專利名稱：一種Ku頻段、多載波時分多址衛(wèi)星信號監(jiān)測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種信號監(jiān)測方法，尤其涉及一種Ku頻段、多載波時分多址 (MF-TDMA)衛(wèi)星信號監(jiān)測方法，屬于衛(wèi)星信號監(jiān)測技術領域。
(二)
背景技術：
隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，衛(wèi)星通信得到了越來越廣泛的應用。衛(wèi)星公司 依托所擁有的通信衛(wèi)星向社會各界提供衛(wèi)星通信服務。由于衛(wèi)星通信具備覆蓋 范圍大、實時性好、受人為因素影響小等特點，因而得到了諸如民航、海運、 公安、消防、廣播電視等各行業(yè)的廣泛應用。
Ku頻段、多載波時分多址(MF-TDMA)衛(wèi)星通信系統(tǒng)是當前使用非常廣 泛的通信系統(tǒng)。Ku頻段是當前通信衛(wèi)星最常使用的一個頻段，衛(wèi)星公司多將 Ku頻段按照一定規(guī)則劃分多個小頻段，并以租用的方式提供用戶使用。用戶可 按照業(yè)務需要租用一定帶寬的頻譜，并依據(jù)頻帶寬度進行付費。用戶在租用一 定寬度的頻帶后，為提高頻帶的使用效率，多采用多載波時分多址(MF-TDMA ) 的方法對頻帶進行復用，以^^高頻譜的利用率。多載波指將頻帶從頻率上劃分 為不同的通道，每通道使用獨立的載波；時分多址就是將一段通信時間分為若 干時隙，在不同的時隙傳送不同的業(yè)務數(shù)據(jù)。
用戶在租用一定帶寬的通道后，衛(wèi)星公司必須保證用戶的通信質量，通信 質量一般以信號功率與噪聲功率的比值，即信噪比來衡量。在實際衛(wèi)星通信過 程中，各個時隙的信噪比是衛(wèi)星公司和用戶都十分關心的一個指標。
目前衛(wèi)星信號監(jiān)測多采用統(tǒng)一頻帶監(jiān)測法，即只對一定帶寬的頻譜進行統(tǒng) 一監(jiān)測，而不深入每一個通信時隙，籠統(tǒng)的認為頻帶的信噪比等同各個時隙的 信噪比。實際情況并非如此，同一頻帶上不同時隙間的信噪比是有差異的，而 且這些差異足以決定通信鏈路是否能夠順利建立。建立一種可對衛(wèi)星通信各個 時隙進行監(jiān)測的方法是十分必要的，它可以為衛(wèi)星用戶的衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信提供有 力的保障。
發(fā)明內(nèi)容
1、 目的本發(fā)明的目的是提供一種Ku頻段、多載波時分多址衛(wèi)星信號監(jiān) 測方法，它能夠完成時分多址衛(wèi)星通信系統(tǒng)中各個通信時隙的質量監(jiān)測。
2
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一套實用的衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)，包括 通用監(jiān)測儀器，可完成衛(wèi)星通信信號的某項指標的監(jiān)測，并向上層控制軟件提 供標準網(wǎng)絡接口，供其遠程控制；控制軟件，控制下層監(jiān)測儀器，按照一定步 驟進行運算和操作，以圖形的方式向用戶展示監(jiān)測的結果，并完成結果的記錄。
在上述的衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)中，通用監(jiān)測儀器包括實時頻譜儀，可 記錄一定時間段、 一定頻帶寬度的頻譜信息，并分析任意時間片內(nèi)信號的信噪 比；同步信號生成器，分離衛(wèi)星通信信號中的同步信息，確定一個時間片的開 始時間；下變頻器，可將Ku波段的信號下變頻到零中頻，同時可完成信號的 低通濾波；示波器，實時顯示信號的時域特性。
在上述的衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)中，各個通用儀器通過以太網(wǎng)絡向上層控 制軟件提供遠程控制接口。
在上述的衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)中，控制軟件包括理論時隙安排錄入模 塊、衛(wèi)星頻譜信號分離模塊、數(shù)據(jù)比對模塊和數(shù)據(jù)記錄與分析模塊。
在上述的衛(wèi)星通信頻語監(jiān)測系統(tǒng)中，控制軟件的理論時隙安排錄入模塊是 用戶向控制軟件說明當前時隙安排基本狀況的模塊。監(jiān)測前，用戶需要給出通 信中各個時隙基本屬性的理論值及其所允許的偏差，基本屬性包含時隙開始時 間、時隙寬度、信號中心頻率、信號功率、信號信噪比等內(nèi)容。
在上述的衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)中，控制軟件的星頻譜信號分離模塊可利 用下層通用儀器完成對一定帶寬內(nèi)信號的時隙分離。分離后的后的通信時隙包 含時隙開始時間、時隙寬度、信號中心頻率、信號功率、信號信噪比等基本屬 性的實測值。
在上述的衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)中，控制軟件的數(shù)據(jù)比對模塊主要完成被 監(jiān)測信號的實測值與理論值的比較，觀測實測值是否在理論值所允許的偏差范 圍之內(nèi)。若某時隙所有基本屬性都沒有超過理論值的范圍，則該時隙通信正常， 否則不正常，需要向用戶進行監(jiān)測告警。在上述的衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)中，控制軟件的數(shù)據(jù)記錄與分析模塊完成 監(jiān)測信息的記錄，對于告警的時隙，需要完整的記錄告警時間、告警的內(nèi)容等 信息，并提供用戶后續(xù)查詢與分析的界面。
綜上所述，本發(fā)明是一種Ku頻段、多載波時分多址衛(wèi)星信號監(jiān)測方法，
該方法具體步驟如下
步驟一用戶將衛(wèi)星信號所有時隙基本屬性的理論值錄入系統(tǒng)；
步驟二 Ku頻段衛(wèi)星信號引接，并分為3路，分別接入同步信號生成器、 實時頻譜儀和下變頻器；
步驟三同步信號生成器完成信號解調(diào)，并產(chǎn)生同步脈沖；
步驟四下變頻器將某通道信號從Ku波段變頻到零中頻，并完成信號低 通濾波，得到單通道(即單載波)信號，并其輸入示波器；
步驟五實時頻譜儀調(diào)整參數(shù)設置，在Ku波段上，直接對準對步驟四中 完成下變頻的通道；
步驟六觸發(fā)示波器與實時頻譜儀對信號進行采樣；
步驟七控制軟件從示波器讀取該通道時域特性圖，并根據(jù)時域圖分離各 個時隙，得到時隙的開始時間和持續(xù)時間；
步驟八控制軟件將各個時隙的開始時間和持續(xù)時間依次輸入實時頻譜 儀，并從實時頻譜儀讀取輸入時隙的基本屬性，從而得到實測值；
步驟九將各個時隙基本屬性的理論值和實測值進行比對，在出現(xiàn)異常時， 完成告警；
步驟十依據(jù)實際監(jiān)測狀態(tài)完成信息的存儲；
步驟十一調(diào)整下變頻器和實時頻譜儀設置，重復步驟四到步驟十，可以 完成任意通道的信號監(jiān)測。
3、優(yōu)點及效果從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實施實例所提 供的衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)能夠準確的監(jiān)控Ku波-歐、多載波時分多址 (MF-TDMA)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中各個通信時隙的通信質量，實現(xiàn)了如下技術效 果可對Ku波段、多載波時分多址(MF-TDMA)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的各個通
5信時隙進行獨立監(jiān)控，得到通信時隙的開始時間、時隙寬度、信號中心頻率、信號功率、信號信噪比等基本屬性。
(1) 將通信時隙基本屬性的實測值實時的與理論值進行比較，在實測值超出范圍時完成向用戶告警。
(2) 能夠實時記錄頻譜監(jiān)測過程中的各個狀態(tài)，供后續(xù)分析使用。
(四)


圖1衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)所需要監(jiān)測的衛(wèi)星信號示意圖2衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)的基本框架結構示意圖3衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部結構示意圖4衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)的主要測試流程方框示意圖。
圖中符號說明如下
10接收天線；20儀器設備；21 同步信號生成器；22下變頻器；23 示波器；24 實時頻鐠儀；30主控設備；31主控計算機；32數(shù)據(jù)庫服務器；40電纜；50網(wǎng)絡；100航管語音監(jiān)控系統(tǒng)。
(五)
具體實施例方式
下面將參考附圖并結合實施例，來詳細說明本發(fā)明。
圖l示出了本發(fā)明一個實施例的衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)所需要監(jiān)測的衛(wèi)星頻譜的基本特征，具體如下
用戶租用衛(wèi)星公司提供的Ku波段54MHz帶寬的信道，用戶把信道首先在頻率上進行復用，將54MHz帶寬分為20個通道，每個通道2.7MHz，每個通道釆用獨立的載波，在圖l中以縱軸進行表示。然后在每個通道上又采用時分多址(TDMA)的方式進行了復用，以20ms為周期進行時分，在20毫秒的周期內(nèi)安排寬度不同的時隙，每個時隙都可以完成一定速率的數(shù)據(jù)傳送，傳送的容量決定于時隙的寬度，在圖1中以橫軸的方向表示，每個通道中橫軸上的每個填充塊代表一個時隙，時隙可按照用戶規(guī)劃任意安排，每個時隙間保持6us的保護間隔，圖1中所示的時隙為示意圖，與實測系統(tǒng)不完全一致。
6從圖l可以看出，本實例監(jiān)測的信號為典型的Ku波段、多載波時分多址
(MF-TDMA)信號。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)的基本框架圖，如圖所示，航管語音監(jiān)控系統(tǒng)100包括
接收天線IO，安裝在室外，對準系統(tǒng)需要監(jiān)測的衛(wèi)星，用于接收衛(wèi)星當前的頻譜信息；
儀器設備20,通用的監(jiān)測儀器，完成接收天線l()接收的衛(wèi)星信號的引接和分離；
主控設備30,控制儀器設備20,對接收天線l()所下傳的頻譜信息進行分
析和監(jiān)測，在信號出現(xiàn)異常時告警，并完成系統(tǒng)的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)的記錄。
電纜40，采用同軸電纜，完成信號從天線到儀器設備的引接；
網(wǎng)絡50，以太網(wǎng)絡，用與連接主控設備30和儀器設備20，使儀器設備20接收主控設備30的遠程控制與操作。
可以看出，該實施例采用C/S ( Client/Server客戶機/服務端)結構，使用戶可以只通過主控設備30，就能夠完成衛(wèi)星信號的全程監(jiān)控。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明 一個實施例的實施例的衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部結構，具體如下
接收天線10直接接收衛(wèi)星信號，并將Ku頻段的頻譜信號直接接入本系統(tǒng)，通過高頻同軸電纜向后續(xù)系統(tǒng)傳送；
儀器設備20包括同步信號生成器21,用于分離Ku頻段信號中的同步信息，為后續(xù)信息提供時間同步；下變頻器22,用于將Ku波段高頻信號變化到零中頻，同時完成低通濾波，從頻域上分離用戶定義的不同通道；示波器23，顯示用戶定義下的某個通道的時域信息，并向主控計算機31提供該通道信號抽樣圖；實時頻譜儀24，采集Ku頻段，完成頻譜記錄和時隙基本屬性計算的功能。
主控設備30包括主控計算機31,控制儀器設備，完成Ku頻段信號監(jiān)測主測試流程；數(shù)據(jù)庫服務器32,采用商用數(shù)據(jù)庫，為主控計算機提供數(shù)據(jù)記錄服務。根據(jù)上述實施例，給出了該Ku波段一種具體實現(xiàn)方式。
具體而言，用戶采用4.5米口徑接收天線l()接收Ku頻段衛(wèi)星頻譜衛(wèi)星，本系統(tǒng)監(jiān)控其中的54MHz帶寬(分為20個通道，每通道2.7MHz )。
Ku頻段的頻譜信息分別引入儀器設備2()中的3臺儀器，分別為1)同步信號生成器，采用PolarSat公司產(chǎn)品，型號為VISA Plus II,可完成Ku波段的信號解調(diào)，提取其中的同步信息，輸出2()ms為周期的同步脈沖，為示波器23和實時頻譜儀24提供同步采集脈沖；2)下變頻器21,為自研產(chǎn)品，可將Ku頻段衛(wèi)星信號變頻到零中頻，便于后續(xù)示波器23設備的數(shù)據(jù)采集，同時還對信號完成帶寬為2.7MHz低通濾波，以分離各個通道的信號；3)實時頻譜儀24，釆用泰克公司產(chǎn)品，型號為RSA6106A，可完成頻譜的記錄與分析，在外部指定中心頻率、信號帶寬、時隙開始時間、時隙寬度等信息后，該設備能完成該時隙基本屬性的計算。
示波器23完成某通道時域特性的采集，采用泰克公司產(chǎn)品，型號為DP07104。在同步信號生成器的驅動下，示波器23和實時頻譜儀24同時對信號進行采集，時間持續(xù)一個時間片的長度，即20ms。
主控設備30包含的主控計算機31采用普通商用計算機，主控計算機安裝主控軟件，主控軟件擔負監(jiān)控流程組織、參數(shù)計算、數(shù)據(jù)比對、數(shù)據(jù)存儲等工作，是本信號監(jiān)測方法的實際執(zhí)行部分，主控軟件采用Visual Studio 2005進行編寫，釆用VISA Library儀器設備接口庫完成對示波器23和實時頻譜儀24的遠程控制與數(shù)據(jù)讀取。數(shù)據(jù)服務器32提供數(shù)據(jù)存儲服務，采用戴爾公司生產(chǎn)的6850型服務器，運行Windows 2003 Server,數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2005。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)的主要測試流程，描述了該實例如何監(jiān)控Ku波段、多載波時分多址(MF-TDMA)衛(wèi)星信號的主要步驟。本發(fā)明是一種Ku頻段、多載波時分多址衛(wèi)星信號監(jiān)測方法，該方法具體步驟如下
步驟一，待監(jiān)測的頻譜共54MHz帶寬，平均分為20個通道，每個通道2.7MHz，并采用時分多址的方式進行復用。用戶根據(jù)當前通信的規(guī)劃為20個通道的所有通信時隙指定其基本屬性的理論值，其中基本屬性包括開始時間、時隙寬度、信號中心頻率、信號功率、信號信噪比等內(nèi)容；步驟二，監(jiān)測系統(tǒng)準備完成后，打開接收天線，將KU波段、多載波時分
多址(MF-TDMA)信號引4妄入測試系統(tǒng)；
步驟三，同步信號生成器21對Ku波段信號進行解調(diào)，提取同步信息，并以脈沖的方式輸出；
步驟四，主控計算機31上的主控軟件遠程控制下變頻22，使其下變頻中心頻率對準通道0的中心頻率，并在下變頻后對信號進4于2.7MHz的低通濾波，將通道0信號與其他通道信號完成分離，并將0通道信號輸出至示波器23;
步驟五，主控計算機31上的主控軟件遠程控制實時頻譜儀24,使其中心頻率對準通道0的中心頻率，同時將濾波帶寬設置為2.7MHz。使其只對通道0的信號進行釆集；
步驟六，在同步信號生成器21生成的同步脈沖的觸發(fā)下，示波器23和實時頻譜儀24同時進行信號采集，完成數(shù)據(jù)記錄；
步驟七，主控計算機31上的主控軟件從示波器23遠程讀取示波器釆樣圖，進行信號的時隙分離，具體操作如下1 )對示波器讀取當前通道的20ms釆樣樣點求取當前通道的功率包絡；2)對當前通道的20ms功率包絡圖進一步濾波，以減小信號包絡起伏的幅度，以便于后續(xù)進行時隙搜索，提高準確度；3)采取單門限隨機徘徊濾波的方法進行時隙搜索。時隙判別時，為減少誤判，在處理軟件中設計了一個隨機徘徊濾波器。要求當某采樣點小于門限后，必須保證連續(xù)R10個點均低于門限，才認為是真正發(fā)生了從有信號到無信號的跳變；同時當從低于門限變?yōu)楦哂陂T限時，必須連續(xù)R01個采樣點才能夠確認，有信號和無信號間的時間即為 一個時隙。
步驟八，主控計算機31將分離開的時隙的開始時間和持續(xù)時間分別輸入實時頻譜儀24,實時頻譜儀24根據(jù)輸入得到出各個時隙基本屬性的實測值，并將值傳送到主控計算機31;
步驟九，主控計算機31上的主控軟件將測量通道各個時隙的實測值與理論值進行比較，比較內(nèi)容包括開始時間、時隙寬度、信號中心頻率、信號功率、信號信噪比，如果任何一個特性的實測值超出了理論值的范圍，系統(tǒng)將向用戶發(fā)出告警，提示用戶有異常發(fā)生。步驟十，主控計算機31根據(jù)當前的監(jiān)測狀態(tài)，采用正常時隙定時存儲，告警時隙全部存儲的方案，完成頻譜的記錄，所有信息存儲于數(shù)據(jù)庫服務器32。
步驟十一，主控計算機31上的主控軟件遠程控制下變頻22，使其下變頻中心頻率對準下一個待測通道的中心頻率，同時遠程控制實時頻譜儀24，使其中心頻率對準下 一 個待測通道的中心頻率。
從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)，能夠對Ku波段、多載波時分多址(MF-TDMA)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)進行信號監(jiān)測，實現(xiàn)了如下4支術效果
1、 通過協(xié)同控制多種測量儀器，自動實現(xiàn)精確分離多載波、時分多址通信系統(tǒng)中的所有通信時隙，并完成各個時隙的開始時間、時隙寬度、信號中心頻率、信號功率、信號信噪比等基本屬性的測量。
2、 將各個時隙的基本屬性的實際測量值與理論值相比較，在某時隙出現(xiàn)基本屬性實際測量值超出理論值范圍時，向用戶發(fā)出監(jiān)測異常告警。
3、 釆取告警時隙全存儲、正常時隙定時存儲的方案，記錄頻譜監(jiān)測過程，供用戶后續(xù)分析使用。
顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發(fā)明的各^f莫塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個集成模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結合。
權利要求
1、一種Ku頻段、多載波時分多址衛(wèi)星信號監(jiān)測方法，它是在由實時頻譜儀、同步信號生成器、下變頻器、示波器組成的通用監(jiān)測儀器和包括理論時隙安排錄入模塊、衛(wèi)星頻譜信號分離模塊、數(shù)據(jù)比對模塊、數(shù)據(jù)記錄與分析模塊組成的控制軟件所共同構成的衛(wèi)星通信頻譜監(jiān)測系統(tǒng)上實現(xiàn)的，其特征在于該方法具體步驟如下步驟一用戶將衛(wèi)星信號所有時隙基本屬性的理論值錄入系統(tǒng)；步驟二Ku頻段衛(wèi)星信號引接，并分為3路，分別接入同步信號生成器、實時頻譜儀和下變頻器；步驟三同步信號生成器完成信號解調(diào)，并產(chǎn)生同步脈沖；步驟四下變頻器將某通道信號從Ku波段變頻到零中頻，并完成信號低通濾波，得到單通道即單載波信號，并其輸入示波器；步驟五實時頻譜儀調(diào)整參數(shù)設置，在Ku波段上，直接對準對步驟四中完成下變頻的通道；步驟六觸發(fā)示波器與實時頻譜儀對信號進行采樣；步驟七控制軟件從示波器讀取該通道時域特性圖，并根據(jù)時域圖分離各個時隙，得到時隙的開始時間和持續(xù)時間；步驟八控制軟件將各個時隙的開始時間和持續(xù)時間依次輸入實時頻譜儀，并從實時頻譜儀讀取輸入時隙的基本屬性，從而得到實測值；步驟九將各個時隙基本屬性的理論值和實測值進行比對，在出現(xiàn)異常時，完成告警；步驟十依據(jù)實際監(jiān)測狀態(tài)完成信息的存儲；步驟十一調(diào)整下變頻器和實時頻譜儀設置，重復步驟四到步驟十，可以完成任意通道的信號監(jiān)測。
全文摘要
一種Ku頻段、多載波時分多址衛(wèi)星信號監(jiān)測方法，它由以下步驟實現(xiàn)；一、將衛(wèi)星信號的理論值錄入系統(tǒng)；二、Ku頻段衛(wèi)星信號分3路引接；三、同步信號生成器完成信號解調(diào)并產(chǎn)生同步脈沖；四、下變頻器將信號從Ku波段變頻到零中頻得到單通道信號并輸入示波器；五、實時頻譜儀調(diào)整參數(shù)設置，完成下變頻的通道；六、觸發(fā)示波器與實時頻譜儀對信號采樣；七、控制軟件從示波器讀取該通道時域特性圖，并根據(jù)圖分離各個時隙；八、控制軟件將各時隙開始時間和持續(xù)時間依次輸入實時頻譜儀，得到實測值；九、將各個時隙理論值和實測值進行比對；十、依據(jù)實際監(jiān)測狀態(tài)完成信息的存儲；十一、調(diào)整下變頻器和實時頻譜儀設置，重復四到十，完成任意通道的信號監(jiān)測。
文檔編號H04B7/185GK101562485SQ200910085468
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月25日 優(yōu)先權日2009年5月25日
發(fā)明者馮文全, 曦 劉, 佳 尹, 王祖林, 琪 趙 申請人:北京航空航天大學