Станция технического контроля сигналов спутниковых линий связи

 

Изобретение относится к радиотехнике и цифровой технике и может быть использовано для технического контроля сигналов спутниковых линий связи типа "один канал на несущую". Технический результат - создание станции технического контроля сигналов спутниковых линий связи типа "один канал на несущую" и определение зон уверенного приема. Это достигается тем, что станция содержит последовательно соединенные антенну с системой наведения, поляризатор и два тракта приема и демодуляции, каждый из которых состоит из последовательно включенных малошумящих усилителей, преобразователей частоты, радиоприемного устройства, блока оптимальной фильтрации и когерентного демодулятора. Для обработки сигналов с многостанционным доступом на основе временного разделения каналов во второй тракт включен кадровый синхронизатор с выделителем пакета. Далее полученные цифровые сигналы обрабатываются аппаратными или программными средствами. 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и цифровой техники и может быть использовано для контроля сигналов спутниковых линий связи типа "один канал на несущую" (ОКН). Такие системы связи в последние годы получили широкое распространение (системы связи VSAT, Спейд) и т.д. в силу простоты организации связи и максимального удовлетворения нужд потребителей.

Каналы системы связи могут быть закреплены за отдельными потребителями, работать по расписанию или по распределению в зависимости от приоритетов абонентов, их важности и очередности.

В то же время такие системы связи имеют ряд особенностей.

В частности, для обеспечения максимального объема передаваемой информации в отведенной полосе частот используются сигналы с левой и правой поляризацией, а также широко используются вокодерные передачи, обеспечивающие сжатие информации и соответственно уменьшение полосы частот.

Основная масса каналов работает в режиме многостанционного доступа на основе частотного разделения каналов (МДЧР), отдельные каналы могут работать в режиме многостанционного доступа на основе временного разделения (МДВР). При этом суперкадровые (кадровые) синхросигналы могут передаваться как в стволе собственного ретранслятора, так и в стволе ретранслятора другой системы связи. Т.е. обработка отдельных каналов с МДВР возможна только при приеме и обработке соответствующего ствола этой или другой системы связи, в котором передаются сигналы управления и синхронизации для канала с МДВР [1, стр.68].

В настоящее время наблюдается несколько тысяч каналов ОКН. Поэтому актуален вопрос контроля сигналов таких линий связи.

В [2] приведено описание станции технического контроля сигналов спутниковых линий связи, принятой за прототип, содержащей последовательно соединенные антенну с системой наведения, малошумящий усилитель (МШУ), преобразователь частоты, радиоприемное устройство (РПУ), блок оптимальной фильтрации, разветвитель, коммутатор, когерентный фазовый демодулятор сигналов с МДЧР, второй коммутатор, накопительный буфер, персональную ЭВМ (ПЭВМ) и блок программного обеспечения, а также последовательно соединенные когерентный фазовый демодулятор сигналов с МДВР и кадровый синхронизатор с выделителем произвольного пакета. При этом вход демодулятора сигналов с МДВР подключен ко второму выходу разветвителя, а выход кадрового синхронизатора с выделителем произвольного пакета подключен ко второму входу второго коммутатора. Станция содержит также преобразователь сигналов с кодовым разделением (МДКР) в МДЧР, при этом вход преобразователя многостанционного доступа на основе кодового разделения каналов (МДКР) в МДЧР подключен ко второму выходу разветвителя, и выход - ко второму входу первого коммутатора.

Недостатком прототипа является отсутствие в нем поляризатора, обеспечивающего выделение сигналов с правой и левой поляризацией, невозможность обработки сигналов с левой и правой поляризацией, невозможность обработки сигналов с МДВР, когда сигналы управления и суперкадровой (кадровой) синхронизации передаются в другом стволе, невозможность информационного доступа к сигналам ОКН при использовании вокодерных передач, а также отсутствие проверки качества канальной информации аппаратными средствами.

Целью изобретения является создание станции технического контроля сигналов с ОКН с учетом особенностей формирования сигналов и взаимодействия таких систем связи для обеспечения контроля качества принимаемой информации и зон уверенного доступа к сигналам ОКН.

Для достижения указанной цели предлагается станция технического контроля, содержащая антенну с системой наведения и сопровождения, последовательно соединенные МШУ и преобразователь частоты, последовательно соединенные РПУ, блок оптимальной фильтрации, когерентный фазовый демодулятор сигналов с МДВР и МДЧР, кадровый синхронизатор с выделением произвольного пакета, коммутатор, накопительный буфер, ПЭВМ и блок программного обеспечения, а также второй коммутатор.

Согласно изобретению в станцию введены последовательно соединенные поляризатор, вторые МШУ и преобразователь частоты, выход которого через второй коммутатор подключен ко входу РПУ. При этом выход антенны подключен ко входу МШУ через поляризатор. В станцию также введены последовательно соединенные помехоустойчивый декодер с деперемежителем, дескремблер и дифференциальный декодер, выход которого через первый коммутатор подключен к последовательно соединенным демультиплексору и каналовыделяющему устройству, обеспечивающему декодирование вокодерных передач, и ко входу накопительного буфера. Второй выход поляризатора подключен к первому МШУ. Для обеспечения контроля систем связи, в которых сигналы синхронизации и управления передаются в другом стволе, в состав станции веден второй аналогичный первому тракт, включающий в себя последовательно соединенные антенну с системой наведения и сопровождения, поляризатор, два МШУ, два преобразователя частоты, а также последовательно соединенные РПУ, блок фильтрации, когерентный фазовый демодулятор сигналов с МДВР и МДЧР, синхронизатор с выделением произвольного пакета, помехоустойчивый декодер с деперемежителем, дескремблер и дифференциальный декодер, выход которого через первый коммутатор подключен ко входу демультиплексора и ко входу накопительного буфера. При этом вторые выходы синхронизаторов первого и второго тракта подключены ко вторым входам синхронизаторов второго и первого тракта соответственно, а выходы преобразователей через второй коммутатор подключены к РПУ первого и второго трактов.

Когерентный фазовый демодулятор сигналов с МДВР и МДЧР выполнен по схеме Костаса и содержит синфазный и квадратурный каналы демодуляции, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр нижних частот (ФНЧ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифровой фильтр, выходы которых подключены к первым и вторым входам схем восстановления несущей частоты, восстановления тактовой частоты, детектора автоматической регулировки усиления (АРУ) и последовательно соединенные синхронизатор, деперемежитель с помехоустойчивым декодером несистематических и систематических сверточных кодов, дескремблер и дифференциальный декодер, а также по входу входной усилитель, выход которого подключен ко входам фазовых детекторов, фазовращатель на 90^o, синтезаторы восстановленной несущей и тактовой частот. Выход детектора АРУ подключен ко второму входу входного усилителя, выход схемы восстановления несущей частоты подключен ко входу синтезатора восстановленной несущей частоты, выход которого подключен ко входу фазовращателя на 90^o и фазового детектора синфазного канала. Выход схемы восстановления тактовой частоты подключен к синтезатору тактовой частоты, а его выход - ко входам АЦП и цифровых фильтров.

Предлагаемое построение станции обеспечивает: - обзор панорамы контролируемого диапазона частот с индикацией на мониторе ПЭВМ; - настройку на любой канал за счет перестройки демодулирующих устройств; - обработку сигналов с левой и правой поляризацией; - накопление информации и определение типа сигнала; - обработку и информационный доступ к сигналам с МДЧР и МДВР, в том числе для каналов с МДВР, в которых сигналы кадровой синхронизации передаются в стволе с МДЧР; - обработку вокодерных передач; - контроль качества сигналов с ОКН и зон уверенного доступа к ним как с помощью ПЭВМ, так и аппаратными средствами.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемой станции из литературы не известны, поэтому она соответствуют критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемой станции технического контроля сигналов спутниковых линий связи типа ОКН, на фиг.2 приведена более подробная функциональная схема демодулирующего устройства.

Станция содержит (фиг.1) два аналогичных тракта, объединяемых в единое целое коммутаторами.

Каждый тракт включает в себя последовательно соединенные приемную антенну соответственно 1 (2) с системой наведения ₁ (3₂), поляризатор 4₁ (4₂ ), МШУ 5₁, 5₂ (5₃, 5₄), преобразователи 6₁, 6₂, (6₃, 6₄), выходы которых через коммутатор 7 подключены к последовательно соединенным: РПУ 8₁ (8₂), блок фильтрации 9₁ (9₂), блок демодуляции сигналов с МДЧР и МДВР 10₁ (10₂), синхронизатор 11₁ (11₂), помехоустойчивый декодер с деперемежителем 12₁ (12₂), дескремблер 13₁ (13₂), дифференциальный декодер 14₁ (14₂).

Вторые выходы синхронизаторов 11₁ (11₂), и выходы дифференциальных декодеров 14₁ (14₂) через коммутатор 15 подключены ко входам последовательно соединенных накопительного буфера 16, ПЭВМ 17 и блока программного обеспечения (ПО) 18, а также ко входу последовательно соединенных демультиплексора 19, каналовыделяющих устройств (КВУ) 20. При этом третьи выходы синхронизаторов 11₁ (11₂) подключены ко вторым входам синхронизаторов 11₂ (11₁).

Станция имеет три режима работы: а) режим контроля сигналов одной системы связи, когда информация, сигналы управления и синхросигналы передаются в одном стволе; б) режим контроля сигналов двух систем связи, когда информация, сигналы управления и синхронизации передаются в своих стволах для каждой системы связи;
в) режим контроля двух систем связи, когда сигналы управления и синхронизации первой системы связи передаются в другом стволе той же или другой системы связи.

Станция в режиме а) функционирует следующим образом.

Антенна 1 с помощью системы наведения 3₁ наводится на интересующий объект. Принимаемый антенной 1 сигнал через поляризатор 4₁ поступает на два канала приема сигналов: с левой и правой поляризацией.

В первом канале сигнал (предположим с левой поляризацией) через МШУ 5₁, преобразователь 6₁, коммутатор 7, РПУ 8₁, блок фильтрации 9₁, поступает на демодулятор сигналов с МДВР 10₁.

Демодулятор 10₁ может работать в режиме обзора панорамы и демодуляции одного из выбранных сигналов, как с МДЧР, так и с МДВР. В режиме обзора панорамы демодулятор 10₁ перестраивается в диапазоне контролируемых частот и его отклики через коммутатор 15 и накопительный буфер 16 поступают в ПЭВМ 17₁, которая обрабатывает отклики демодулятора 10₁ и индицирует загрузку диапазона частот на мониторе, входящем в состав ПЭВМ.

В режиме демодуляции демодулятор 10₁ настраивается на один из интересующих сигналов и осуществляет когерентную демодуляцию сигнала. Далее в блоке 11 происходит выделение синхросигнала, в блоке 12₁ - деперемежение сигнала и помехоустойчивое декодирование систематических и несистематических сверточных кодов, в блоке 13₁ - дескремблирование, в блоке 14₁ - дифференциальное декодирование.

Далее цифровой сигнал в сопровождении тактовой частоты через коммутатор 15 поступает в накопительный буфер 16, из него перекачивается в ПЭВМ 17, в которой по программам блока 18, как в прототипе, определяется качество сигнала (вероятность искажения символа), а также программ-качество сигнала (вероятность искажения символа), а также программное выделение канальной информации и декодирование вокодерных передач.

Одновременно цифровой сигнал через коммутатор 15 поступает на демультиплексор 19, в котором аппаратными средствами происходит выделение синхросигнала и разделение цифрового потока на служебные и информационные биты. Далее сигнал поступает на КВУ20, в котором происходит выделение канальной информации, ее декодирование, в том числе демодуляция вокодерных передач.

В режиме б) аналогично работает и второй тракт по сигналам (предположим с правой поляризацией). Сигнал от антенны 2 через блоки 4₂, 5₄, 6₄, 7, 8₂, 9₂ поступает на когерентный демодулятор сигналов с МДВР 10₂, в котором преобразуется в цифровой поток.

Далее сигнал в сопровождении тактовой частоты поступает на кадровый синхронизатор 11₂, в котором происходит выделение кадрового синхросигнала и выделение любого пакета с привязкой к синхросигналу.

Далее сигнал через блоки 12₂, 13₂, 14₂ поступает на коммутатор 15, а с него сигнал поступает в накопительный буфер 16, ПЭВМ 17, в которой по программному обеспечению блока 18 происходит обработка и выделение сигнальной информации с оценкой ее качества.

В режиме в), когда (предположим в первом тракте) отсутствует сигнал управления и синхронизации в обрабатываемом сигнале, тракт работает, как в режиме а) и б), но сигнал синхронизации в первый тракт на блок 11₁ подается с блока 11₂ второго тракта.

По сигналу синхронизации первый тракт далее функционирует, как в режиме а). Аналогично может работать второй тракт, когда сигнал синхронизации на блок 11₂ подается с блока 11₁ первого тракта.

Блоки 1, 2...9, 11...15, 19, 20 выполнены по типовым схемам.

Демодулятор 10₁, синхронизатор с выделителем пакета 11₁, декодер 12₁, дескремблер 13₁, декодер 14₁, выполнены на одной плате. Аналогично блоки 10₂, 11₂, 12₂, 13₂, 14₂ также выполнены на одной плате.

Демодуляторы 10₁, 10₂ выполнены по схеме Костаса [3, стр. 291] (фиг.2) и содержат синфазный и квадратурный каналы демодуляции, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные фазовый детектор (ФД) 21, 22, ФНЧ 23, 24, а также фазовращатель на 90^o 25, выход которого подключен ко входу ФД22, схему ускоренного восстановления несущей частоты 26, включенный на входе входной усилитель 27, выход которого подключен ко входам ФД21, 22, а к выходам ФНЧ 23, 24 подключены соответственно последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 28, 29 и цифровой фильтр (ЦФ) 30, 31, выходы которых подключены к первым и вторым входам схемы ускоренного восстановления несущей частоты 26, схемы ускоренного восстановления тактовой частоты 32 детектора АРУ 33 и синхронизатора кадров 34. Выход детектора 33 подключен ко второму входу усилителя 27, выход схемы 26 подключен ко входу синтезатора восстановленной несущей частоты (ВН) 35, выход которого подключен ко входу фазовращателя 25 и ФД 21 синфазного канала. Выход схемы 32 подключен к синтезатору тактовой частоты 36, а его выход - ко вторым входам АЦП 28, 29 и ЦФ 30, 31. Выход синхронизатора кадров 34 подключен к входу последовательно соединенных деперемежителя с декодером систематических и несистематических сверточных кодов 37, дескремблера 38 и дифференциального декодера 39.

Демодулятор работает следующим образом.

Входной сигнал полосой 36 МГц (70±18 МГц) через входной усилитель 27 поступает на ФД 21, 22 на вторые входы которых подаются сигналы восстановленной несущей от синтезатора ВН 35 (на синфазный ФД21 непосредственно, на квадратурный канал ФД22 - через фазовращатель 25). Сигналы с выходов ФД 21, 22 поступают на ФНЧ 23, 24, с выхода которых сигнал поступает на АЦП 28, 29, в которых сигнал квантуется и преобразуется в цифровую форму, и далее на цифровые фильтры 30, 31 в которых сигнал фильтруется и подвергается коррекции амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и группового времени запаздывания (ГВЗ) с глубиной коррекции ±3 бита. Тактовая частота на АЦП 28, 29 и ЦФ 30, 31 подается с выхода синтезатора тактовых часто 36. Сигналы с ЦФ 30, 31 поступают на первые и вторые входы синхронизатора 34, схемы восстановления несущей 26, схемы восстановления тактовой частоты 32 и детектора АРУ 33.

Настройка демодулятора на любой сигнал в полосе 36 МГц осуществляется заданием центральной частоты сигнала в синтезаторе восстановленной несущей 35, а слежение за восстановленной несущей - в кольце фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) через схему восстановления несущей 26.

Аналогично задается тактовая частота в синтезаторе 36, а слежение за восстановленной тактовой частотой в кольце ФАПЧ - через схему ускоренного восстановления тактовой частоты 32. Слежение за уровнем входного сигнала осуществляется в кольце АРУ через детектор АРУ 35. Установка параметров устройств, в том числе и цифровых фильтров 30, 31 (маски фильтров), задаются от ПЭВМ станции.

Цифровой сигнал после цифровых фильтров 30, 31 поступает на синхронизатор кадра 34, в котором выделяется кадровый сигнал, определяющий начало блока перемежения. По этому сигналу запускается блок 37, в котором групповые ошибки в цифровом потоке преобразуются в одиночные, распределенные на интервал кадра, и далее помехоустойчивый декодер исправляет одиночные ошибки. Дескремблер 38 обеспечивает дескремблирование аддитивных и мультипликативных скремблеров, а дифференциальный декодер 30 устраняет фазовую неоднозначность демодулятора.

Последовательность операций и их номенклатура задаются программно от ПЭВМ 17 станции.

Использование синтезатора в контурах восстановления несущей и тактовых частот (вместо генераторов, управляемых напряжением) и перестраиваемых цифровых фильтров обеспечивают демодуляцию фазоманипулированных (ФМ) сигналов в широком диапазоне скоростей, а использование в качестве помехоустойчивого декодера интегральной микросхемы типа KWALCOM (Q190C-1S3) обеспечивает декодирование широкого класса несистематических сверточных кодов (в том числе и решетчатых кодов).

Предложенное построение станции и демодулирующих устройств опробировано на реальных линиях связи и подтвердило возможность использования ее для определения и контроля параметров сигналов спутниковых линий связи (СЛС) типа ОКН.

В рамках ОКР "Тор" разработаны и прошли испытания антенны с системой наведения, поляризатор, МШУ, преобразователь, а в рамках ОР "Импульс-1" изготовлены и прошли испытания РПУ, блоки фильтрации, демодуляторы МДЧР и МДВР, кадровый синхронизатор с выделителем пакета, накопительный буфер, ПЭВМ с блоком декодирования вокодерных передач, демультиплексор и КВУ с декодером вокодерных передач.

В результате использования предложения получен следующий техническо-экономический выигрыш:
- станция позволяет контролировать технические параметры сигналов типа ОКН с кодами доступа МДЧР и МДВР, в том числе и при отсутствии сигналов суперкадровой (кадровой) синхронизациями в сигнале с МДВР за счет использования аппаратных и программных средств;
- обеспечивается обзор панорамы, определение загрузки частотного плана и возможность настройки на любой сигнал за счет возможности перестройки демодулятора и использования средств вычислительной техники;
- обеспечивается обработка сигналов с левой и правой поляризацией за счет введения в состав станции поляризатора;
- обеспечивается обработка вокодерных передач за счет введения декодеров в состав КВУ и ПЭВМ;
- обеспечивается контроль качества сигналов и определение зон уверенного приема.

Литература
1. В.А.Жилин. Международная спутниковая система морской связи "ИНМАРСАТ". - Л.: Судостроение, 1988 г. (стр.68).

2 Патент 2176130, Станция технического контроля сигналов спутниковых линий связи.

3. Дж.Спилкер. Цифровая спутниковая связь. - М.: Связь, 1979, (стр.183).

Формула изобретения

Станция технического контроля сигналов спутниковых линий связи, содержащая первый тракт, включающий в себя антенну с системой наведения и сопровождения и последовательно соединенные первые малошумящий усилитель и преобразователь частоты, а также последовательно соединенные радиоприемное устройство, блок оптимальной фильтрации, когерентный фазовый демодулятор сигналов с многостанционным доступом на основе временного и частотного разделения, синхронизатор с выделителем произвольного пакета, первый коммутатор, накопительный буфер, персональная электронно-вычислительная машина и блок программного обеспечения, а также второй коммутатор, отличающаяся тем, что в нее введены последовательно соединенные поляризатор, вход которого подключен к выходу антенны, вторые малошумящий усилитель и преобразователь частоты, а также последовательно соединенные деперемежитель с помехоустойчивым декодером, вход которого подключен к первому выходу синхронизатора, дескремблер, дифференциальный декодер, выход которого через первый коммутатор подключен ко входу последовательно соединенных демультиплексора и каналовыделяющего устройства, причем выход поляризатора подключен ко входу первого малошумящего усилителя, а выходы преобразователей через второй коммутатор подключены ко входу радиоприемного устройства, а также введен второй тракт, аналогичный первому и включающий в себя последовательно соединенные антенну с системой наведения и сопровождения, поляризатор, последовательно соединенные первые малошумящий усилитель и преобразователь частоты, последовательно соединенные вторые малошумящий усилитель и преобразователь частоты, причем входы обоих малошумящих усилителей соединены с соответствующими выходами поляризатора, а выходы обоих преобразователей через второй коммутатор подключены ко входу последовательно соединенных радиоприемного устройства, блока оптимальной фильтрации, когерентного фазового демодулятора с многостанционным доступом на основе частотного и временного разделения, синхронизатора с выделителем произвольного пакета, деперемежителя с помехоустойчивым декодером, дескремблера и дифференциального декодера, выход которого соединен со вторым входом первого коммутатора, при этом третий выход синхронизатора первого тракта соединен со вторым входом синхронизатора второго тракта, третий выход синхронизатора второго тракта соединен со вторым входом синхронизатора первого тракта, вторые выходы синхронизаторов первого и второго трактов подключены через первый коммутатор ко входу накопительного буфера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2