C频段卫星通信系统传输性能不稳定故障分析和排除一例

+ 黄治乾 方 威 （61936部队）

C频段卫星通信系统传输性能不稳定故障分析和排除一例

+ 黄治乾 方 威 （61936部队）

针对一例C频段卫星通信系统运行中存在的传输性能不稳定问题，在简要介绍该卫星通信系统网络组织及信号处理、传输原理的基础上，分析故障成因，诊断排除故障。在卫星通信设备安装调试中，应当在对数据处理、编码、调制做好理论分析的基础上设置设备参数，并通过测量分析频谱进行验证，充分利用频谱资源的同时避免干扰，提高通信的可靠性。

卫星通信系统 频谱分配 电磁干扰

引言

C频段卫星通信系统广泛应用于气象信息通信系统，笔者在设备维护工作中遇到某C频段卫星通信系统存在传输性能不稳定问题，表现为经常出现信道信噪比低，误码率高，FTP传输速率降低，甚至多次导致通信中断。为便于分析问题，本文先简要介绍该卫星通信系统的网络组织及信号处理、传输原理。在此基础上，分析故障成因，诊断排除故障。

1 网络组织

该该卫星通信系统网络组织如图1所示。A中心地球站和B地球站之间，A中心地球站和C地球站之间，都是通过C频段小型卫星通信地球站经通信卫星中继构成点对点双向数据通道。依托这两条双向数据通道，构建一个以A为中心，连接B、C两地的广域IP数据网络，用于互联三地的3个局域网。

表1.四路信号中频分配和数据数率设置

2 信号处理传输

首先介绍B地球站至A中心地球站数据传送过程中信号的处理、传输原理。在B地球站，发送数据经边界路由器以V.35基带数据信号传输至调制解调器。在调制解调器的帧处理和信道编译码单元做“成帧→RS编码→交织→扰码→差分编码→卷积编码”处理，在调制单元做QPSK调制，成为78.25MHz载频的中频调制信号[1]。该中频调制信号经同轴电缆传输至室外ODU，上变频至第476号上行射频信道，即6400MHz射频信道[2]。再经C频段卫星通信天线发射至卫星。经卫星中继，以第476号下行射频信道，即4175MHz射频信道发送至A中心地球站卫星通信天线。在A中心卫星通信地球站，再由相对应的设备做“下变频→QPSK解调→解卷积→差分解码→解扰→解交织→RS解码→解帧”处理[1]，还原成V.35基带数据信号传输给边界路由器进入目的网络。A中心地球站发往B地球站的数据，C地球站发往A中心地球站的数据，A中心地球站发往C地球站的数据，传送过程中的信号处理、传输原理与上述原理相同。

三个卫星通信地球站均使用6400MHz射频载波发射，使用4175MHz射频载波接收[2]。虽使用相同的射频信道和变频技术，但各信号分配不同的中频载波频率，因此只要频谱分配合理，各信号在中频频域无频谱重叠，经上变频实现频谱搬移后，射频频域频谱也不重叠，各信号互不干扰，可正常通信[3]。三个卫星通信地球站四路信号原先的中频分配和数据速率设置如表1所示。

3 传输性能不稳定故障分析

系统运行期间，大多数时间能正常通信，但经常出现信道信噪比低，误码率高，FTP速率降低问题。出问题的时间段以下午和上半夜居多，下半夜和上午传输性能稍好。C地球站长期接收信号信噪比低，误码率高，经常出现通信中断现象。

检查系统的调制及成帧设置[4]，发送数据处理流程〈参数设置〉为：成帧类型〈透明传输〉→RS编码〈OFF〉→交织〈深度8〉→扰码〈ON〉→差分编码〈ON〉→卷积编码〈3/4VIT〉→中频调制〈QPSK〉。其中，卷积编码每3比特数据插入1比特监督位，提高了数据速率[5]，QPSK调制通过串/并变换降低了实际被调制基带信号的码元速率，提高了频带利用率[5][6]。若发送数据速率为，则的在调制解调器的调制单元经串/并变换后被调制基带信号的码率

设相邻两个中频调制信号载频较高信号载频为1cf，数据速率为1bf，载频较低信号载频为2cf，数据速率为2bf，在频域内相邻两中频调制信号间隔为

三个地球站间各路数据三种典型数据速率、QPSK中频调制信号带宽、频谱重叠宽度如表2所示。

可见，原先的频谱分配和数据速率设置方案，相邻的两路中频调制信号均存在频谱重叠，导致相互干扰。由于QPSK中频调制信号的频谱在边缘功率分布相对较小，在外界干扰较小的情况下，系统仍可以正常通信。但当外界干扰加大，由于已存在中频调制信号间的相互干扰，系统传输性能将更易变差。

表2中也给出了将B地球站发往A中心地球站、C地球站发往A中心地球站数据速率降至2048kbps的计算结果，各中频调制信号间具有468kHz间隙。理论计算可得，如果通过同步降低B地球站至A中心地球站、C地球站至A中心地球站的发送数据速率来避免相邻中频调制信号间的频谱重叠导致的干扰，中频调制信号间频谱不重叠允许的最高发送数据速率为2750kbps。

表2.四路QPSK中频调制信号带宽计算

图2 中频频谱测量结果

使用频谱仪对通信所用的中频频段测量结果如图2所示。“◇”（peak标记）标示的信号为A中心地球站至C地球站的70.75MHz中频调制信号，其右侧依次为73.25MHz、75.75MHz、78.25MHz中频调制信号。测量结果表明，四个中频调制信号间的确存在频谱重叠导致的干扰，A中心地球站至C地球站的中频调制信号还受到其左侧某单位较强中频调制信号的干扰。A中心地球站发现，提高发往C地球站的中频信号电平不能明显改善C地球站接收信号的信噪比，反而降低A中心地球站自己接收C地球站信号的信噪比；降低发往C地球站的中频调制信号电平能提高接收C地球站信号的信噪比。图2所示绿色peak标记的A中心地球站至C地球站的中频调制信号已被A中心地球站管理员调低。这一现象也进一步说明了这两个中频调制信号间存在干扰图3(a)(b)分别为将B地球站发往A中心地球站数据速率降至3000kbps和2048kbps的测量结果。(a)中A中心地球站发往B地球站和B地球站发往A中心地球站的两个中频调制信号频谱间还存在重叠，但已明显减小；(b)中A中心地球站发往B地球站和B地球站发往A中心地球站的两个中频调制信号频谱间已出现间隙。

为观察左侧某单位较强中频调制信号的干扰情况，将A中心地球站发往C地球站的中频载波频率调至80.75MHz空闲频段处，测量结果如图4所示。左侧某单位较强中频调制信号与C地球站发往A中心地球站的中频调制信号间存在频谱重叠，显然会压制原先处于两者之间的A中心地球站发往B地球站的中频调制信号。

图3 降低B地球站发送数据速率测量结果

4 故障排除方法

针对以上理论分析和实际测试中发现的问题，为解决该卫星通信系统传输性能不稳定问题，可以从以下几方面采取相应措施。

(1)避开临近某单位的干扰

与卫星通信频谱管理单位协调，要求更改频谱分配：可将左侧某单位中频调制信号频谱上限降低1.75MHZ，输出功率适当降低；或将ABC三个地球站四个中频调制信号占用频谱整体右移1.75MHz；或将A中心地球站发往B地球站的中频调制信号移至80.75MHz空闲频段处。

图5 调整载频及数据速率后测量

图6 继续调整电平后测量

(2)避免ABC三个地球站四个中频调制信号相互干扰

适当降低四个中频调制信号所调制的基带数据数率。如保持A中心地球站发往B和C地球站的数据速率为1000kbps，B和C发往A中心的数据速率降为2750kbps；为保持足够的频谱间隙，也可使用小于2750kbps的某一速率，如2048kbps。

通过协调，采取了如下方案：将A中心地球站发C地球站的中频调制信号移至80.75MHz，将B地球站发A中心地球站、C地球站发A中心地球站的数据速率降至2048kbps，A中心地球站和C地球站之间通信恢复。图5为调整中频载波频率和数据速率后的频谱测量结果。但是，查询C地球站调制解调器解调状态[4]，C地球站接收到的信号还较弱，误码率处于至水平，这可能是由于A中心地球站发往C地球站的输出电平还较低。

因将A中心地球站发往C地球站中频输出功率调高2dB后，三个站的监测到的误码率均小于，频谱测量结果如图6所示。

5 结语

通过重新调整数据信号的频谱分配、数据速率及输出功率增益，该卫星通信系统通信误码率已降至理想水平。观察近两年的运行情况，除受少数几次极端暴雨、大雪天气影响出现过接收信号弱，误码率升高现象，其它时间均稳定运行。在卫星通信设备安装调试中，应当在对数据处理、编码、调制做好理论分析的基础上设置设备参数，并通过测量分析频谱进行验证，充分利用频谱资源的同时避免干扰，提高通信的可靠性。

[1] 中国电子科技集团公司第五十四研究.MCPC调制解调器技术说明书[M].2002,8：4-12.

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

[3] 王丽娜等.卫星通信系统[M].国防工业出版社，2006,5：95-107.

[4] 中国电子科技集团公司第五十四研究所.MCPC调制解调器使用手册[M].2004,5：36-39.

[5] 樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].国防工业出版社，2009,2：349，217.

[6] 沈振元等.通信系统原理[M].西安电子科技大学出版社,2002,7：249.

黄治乾，男，1979年2月生，61936部队工程师，获通信系统工程专业硕士学位，主要从事通信装设备管理及维修工作。