Система контроля и диагностики на борту спутника-ретранслятора

Система контроля и диагностики  на борту спутника-ретранслятора 

     Как известно, в реальных сетях спутниковой  связи достаточно часто возникают  различные нештатные ситуации, которые  вызывают как ухудшение качества передачи, так и потерю связи из-за:

• снижения энергетического потенциала;
• нарушения условий синхронизации на разных уровнях;
• наличия помех различного происхождения;
• деградации или отклонения параметров оборудования земной станции (ЗС);
• отклонения параметров ретранслятора;
• отказа аппаратуры ЗС и т. д.

     Обычно  при поиске отказов наибольшее время  затрачивается на выявление причин, которые связаны либо с энергетическими  характеристиками образуемых каналов  связи, либо с внутрисистемной или  межсистемной электромагнитная совместимость (ЭМС).

     Выявление конкретной причины отказа тех или  иных направлений связи крайне важно, так как в зависимости от нее  для восстановления канала зачастую приходится пользоваться прямо противоположными управляющими воздействиями.

     Для эффективного решения этой задачи требуется  довольно большой объем информации, получаемой с территориально разнесенных  объектов. Это вызывает необходимость  наличия системы контроля и диагностики  спутниковых каналов связи (СКД  СКС). Основные ее характеристики определяются, исходя из особенностей развернутых  систем станции спутниковой связи (ССС), характеризующихся:

• большим числом станций спутниковой связи - от нескольких сотен единиц в одной сети;
• широким применением VSAT-технологии, работой ЗС в необслуживаемом режиме;
• сложной электромагнитной обстановкой в местах установки ЗС;
• работой ЗС в зонах с неуверенным приемом - на краю зон обслуживания спутником;
• использованием различных режимов многостанционного доступа к ретранслятору, в том числе и смешанных: МДЧР, МДВР (ТОМА и AA/TDMA - с адаптивным распределением загрузки), и т. д.

     Данные  параметры определяют такие характеристики СКД СКС как:

• высокое быстродействие (анализируются параметры большого количества ЗС);
• максимальная автоматизация и применение дистанционного контроля и анализа, позволяющих ЗС работать в необслуживаемом режиме;
• использование гибких методов и алгоритмов обработки сигналов, обеспечивающих контроль "помеховой" обстановки в реальном масштабе времени;
• применение комбинированных методов обработки, позволяющих контролировать системы, работающие в различных режимах многостанционного доступа;
• обеспечение высокой аппаратной и программной надежности системы и т. д.

     Учитывая  отмеченные особенности контроля спутниковых  каналов, а также естественную потребность  в унификации оборудования СКД СКС  для любого ствола РТР, контроль значений параметров РТР должен включать:

• контроль величин, характеризующих РТР как СВЧ многополюсник с разночастотными входами и выходами, в котором происходят усиление и преобразование СВЧ сигналов по стволам;
• контроль показателей каналов передачи, подтверждающих обеспечение контролируемым РТР нормируемых данных системы спутниковой связи в целом.

     К последней категории относится  и контроль обобщенных параметров прохождения  сигналов.

     С учетом такого разбиения, контроль спутниковых  каналов связи, должен включать:

• контроль параметров РТР, ЗС и радиолиний;
• обнаружение помех и мешающих сигналов путем контроля загрузки стволов спутника-ретранслятора;
• обнаружение помех на ретрансляторе КА и контроль несанкционированного доступа в местах установки ЗС;
• идентификацию помех.

     Если  контроль параметров не вызывает принципиальных трудностей, то определение уровня помех, возникающих при одновременной  работе всех стволов РТР, предусматривает  подачу в контролируемый канал измерительного сигнала и "загрузку" свободных  стволов сигналом, имитирующим реальный. Вопрос выбора параметров, критериев  и точности соответствия имитирующих  сигналов реальным сигналам зависит  от диапазона частот исследуемого ретранслятора, числа стволов, вида передаваемой информации.

     Следовательно, при контроле загрузки ствола необходимы:

• определение суммарной мощности сигнала в стволе;
• оценка уровня шумов ретранслятора;
• определение положения рабочей точки и точки насыщения ретранслятора;
• вычисление запаса по частотному и энергетическому ресурсу ретранслятора;
• определение коэффициента загрузки ствола;
• автоматическая идентификация радиолиний и выдача результатов изменений по параметрам (центральная частота, занимаемая полоса, уровень сигнала);
• оперативная оценка изменения параметров загрузки ствола (по полосе частот, энергетике).

     При контроле "помеховой" обстановки в стволе следует:

• обеспечить распознавание полезных сигналов сети;
• выдавать информацию о наличии сигналов, не соответствующих частотному плану, и определять их параметры - частоту, полосу, уровень, наличие модуляции.

     При анализе типа и источника помех  должна осуществляться классификация  помех по следующим признакам: сигнал связной несанкционированный или  с другим видом модуляции.

     При поиске несанкционированного доступа  необходимо определить:

• частоты, занятые несанкционированными абонентами;
• параметры несанкционированных сигналов;
• ресурс, занятый несанкционированными сигналами.

     Обобщая вышеизложенное, СКД СКС должна с максимальной достоверностью и в кратчайшие сроки установить:

• наличие сигналов с заданными параметрами на "своих" местах и их основные характеристики (отношение сигнал/шум на борту ретранслятора, уровень приема сигналов на контрольной станции);
• наличие помех или сигналов несанкционированного доступа;
• отсутствие заданных сигналов на своих местах;
• относительную мощность полезных сигналов, сигналов несанкционированного доступа и помех;
• общую относительную мощность.

     Очевидно, что реализация всех этих функций  невозможна без соответствующего управления заданием полей допусков на контролируемые параметры, а также параметрами  постановщика и компенсатора помех.

     Для достижения достоверности контроля необходимо, чтобы время анализа  сигналов при работе с анализатором спектра ограничивалось требованиями многостанционного доступа и количеством анализируемых стволов. В режиме МДЧР:

• при анализе одного ствола РТР - не более 20 с на один ствол;
• при анализе параметров помехи- в зависимости от ее параметров;
• при определении типа помехи и ее параметров время анализа на один сигнал - до 1 мин.

     При работе в многоствольном режиме время  анализа одного ствола должно быть не более 15 с, а в режиме МДВР - не более длины пакета ЗС и не менее максимальной длительности символов.

     Полученную  в результате информацию (спектр полезных сигналов, спектр помех и мешающих сигналов, графики и гистограммы  по обработке сигналов, таблицы и  параметры баз данных и т. д.) следует  отображать в виде, удобном для  восприятия оператором, в необходимом  объеме и с требуемым разрешением. Результаты контроля должны архивироваться и документироваться, чтобы имелась  возможность последующей статистической обработки по:

• суточному изменению параметров ЗС;
• сезонному изменению параметров радиолиний;
• времени появления и изменения параметров помех и т. д.

     Наиболее  эффективно эти задачи могут быть решены с использованием системы  контроля спутникового ресурса, разрабатываемой  в компании Syrus Systems совместно с ЗАО "Руднев и Шиляев" по заказу ОАО "Газком" и позволяющей оператору в автоматизированном режиме выполнять мониторинг частотно-энергетического ресурса спутника-ретранслятора.

     СКД СКС представляет собой систему  мониторинга спутниковых каналов  связи и помеховой обстановки с вторичной обработкой полученных результатов для оценки соответствия каналов установленным нормам. Выполняя функции СКД СКС, система обеспечивает сканирование полного стандартного ствола спутника-ретранслятора (36 МГц) за 20 с, при необходимости число стволов может быть увеличено.

     Ее  отличительной особенностью является то, что она может функционировать  как самостоятельная система  мониторинга, а также интегрироваться  в состав автоматизированной системы  управления сетью спутниковой связи.

     Базовая структура СКД СКС

     Принцип действия СКД СКС основан на использовании:

• компьютерного анализатора спектра (КАС);
• тестового спутникового модема (ТСМ);
• оборудования сопряжения СКД СКС с земной станцией спутниковой связи.

     КАС предназначен для получения и обработки спектрограмм анализируемых стволов, а ТСМ используется для проверки наличия ретрансляции в проверяемом стволе, загрузке ствола и подавления сигналов несанкционированного доступа.

     Измерительное оборудование (см. рисунок) может подключаться как по L-диапазону (в этом случае из-за использования вместо КАС универсального анализатора спектра время сканирования стволов увеличивается), так и по диапазону промежуточной частоты.

     В состав СКД СКС входят:

• базовый измерительный комплект (БИК);
• средства сопряжения БИК с земной станцией спутниковой связи;
• центральный сервер;
• рабочее место оператора.

     Базовый измерительный комплект представляет собой автономный модуль, состоящий  из собственно измерительных средств  и управляющего контроллера БИК  на базе промышленного компьютера с  архитектурой Intel под управлением операционной системы UNIX. БИК полностью функционирует в автоматическом режиме, загружая необходимые данные для проведения измерений с центрального сервера.

     В соответствии с полученными указаниями контроллер БИК выстраивает алгоритм управления измерительными средствами и при необходимости средствами сопряжения БИК и ЗС. Полученные результаты БИК обрабатывает и передает на центральный сервер.

     Средства  сопряжения БИК с земной станцией спутниковой связи обеспечивают его подключение к аппаратуре контрольной земной станции. В их состав входят конвертер вниз (на L- или ПЧ-диапазон), необходимые кабели и переходники для подключения анализатора спектра и модема, а также, при необходимости, конвертер на ПЧ-диапазон и (или) коммутаторы (если БИК подключается по ПЧ). Управление всеми средствами сопряжения выполняет контроллер БИК.

     Центральный сервер системы обеспечивает администрирование  всех БИК, архивирование результатов  измерений, полученных ото всех БИК  за календарный месяц, и до ступ операторов ПКД СКС к результатам контроля. При этом рабочее место оператора  системы строится на базе компьютера под управлением операционной системы  Windows NT.

     В системе существует три уровня доступа:

• оператор имеет право только на просмотр результатов контроля ресурса в стволах спутника-ретранслятора;
• диспетчер имеет дополнительные права по настройке конфигураций отдельных БИК;
• администратор имеет дополнительные права по администрированию базы данных, изменению паролей и т. д.

     Основные  функции системы

     На  основании обработки полученных результатов контроля, ПКД СКС  выполняет следующие функции:

• поиск сигналов несанкционированного доступа к ресурсу спутника-ретранслятора и помех;
• поиск отсутствующих рабочих сигналов в спектре ствола спутника-ретранслятора;
• определение основных энергетических показателей как отдельных сигналов, так и сети в целом;
• определение сигналов, выходящих за рамки допусков по энергетике;
• формирование сигналов тревоги по отсутствующим сигналам;
• формирование предупреждений по несоответствию параметров сигналов заданным.