原创 如何高效的实现大型设备中卫星信号的传输和分配?

2022-9-15 09:06 295 0 分类: 通信 文集: 卫星通信

无论是在有线、地面站还是传送站,可靠的信号传输和分配是设备保持稳定运行的基础。从卫星天线的信号接收,到设备内的处理和分配,再到最终分配,必须正确设计和管理信号质量可用性。冗余在保证最大可靠性和正常运行时间方面起着关键作用。


卫星接收

卫星地面站天线通常被称为卫星“天线”,用于从有线前端和其他设施接收来自电视节目网络的卫星信号。根据频率、卫星位置和服务要求,它们的直径可以从1米到30米不等。

信号在卫星和地面天线之间以不同的频率和极化从太空传输到地球,电视信号通常以Ku(10-18GHz)或C波段(3-6GHz)或者组合发送,具体取决于环境,而现在全世界越来越多的信号在Ka波段(20/30GHz)广播。接收到的电磁波的电场方向称为极化,垂直极化和水平极化相互垂直。

分配由天线馈送执行,天线馈送将信号馈送至低噪声下变频器(LNB)。LNB对从卫星接收到的微弱信号进行频率转换,并将其放大,以便通过电缆传输到通常与其他电子网络单元配套使用的室内接收和解码设备。

从太空中的卫星接收(或下行链路)的高频输入信号通常由LNB下变频到L波段(950-2150MHz)或扩展L波段(850-2450MHz)频率范围,并通过电缆(如同轴铜缆)进行传输。特殊形状的天线能够安装多个LNB,以同时接收多个不同位置的卫星信号。可以使用直接安装在天线上或下游信号路径中的防雷装置,以保护下行链路链中的设备免受过压损坏。


传输到接收设备

下一步是将下变频信号从LNB传输到集成接收器/解码器(或IRD),后者将信号处理并解码到基带,该链路有时称为设施间链接或IFL。同轴电缆上的LNB电传输通常会导致衰减损耗,尤其是在较长的传输路径上,放大器通常用以补偿损耗,否则信号电平和信噪比(SNR)可能会过低而无法确保信号质量。

对于从LNB到IRD的传输路径小于100米的天线和系统,通过同轴电缆的传输带来的损耗很小,并且出于成本原因该损耗通常是可以接受的。对于更长的布线距离或具有多个天线的系统,同轴电缆上的线路损耗更大,在这种情况下,光纤射频传输更有优势。

一般而言,光纤传输的优势包括:

  • 显著更高的带宽容量
  • 低损耗,传输距离远
  • 抗电磁干扰(EMI)能力强,且保密性好
  • 光纤轻便,部署灵活

LNB输出信号到光纤的转换通常在专用设备中进行,这些专用设备位于靠近天线的机架中。通常使用紧凑型设备,如虹科室外机架,也可以直接安装在卫星天线杆上。除了光电转换之外,这些设备还可以为到IRD(接收器)的链路提供冗余功能,并用于设置重要参数,以用于下行链路信号的持续传输。


冗余传输和天线

为了确保即使在传输链的一部分出现故障的情况下,连续信号依旧能够正常传输,需要对路径进行冗余设计。如果出现故障,备用设备可以接管故障部分继续进行信号传输。为每个传输部件配备一个冗余单元(1+1冗余)将导致成本增加。由于只有在主路径发生故障的罕见情况下才需要备份设备,因此更有效的解决方案是N+1冗余,在N+1冗余的情况下,“N”个主单元可以共享同一个冗余单元。

天线场也可以通过这种方式防止故障的发生,备用天线可用于恢复设施中1至N个固定天线的故障,可以使用通常安装在天线架上的冗余开关来完成。如果冗余开关检测到来自其中一个固定天线的信号故障,ACU将控制备用(冗余)天线指向故障天线对应位置的卫星,以代替故障天线。

对于没有能够自动执行切换的管理系统或不需要进行集成的运营商,天线冗余开关可以监控和切换连接天线的信号,以及在天线故障的情况下完全接管ACU的控制,它创建了一个封闭的自动化系统,无需外部管理系统即可实现天线冗余。


站点分集

故障有时候不仅仅是由技术问题引起的,恶劣天气也可能会影响整个天线场,这是由于降雨和大气湿度造成了卫星信号衰减,从而更严重地衰减了较高的卫星频段(Ku波段、Ka波段)。然而,由于造成故障的天气影响往往只发生在局部地区,因此可以采用“站点分集”的概念,以最大限度地保障正常运行时间并减小天气影响。通过这种方法,在通常距离至少50到150公里的位置构建冗余下行链路天线设备,利用光纤射频(RFoF)连接两个站点。

为了节约成本,通常使用CWDM(粗波分复用)和DWDM(密集波分复用),高效地组合信号并将其从天线分集站点传输到主站点。对于CWDM或DWDM,使用不同的波长,在一根光纤上最多可以传输16或80种不同的信号,在光纤射频接收位置,解复用器将多路复用分回各个信道和路径。天线源之间的切换也可以由1+1冗余开关来管理。虹科系列用于RF信号分配,切换和放大功能,在单个机箱中提供独特的解决方案。与传统解决方案相比,将信号转换和信号分配结合在同一个设备中,显著节省了空间和功耗。

作者: 虹科卫星与无线电通信, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3989649.html

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