一种宽带卫星通信验证系统及方法

摘要

本发明涉及一种宽带卫星通信验证系统，包括：用户段、信道、空间段和地面段；用户段，包括：宽带终端站原理样机、大规模终端站模拟器、跳波束调制终端、跳波束解调终端和业务模拟器；信道，包括：卫星信道模拟器；空间段，包括：星上数字透明处理器原理样机和跳波束模拟载荷；地面段，包括：网络管理系统、信关站原理样机和信关站模拟器；所述宽带终端站原理样机，用于接收和发射Ka频段信号，并对Ka频段信号进行功率放大、上变频与下变频，完成数据的调制解调、处理和转发。本发明解决了目前缺乏相关验证系统与验证方法、无法为工程应用提供技术可行性验证的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽带卫星通信验证系统及方法，属于宽带通信系统技术领域。

背景技术

目前现有的宽带卫星通信验证系统均只针对传统Ka频段透明转发模式，无法满足对Q/V链路特性、星地一体跳波束以及新型体制的卫星宽带通信系统的演示验证。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种宽带卫星通信验证系统及验证方法，可以对新型通信体制的宽带卫星通信链路性能及业务能力进行演示验证，解决了目前缺乏相关验证系统与验证方法，无法为工程应用提供技术可行性验证的问题。

本发明解决技术的方案是：

一种宽带卫星通信验证系统，包括：用户段、信道、空间段和地面段；

用户段，包括：宽带终端站原理样机、大规模终端站模拟器、跳波束调制终端、跳波束解调终端和业务模拟器；

信道，包括：卫星信道模拟器；

空间段，包括：星上数字透明处理器原理样机和跳波束模拟载荷；

地面段，包括：网络管理系统、信关站原理样机和信关站模拟器；

所述宽带终端站原理样机，用于接收和发射Ka频段信号，并对Ka频段信号进行功率放大、上变频与下变频，完成数据的调制解调、处理和转发；

所述大规模终端站模拟器，用于模拟大量用户终端，支撑超大容量宽带体制的卫星通信测试系统的验证；

所述跳波束调制终端，用于组帧的控制，生成基带数据，调制跳波束信号；

所述跳波束解调终端，提供跳波束信号解调，完成信号的解帧及统计；

所述业务模拟器，用于产生业务数据源，用于信关站模拟器、信关站原理样机的集中管控和业务分流的演示验证；

所述卫星信道模拟器，用于模拟Q/V频段传输信道环境，接收来自信关站原理样机输出的终端信号，对终端信号加噪声和传输时延后，输出至大规模终端站模拟器；同时，接收来自大规模终端站模拟器输出的终端信号，对该信号进行加噪声和传输时延后，输出至信关站原理样机；

所述星上数字透明处理器原理样机，支持星上任意频段、任意带宽之间信息交互及灵活的跨波束交互，用于完成数字透明处理技术的验证；

所述跳波束模拟载荷，接收跳波束信号和信令，并将接收到的跳波束信号在特定的输出端口进行输出；结合跳波束解调终端和跳波束调制终端，以支撑用于演示验证星地一体跳波束；

所述网络管理系统，对全网的卫星资源进行统一管理和调度，对卫星通信网络中所有设备进行监视和管理，对终端设备进行控制及资源分配；

所述信关站原理样机，用于卫星资源的管理与分配、基带数据的处理、封装、调制、解调、纠错以及卫星接口的适配；

所述信关站模拟器，单个信关站模拟器支持3个波束，每个波束配置一个网络段，每个网络段支持1个前向载波以及相应带宽的回传载波；

所述卫星信道模拟器，接收来自信关站原理样机输出的信号，对信号加噪声和传输时延前将多径衰落、多普勒频移、阴影衰落、雨衰对信号的畸变施加到信号，输出至用户终端；接收来自用户终端输出的信号，对该信号加噪声和传输时延前将多径衰落、多普勒频移、阴影衰落、雨衰对信号的畸变施加到该信号后，输出至信关站原理样机。

一种宽带卫星通信验证方法，包括：

通信体制验证：利用终端站原理样机实现前向链路宽带信号接收，并进行UDP、TCP业务传输；利用终端站原理样机实现入网，在网络管理系统查看终端入网状态；

信关站集中管控和业务分流验证：通过网管集中管理多个信关站基带设备和终端，同一信关站的终端之间传输业务、不同信关站的终端之间传输业务，通过业务传输路径和时延验证业务分流机制；

星地一体跳波束验证：基于跳波束调制终端、跳波束模拟载荷以及跳波束解调终端，实现星地一体跳波束验证；

Q/V链路特性对系统影响验证：基于Q/V信道模拟器、大规模终端站模拟器、网络管理系统和信关站原理样机，模拟Q/V频段信道下自适应高阶编码调制，对系统影响进行评估；

海量终端接入管理验证：设计缩比条件下的测试环境，使用宽带终端站原理样机和大规模终端站模拟器，实现海量终端接入仿真演示验证，模拟不同场景终端接入，通过终端接入管理系统进行建模，验证系统支持海量终端的能力；

数字透明处理功能验证：对数字透明处理器的多带宽变换能力进行演示验证；同时对数字透明处理器的灵活子信道功率控制能力进行演示验证，独立调整每个子信道的功率。

进一步的，通信体制验证包括：

将信关站原理样机与卫星信道模拟器、宽带终端站原理样机连接；

通过网络管理系统控制信关站原理样机输出符号速率、编码调制方式和传输速率；

将宽带终端站原理样机参数调整为与信关站模拟器相匹配的参数，观察终端是否可以入网成功，并记录终端传输速率；

基于通信验证系统环境，进行终端前向和回传速率测试、抗雨衰测试和终端管理和资源动态分配能力测试。

进一步的，信关站集中管控和业务分流验证包括：

将信关站原理样机、信关站模拟器、卫星信道模拟器和网络管理系统搭建成分布式信关站结构；

网络管理系统进行集中部署，使用网络管理系统对信关站原理样机和信关站模拟器进行信关站集中管理功能演示，包括设备管理、状态监控、告警管理和性能管理。

进一步的，星地一体跳波束验证包括：

跳波束调制终端监控界面设置波束驻留时间配比；

在跳波束模拟载荷的入口使用实时频谱仪观察信号是否为连续信号；

在跳波束模拟载荷的出口使用实时频谱仪观察信号是否为突发信号；

观察跳波束解调终端的接收帧数，并记录数据。

进一步的，Q/V链路特性对系统影响验证包括：

配置网络管理系统使通信验证系统以ACM方式工作；

使宽带终端原理样机以设置的信噪比入网，查看终端此时的信噪比和调制方式；

调整Q/V频段卫星信道模拟器的衰减，使宽带终端的收信噪比下降，再查看宽带终端原理样机此时的前向调制方式；

持续调整降低信噪比，查看宽带终端原理样机的调制方式是否有变化，如有变化观察变化趋势，并记录数据。

进一步的，海量终端接入管理验证包括：

将信关站原理样机与大规模终端模拟器连接；

基于通信验证系统环境，利用大规模终端模拟器模拟终端；

执行终端入网流程，通过网络管理系统查看终端入网状态。

进一步的，数字透明处理功能验证包括：

将信关站原理样机、信关站模拟器、卫星信道模拟器、星上数字透明处理器原理样机与宽带终端站原理样机连接；

使用网络管理系统设置信关站原理样机、信关站模拟器的编码调制方式、传输速率、收发频点参数；

调整星上数字透明处理器原理样机的带宽分配、路由选择及子信道功率参数；

将对应的用户终端的参数调整为与信关站原理样机和信关站模拟器相匹配的参数，观察终端是否可以入网成功，并记录终端传输速率。

进一步的，将信关站原理样机、信关站模拟器与2个宽带终端站原理样机中频连接。

进一步的，2个宽带终端站原理样机同时接入同一个信关站，进行终端Internet访问、VoIP通话和视频演示，验证同一个信关站下终端业务分流。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明超大容量宽带卫星通信验证系统支持自适应高阶编码调制、可变载波速率、功率控制与动态调配、跳波束等方式，实现海量终端的星地传输、系统管理和资源调配；

(2)本发明采用模块化思想构建，具有灵活性高、扩展性强的特点，可通过软、硬件共同实现，从变为半实物仿真演示验证系统，提供更为真实、可信的仿真环境；

(3)本发明通过地面终端、信关站原理样机、卫星信道模拟器，实现了对基于DVB-S2x/DVB-RCS2协议的宽带卫星通信系统的验证，解决了无法满足对Q/V链路特性、星地一体跳波束以及新型体制的卫星宽带通信系统的演示验证；

(4)本发明通过卫星信道模拟器、信关站原理样机和网管中心，实现了对不同信道条件下不同信号的业务速率的性能测试，同时提供整个卫星通信网络的管理、配置、告警等相关的网络管理服务，对为工程应用提供了更全面的技术可行性验证。

附图说明

图1为本发明系统组成。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

一种新型超大容量宽带体制的卫星通信验证系统，如图1所示，包括：用户段、信道、空间段、地面段。

用户段，包括：宽带终端站原理样机、大规模终端站模拟器、跳波束调制终端、跳波束解调终端、业务模拟器；用于模拟实际宽带卫星通信系统中的用户段；

信道，包括：卫星信道模拟器；用于模拟实际宽带卫星通信系统中的卫星信道；

空间段，包括：星上数字透明处理器原理样机、跳波束模拟载荷；用于模拟实际宽带卫星通信系统中的空间段；

地面段，包括：网络管理系统、信关站原理样机、信关站模拟器；用于模拟实际宽带卫星通信系统中的地面段；

所述宽带终端站原理样机，主要用于接收和发射Ka频段信号，并对Ka频段信号进行功率放大、上变频与下变频。以及完成数据的调制解调、处理和转发。用户各种应用设备通过网口连接交换机接入卫星网；传输速率下行最高可达200Mbps，上行最高可达20Mbps；支持自适应功率控制、自适应载波调整和调制编码方式的传输；支持下行DVB-S2X、ACM，上行支持DVB-RCS2、MF-TDMA接入；

所述大规模终端站模拟器，用于模拟大量用户终端，支撑超大容量宽带体制的卫星通信测试系统的验证；支持模拟终端接入数量不低于3000个；模拟终端与宽带终端原理样机可同时接入信关站系统；

支持模拟终端状态统计；

所述跳波束调制终端，主要功能包含组帧控制、基带数据生成，跳波束信号调制；输出频率范围：2400MHz～4000MHz；输出功率：-40dBm～0dBm；输出端接口：N型接口；

所述跳波束解调终端，主要提供跳波束信号解调，以及信号的解帧及统计功能；输入频率范围：2400MHz～4000MHz；输入频率带宽：45MHz；输入功率：-20dBm～-60dBm；输入端接口：N型接口；

所述业务模拟器，用于产生业务数据源如FTP业务、VoIP业务、视频业务等，支撑信关站模拟器、信关站原理样机的集中管控和业务分流的演示验证；支持随机接入、预约接入、按需接入等多种接入体制的仿真；支持固定分配、按需分配、竞争分配等多种资源分配体制仿真；

所述卫星信道模拟器，用于模拟Q/V频段传输信道环境。接收来自信关站原理样机输出的终端信号，对终端信号加噪声和传输时延后，输出至终端模拟器；同时，接收来自用户段输出的信号，对该信号进行加噪声和传输时延后，输出至信关站原理样机；Q/V频段星地传输信道模拟器有4个物理通道数，通道带宽：125MHz，卫星链路时延：最大1.5s精度1us；

所述星上数字透明处理器原理样机，支持星上任意频段、任意带宽之间信息交互及灵活的跨波束交互，规避了卫星通信体制的约束，支撑完成数字透明处理技术的验证；在数字透明处理转发中，首先通过数字信道化将宽带信道分割成细颗粒信道，然后在输入输出端口之间信道电路交换，最后将子信道合成后输出；

所述跳波束模拟载荷，接收跳波束信号和信令，并将接收到的跳波束信号在特定的输出端口进行输出。分路器完成信号的分路，将信号分别给到信令解调器和波束开关；信令解调器接收信令信号，解调器的中频模块将接收到的射频信号变至基带。基带信号处理单元采用大容量FPGA。基带部分完成信号解调，提取信令信号，生成开关切换命令，送到波束开关；波束开关由开关控制器和射频开关组成。开关控制器接收开关切换命令，控制开关进行切换。射频开关选用高性能的电子开关，可以将输入信号在多个输出端口之间快速切换，切换时间极短；

所述网络管理系统，对全网的卫星资源进行统一管理和调度，卫星通信网络中所有设备的监视和管理，对终端设备进行控制及资源分配。网络管理系统实现配置管理、监控管理、故障管理、性能管理、系统管理、用户管理等功能。NMS支持HNO/VNO运维功能，同时，通过标准的北向接口为业务运营支撑系统(BSS/OSS)系统提供信息服务，主要包含告警、流量等相关接口，为维护提供支撑；

所述信关站原理样机，主要用于卫星资源的管理与分配、基带数据(业务数据、网管数据)的处理、封装、调制、解调、纠错以及卫星接口的适配等功能。调制器完成出境数据封装及DVB-S2x协议规定的编码(BCH+LDPC)调制功能。解调器完成入境DVB-RCS2协议规定的解调、解码功能。搭配跳波束载荷控制器使用，具备星地一体跳波束通信能力；

所述信关站模拟器，包括基带机箱、调制器、突发解调器、网络控制板、基带交换板；基带机箱为调制器、突发解调器、基带交换板卡、IF接口板卡等提供承载。调制器完成前向数据封装及DVB-S2协议规定的编码(BCH+LDPC)调制功能。突发解调器完成回传DVB-RCS协议规定的解调(QPSK)、解码功能。基带交换板卡完成以太网交换功能；

一种新型超大容量宽带体制的卫星通信验证方法，步骤如下：

包括：新一代超大容量先进通信体制验证阶段、信关站集中管控和业务分流验证阶段、星地一体跳波束关键技术验证阶段、Q/V链路特性对系统影响验证阶段、海量终端接入管理验证阶段和数字透明处理功能验证阶段；

所述新一代超大容量通信体制验证阶段步骤如下：

步骤(1)将信关站原理样机与卫星信道模拟器、宽带终端站原理样机连接；

步骤(2)使用网络管理系统设置信关站原理样机输出符号速率、编码调制方式和传输速率等；

步骤(3)将用户终端原理样机参数调整为与信关站模拟器相匹配的参数，观察终端是否可以入网成功，并记录终端传输速率；

步骤(4)基于演示验证系统环境，进行终端前向和回传速率测试、抗雨衰测试和终端管理和资源动态分配能力测试。

例如，对终端前向和回传速率验证阶段步骤如下：

1)将信关站原理样机与终端中频连接，并通过分路器与频谱仪连接；

2)通过网管界面设置前向链路符号速率分别为1Msps、30Msps、100Msps、500Msps，利用频谱仪测出前向链路带宽；通过网管界面设置回传链路符号速率分别为125Ksps、1Msps、4Msps、8Msps、12.5Msp，利用频谱仪测出回传链路带宽；

3)在终端界面查看前向和回传符号速率，界面显示实测结果与配置一致，通过；

例如，对抗雨衰测试验证阶段步骤如下：

1)通过网管界面设置前向链路符号速率分别为30Msps、10Msps、5Msps进行终端站入网测试，实测结果终端站入网成功；

2)通过网管界面设置前向/回传ACM调制参数，并通过调制信道模拟器参数，查看终端站信噪比状态，以测试ACM自适应调整功能。实测结果终端站modcod可进行自适应调整；

3)加大回传链路信道模拟器衰减值，实测结果小站可由10Msps载波切换至5Msps载波；

例如，对终端管理和资源动态分配能力阶段步骤如下：

1)在终端站新增终端站1和终端站，添加成功；

2)配置回传载波速率为1Msps，编码方式为8PSK5/6，数据接收正确；

3)终端1发送回传数据2Mbps；终端站最大可接收2Mbps；

4)终端站2发送回传数据，终端站1及终端站2均可被接收1Msps；

所述信关站集中管控和业务分流验证阶段步骤如下：

步骤(1)将信关站原理样机、信关站模拟器、卫星信道模拟器和网管管理系统搭建成分布式信关站结构；

步骤(2)网管系统进行集中部署，使用网络管理系统对信关站原理样机和信关站模拟器进行设备管理、状态监控、告警管理和性能管理等信关站集中管理功能演示；

步骤(3)将信关站原理样机、信关站模拟器与2个终端中频连接；

步骤(4)2个终端原理样机同时接入同一个信关站，进行终端Internet访问、VoIP通话和视频演示，验证同一个信关站下终端业务分流；

步骤(5)2个终端原理样机，1个接入信关站原理样机系统，另1个接入到信关站模拟器中，进行2个终端Internet访问、VoIP通话和视频演示，验证不同信关站下业务分流功能；

例如，对信关站集中管控和业务分流阶段步骤如下：

1)通过网管界面设置前向链路符号速率分别为50Msps回传为12msps进行终端站入网测试，终端站入网成功；

2)宽带终端原理样机连接业务模拟器、视频会议系统、IP电话，信关站模拟器连接应用服务器、视频会议系统和IP电话，链接成功；

3)宽带终端原理样机向信关站模拟器发送视频业务请求，观察并记录视频状态,视频清晰流畅；

4)宽带终端原理样机向信关站模拟器拨打电话并建立通信，查看语音是否清晰,语音清晰流畅；

5)宽带终端原理样机向信关站模拟器上传FTP文本数据，文件上传完成后，查看文件是否上传成功,文件上传成功；

6)在信关站部署web服务器模拟终端站连接Internet，用户模拟终端访问web服务器网页，观察并记录网页是否流畅,网页访问成功，且操作流畅；

所述星地一体跳波束关键技术验证阶段步骤如下：

步骤(1)跳波束调制终端监控界面设置波束驻留时间配比；

步骤(2)在跳波束模拟载荷入口使用实时频谱仪观察信号是否为连续信号；

步骤(3)在跳波束模拟载荷出口使用实时频谱仪观察信号是否为突发信号；

步骤(4)观察解调终端1和解调终端2的接收帧数；

步骤(5)记录数据；

例如，对星地一体跳波束关键技术验证阶段步骤如下：

1)跳波束调制器发送连续束信号，经过跳波束模拟载荷后，各个模拟波束仅观察到突发信号；

2)各个波束的突发信号时长可以按预案调整；

所述Q/V链路特性对系统影响验证阶段步骤如下：

步骤(1)配置网管让系统以ACM方式工作；

步骤(2)首先使宽带终端原理样机以较高的信噪比入网，查看终端此时的信噪比和调制方式；

步骤(3)然后调整Q/V频段星地传输信道模拟器的衰减，使宽带终端的收信噪比下降，再查看宽带终端原理样机此时的前向调制方式；

步骤(4)持续调整降低信噪比，查看宽带终端原理样机的调制方式是否有变化，如有变化观察变化趋势；

步骤(5)记录数据；

例如，对星地一体跳波束关键技术验证阶段步骤如下：

1)在演示验证系统中验证，使用信道模拟器模拟Q/V频段信道特性，终端可以可靠入网及通信，在链路出现较大衰落时自动调整调制编码方式；

2)测试结果：Q/V信道特性下，ACM可靠工作；

所述海量终端接入管理验证阶段步骤如下：

步骤(1)将信关站原理样机与大规模终端模拟器连接；

步骤(2)基于演示验证系统环境，利用大规模终端模拟器模拟3000个终端；

步骤(3)执行终端入网流程，通过网络管理系统查看终端入网状态；

例如，对海量终端接入管理验证阶段步骤如下：

1)在网管界面添加5000个模拟终端站，添加成功；

2)点击模拟终端站入网按钮，点击成功；

3)查看网管界面，5000终端站是否上线成功，5000终端站全部上线成功；

所述数字透明处理功能验证阶段步骤如下：

步骤(1)将信关站原理样机、信关站模拟器、卫星信道模拟器、数字透明处理器原理样机与宽带终端站原理样机连接；

步骤(2)使用网络管理系统设置信关站原理样机、信关站模拟器的编码调制方式、传输速率、收发频点等参数；

步骤(3)调整数字透明处理器原理样机的带宽分配、路由选择及子信道功率等参数；

步骤(4)将对应的用户终端的参数调整为与信关站原理样机和模拟器相匹配的参数，观察终端是否可以入网成功，并记录终端传输速率；

例如，对数字透明处理功能验证阶段步骤如下：

1)首先完成系统资源调整测试；

2)然后完成终端入网测试；

3)模拟单播业务。信关站从一组子带输入信号后，1个终端从1组输出子带接收信号，显示支持单播业务；

4)模拟组播业务。信关站从一组子带输入信号后，多个终端从多组输出子带分别接收信号。显示支持组播业务；

在所有阶段测试前，完成测试环境的选取、明确测试仪器使用要求并进行外观布线检查。

所述测试环境，环境温度：10℃～35℃(室内)；相对湿度：20％～80％；气压：标准大气压；

所述测试仪器使用要求，所选通用测试仪器经计量单位标定合格并在有效使用期内；具有自检功能的仪器设备使用前需自校；所有测试仪器开机预热至规定时间后测试有效；全部参试设备符合电器安全性规定；试验场地必须有良好的接地；

所述外观布线检查，按照机柜设备清单，检查设备是否上架；根据系统组成框图，检查布线、捆扎是否符合；

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，本发明提出的验证系统和验证方法实现了基于DVB-S2x/DVB-RCS2协议的宽带卫星通信体制的验证系统，可以对新一代超大容量先进通信体制、信关站集中管控和业务分流、星地一体跳波束技术、Q/V链路特性对系统影响、海量终端接入管理、数字透明处理功能等业务能力进行验证，为后续的工程应用提供了更全面的技术可行性验证。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。