張 婷

引言：基于北斗的衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)利用北斗衛(wèi)星的冗余資源，建立支持語音和低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男∪萘啃l(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)，其核心部分是地面段。本文在兼顧考慮滿足衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)與北斗系統(tǒng)信號共存基礎(chǔ)上，對衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)地面段進(jìn)行了鏈路設(shè)計，實現(xiàn)了衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)用戶信號的處理轉(zhuǎn)發(fā)；同時通過衛(wèi)星資源管理與監(jiān)控部分設(shè)計，實現(xiàn)了北斗衛(wèi)星L/C轉(zhuǎn)發(fā)器入站信號的監(jiān)測，當(dāng)移動通信對北斗系統(tǒng)正常入站造成影響時，通過反向功率控制，停止移動通信用戶入站或使其降功率使用，保障了北斗系統(tǒng)正常服務(wù)不受影響。

1.前言

基于北斗的衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)利用北斗衛(wèi)星的冗余資源為空間段，建立支持語音和低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男∪萘啃l(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)，開展衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的語音、短消息和數(shù)據(jù)廣播通信試驗。

系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：由北斗衛(wèi)星冗余資源支持的空間段；具有系統(tǒng)接續(xù)控制和交換能力的地面段；以及進(jìn)行各類試驗驗證的用戶段。其中，空間段利用北斗衛(wèi)星所搭載的轉(zhuǎn)發(fā)器實現(xiàn)用戶與用戶、用戶與地面段間信號的轉(zhuǎn)發(fā)。用戶段將可識別的信息（語音、數(shù)據(jù)、短消息）處理成可在空間傳輸?shù)?、符合系統(tǒng)要求的無線信號，并向衛(wèi)星發(fā)射；同時，將衛(wèi)星發(fā)射（轉(zhuǎn)發(fā)）來的符合系統(tǒng)要求的空間無線信號接收處理成可識別的信息（語音、數(shù)據(jù)、短消息）。地面段是系統(tǒng)的核心部分，主要完成各類試驗用戶之間通信信息的接收處理與轉(zhuǎn)發(fā)控制。

本文在兼顧考慮滿足衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)與北斗系統(tǒng)信號共存基礎(chǔ)上，對衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)地面段進(jìn)行了總體設(shè)計、射頻信道部分設(shè)計、信關(guān)站部分設(shè)計、衛(wèi)星資源管理與監(jiān)控部分設(shè)計，在確保北斗系統(tǒng)正常服務(wù)不受影響的前提下，實現(xiàn)了衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)用戶信號的處理轉(zhuǎn)發(fā)，保障了衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)各類通信試驗的圓滿完成。

2.地面段方案設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 總體方案設(shè)計

基于北斗的衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)利用北斗某顆GEO衛(wèi)星作為其空間通信衛(wèi)星，通過衛(wèi)星L/C轉(zhuǎn)發(fā)器實現(xiàn)用戶至地面站的信號入站，利用衛(wèi)星星上搭載的S/L轉(zhuǎn)發(fā)器實現(xiàn)地面站至用戶的信號出站。

如圖1所示，該系統(tǒng)工作流程為：移動通信用戶1發(fā)射L上行入站信號，經(jīng)北斗衛(wèi)星L/C轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)為C下行信號，到達(dá)地面13米天線，經(jīng)天線接收、低噪聲放大、射頻分路、下變頻，形成中頻信號后送信關(guān)站進(jìn)行信號及信息處理；信關(guān)站將處理后的信息調(diào)制為出站中頻信號，經(jīng)上變頻、功率放大，形成S射頻信號，通過地面13米天線發(fā)向衛(wèi)星，經(jīng)衛(wèi)星S/L轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)為L下行出站信號，到達(dá)移動通信用戶2，從而完成用戶間的通信。

圖1 基于北斗的衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)總體組成框圖

地面段主要由射頻信道部分、信關(guān)站部分、衛(wèi)星資源管理與監(jiān)控部分、配套時頻及供配電部分等地面設(shè)備組成。射頻信道部分主要完成入站射頻信號的接收和出站射頻信號的發(fā)送，以及出入站中頻信號與射頻信號間的轉(zhuǎn)換。信關(guān)站部分主要完成用戶出入站中頻信號的調(diào)制解調(diào)及通信轉(zhuǎn)發(fā)。衛(wèi)星資源管理與監(jiān)控部分主要完成衛(wèi)星L/C轉(zhuǎn)發(fā)器入站信號的監(jiān)測，當(dāng)移動通信對系統(tǒng)正常入站造成影響時，通過反向功率控制，停止移動通信用戶入站或使其降功率使用。時頻及供配電部分主要為射頻信道及信關(guān)站等設(shè)備提供所需的時頻信號及配套電源。

2.2 射頻信道部分方案設(shè)計

射頻信道部分主要由S上變頻器、S功放、S發(fā)射天線、C接收天線、低噪聲場放、射頻分路器、下變頻器等設(shè)備組成，如圖2陰影部分所示。

S上變頻器主要負(fù)責(zé)接收信關(guān)站送來的已調(diào)中頻信號，并將其變換為射頻信號。S功放主要負(fù)責(zé)接收S上變頻器送來的射頻信號，將其放大到所需的功率電平，通過波導(dǎo)發(fā)送至天線。S發(fā)射天線主要負(fù)責(zé)接收S功放送來的出站射頻信號，完成向衛(wèi)星的發(fā)射。C接收天線主要負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的入站射頻信號，送往后端的低噪聲場放。低噪聲場放主要負(fù)責(zé)完成入站射頻信號的高增益低噪聲放大，并將其送往后端的射頻分路器。射頻分路器主要負(fù)責(zé)接收低噪聲場放送來的射頻信號，將其分路后送至后端的下變頻器。下變頻器主要負(fù)責(zé)接收射頻分路器送來的射頻信號，將其下變頻為70MHz左右的中頻信號，并將中頻信號進(jìn)行放大濾波后送給信關(guān)站進(jìn)行接收解調(diào)。

圖2 射頻信道部分設(shè)備組成框圖

圖3 信關(guān)站多通道調(diào)制解調(diào)器組成框圖

2.3 信關(guān)站部分方案設(shè)計

信關(guān)站部分主要由多臺多通道調(diào)制解調(diào)器及其外圍設(shè)備組成，每臺設(shè)備含一塊16通道調(diào)制板和一塊16通道解調(diào)板。該部分主要負(fù)責(zé)完成出站中頻信號的成幀、編碼、擴(kuò)頻、調(diào)制等發(fā)送功能，以及入站中頻信號的解擴(kuò)、定時同步、解調(diào)、譯碼等接收功能。每臺設(shè)備的組成如圖3所示。

多通道調(diào)制器主要負(fù)責(zé)接收通過CPCI總線送來的信道管理信令以及用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，每個信道分別經(jīng)物理幀處理、定時、符號恢復(fù)、信道編碼、加密、擴(kuò)頻、信道合成、發(fā)射功率控制、短碼、長碼發(fā)生、QPSK調(diào)制、數(shù)字上變頻、基帶成形濾波，經(jīng)合路器向射頻信道S上變頻器輸出多路擴(kuò)頻中頻信號。

圖4 衛(wèi)星資源管理與監(jiān)控部分組成框圖

多通道解調(diào)器主要負(fù)責(zé)接收來自射頻信道下變頻器輸出的入站中頻信號，經(jīng)中頻信號分路器送到各解調(diào)支路。每個解調(diào)支路完成中頻信號模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字下變頻、捕獲同步、解擴(kuò)解調(diào)、解密、信道譯碼和去交織，解幀后的入站數(shù)據(jù)經(jīng)接口電路和CPCI總線后送往信道管理。

多通道調(diào)制解調(diào)器還具備估測接收用戶終端的信號質(zhì)量，向信道管理發(fā)送測量報告；受信道管理的控制實現(xiàn)擴(kuò)頻序列選擇、功率控制等功能。

2.4 衛(wèi)星資源管理與監(jiān)控部分方案設(shè)計

衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)利用北斗衛(wèi)星入站L/C和出站S/L轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行衛(wèi)星移動通信試驗，前提是要保證北斗系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在進(jìn)行通信試驗的同時，必須對北斗系統(tǒng)入站情況進(jìn)行實時監(jiān)測，以便在北斗系統(tǒng)入站受到影響時，立即采取相關(guān)措施來確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

衛(wèi)星資源監(jiān)控與管理部分即負(fù)責(zé)完成北斗衛(wèi)星資源的在線實時監(jiān)控與管理工作，主要由入站信號分析平臺、入站數(shù)據(jù)提取平臺和控制平臺等部分組成，如圖4陰影部分所示。

入站信號分析平臺主要負(fù)責(zé)實時采集衛(wèi)星入站中頻信號，根據(jù)監(jiān)測到的信號頻譜和干擾情況，分析干擾類型及干擾源位置，并將相關(guān)信息送往后端的控制平臺，以便采取針對性抗干擾措施，減小干擾造成的影響。入站數(shù)據(jù)提取平臺是移動通信試驗系統(tǒng)獲取北斗系統(tǒng)入站數(shù)據(jù)的接口，串接在北斗衛(wèi)星信號收發(fā)系統(tǒng)地面接收設(shè)備之后，主要負(fù)責(zé)通過串口接收北斗系統(tǒng)入站波束數(shù)據(jù)，并對接收的入站數(shù)據(jù)幀進(jìn)行合理性檢驗，分別提取各波束入站信息，按照一定的數(shù)據(jù)組信息格式進(jìn)行信息重組，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包發(fā)送給后端的控制平臺?？刂破脚_主要負(fù)責(zé)實時監(jiān)測入站數(shù)據(jù)提取平臺解算的北斗衛(wèi)星入站載噪比值，結(jié)合入站信號分析平臺給出的干擾分析結(jié)果，按照一定的判斷策略，對衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)用戶終端實施反向功率控制：設(shè)定北斗系統(tǒng)入站載噪比門限，當(dāng)載噪比C/N0下降至下限時，停止未接入通信用戶，并同時降低正在入站的通信用戶功率，待載噪比恢復(fù)正常后，再將所有通信用戶恢復(fù)正常通信。

3.結(jié)束語

基于北斗的衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)利用北斗衛(wèi)星的冗余資源，建立支持語音和低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男∪萘啃l(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)，其核心部分是地面段。本文在兼顧考慮滿足衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)與北斗系統(tǒng)信號共存基礎(chǔ)上，對衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)地面段進(jìn)行了鏈路設(shè)計，實現(xiàn)了衛(wèi)星移動通信試驗系統(tǒng)用戶信號的處理轉(zhuǎn)發(fā)；同時通過衛(wèi)星資源管理與監(jiān)控設(shè)計，實現(xiàn)了北斗衛(wèi)星L/C轉(zhuǎn)發(fā)器入站信號的監(jiān)測，當(dāng)移動通信對北斗系統(tǒng)正常入站造成影響時，通過反向功率控制，停止移動通信用戶入站或使其降功率使用，保障了北斗系統(tǒng)正常服務(wù)不受影響。