未来智讯 > 科技博览纵横 > 民航KU卫星网优化调整方法总结

祝月娥+李伟

摘 要:民航KU卫星网于2007年正式投产运行。目前网内共有各类站点224个,KU网系统容量设计最大节点数为347个,目前使用节点330个,节点号资源仅剩余17个。因网络规模大,电路信令信息、状态信息、告警信息等的信息量已经达到控制信道容量的上限,造成网络广播信道经常拥塞,造成网内部分节点无法正常加载电路时隙分配表,导致电路无法正常建链。因网管软件的某些功能模块算法复杂,导致系统网管工作站经常死机,造成网管功能失效,无法实现网络监视、控制和参数配置。因此,优化网络结构、简化网管系统、提升业务通信质量、改善民航KU网网络运行稳定非常必要。本文把民航KU卫星网划分为几个子网,通过子网的通信来解决大网加载上线慢等问题,从而达到优化整个民航KU卫星网络,并以沈阳地面站为案例进行优化分析。

关键词:KU卫星网;优化调整;方法

中图分类号:TN713 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2018)01-0048-03

1 网络现状

民航KU波段卫星网使用亚洲四号卫星K-8V转发器,卫星定点于东经122.1度。网络采用加拿大PolarSat公司的VSATPlus II系统,该系统是基于跳频TDMA体制系统平台,网络的拓扑结构为全网状拓扑结构,并在此基础上支持单向广播回传的星状网络结构以及星状/网状混合网络结构。

1.1 电路及频带资源情况

目前民航KU波段卫星网总带宽为54MHz,全网共有各类电路221条,其中双向电路172条,广播电路46条,单向电路3条。使用21个TDMA载波,载波之间的带宽系数为1.4。21个TDMA载波分为三组,每组包括13或14个载波共36MHz频带。

1.2 网管配置及运行情况

民航KU卫星通信网拥有主用网控中心、备用网控中心,分别配置两套互为热备份的网管系统,当主用网管系统出现不正常状态时,可自动切换到备用网管。主网管系统位于民航空管设备保障基地主站内,备份网管位于网络的备份网控中心站,主备网管系统之间使用ATM电路连接,速率为512kbps,数据接口V.35接口。

目前,随着KU网络规模的不断扩大和电路数量的增加,KU网络电路运行总体情况不太理想,电路时通时断,无法持续提供高质量的通信;网管系统运行也不太稳定,多次出现数据库不同步、时隙混叠导致电路不通、切换MAP图导致部分节点下线、网管功能失效、主备时钟无法自动切换、网管无故重启和死机等问题,作为民航空管系统保障民航通信的传输手段“两地一空”的空中网络--卫星通信网,不能有效地起到应有的传输作用,因此优化势在必行。

2 网络优化原则和方法

为了尽量降低信令信道负荷,尽量简化网络结构,同时,还要具备跨地区通信的能力及一定的可扩展性。可进行以下优化:

(1)根据网络覆盖范围,将网络划分为多个子网,各子网由网控统一管理、独立工作。

(2)逻辑上隔离不同业务站点,新规划的子网覆盖有业务电路的站点。没有业务电路的站点仍继续保持在原网络中,待将来有业务使用需求时再申请加入相应子网。即将有、无业务的站点可以在逻辑上隔离,避免无业务的站点由于设备故障、疏于维护等原因对有实际传输需求的节点造成影响。

(3)化繁为简,划分子网可以把规模庞大、构成复杂的网络隔离成多个规模适中、构成简单的网络,使各子网的控制信息量及相应的网管工作负荷降低到合理水平,从而进一步优化网络。

3 网络优化具体方法步骤

3.1 网络优化

將目前的KU网络拆分为多个独立运行的子网,改变目前的组网方式,不再使用载波分组的频率方式,各子网在频率使用上不重叠,每个子网内各节点中频载波频率和ODU中心频率设置一致;优化原有存在问题的数据库同步机制和时隙分配算法,采用单机版网管软件,提高网管的运行稳定性和运行效率。

3.2 子网划分方式

按照地区对网络进行拆分,便于网络拆分为规模适度的子网,符合当前KU远端站的行政及业务管理模式。

3.3 子网划分

根据当前有电路节点的分布情况及业务电路所占带宽的统计,将KU网络划分为4个子网。

子网1:北京网控中心网关节点(0号网关节点和1号节点)、民航局KU站、十里河KU站、华北、华东地区有电路的站点。

子网2:北京网控中心网关节点(0号网关节点和1号节点)、西南、中南地区有电路的站点。

子网3:北京网控中心网关节点(0号网关节点和1号节点)、东北、西北、新疆地区有电路的站点。

子网4:其他无业务站点保持在原网络不变,归为子网4。

3.4 子网载波优化

划分为4个子网后,根据站点所属子网的不同,ODU中心频率值也不相同。按照优化,子网1和子网2站点ODU中心频率设置为14456MHz/12706MHz;子网3站点ODU中心频率设置为14474MHz/12724MHz;子网4的各个站点ODU中心频率保持不变。

3.5 子网网管系统优化

优化后的各子网网管不再采用异地备份的方式,采用单网管的工作方式,减少故障环节,简化网管系统复杂度。每个子网仅配置一套网管工作站,实现对本网络的监控和配置等,将采用单机版网管软件,摒弃原有存在问题的数据库同步机制和时隙分配算法。优化后,4台网管工作站分别与4个0号节点连接,作为组成各子网的网关节点,网控中心负责对全网的监视和配置。

3.6 网管中心优化

优化后的网络管理控制中心(网控中心)将承担5个网络的管理功能,和对每个网络实现监控功能。网管中心采用6.2m天线,使用原有冗余热备份ODU,实现网管通信和跨区通信,根据四个控制信道载波和跨区通信载波均优化于转发器中间18MHz频带,需根据子网优化规划将网控中心主站ODU中心频率更改为14464MHz/12714MHz。endprint

网控中心需新增3个子网的网关节点,同时还要传输至各个子网的跨区业务,因此,网控中心共需配置至少6个机箱,3个分别作为各个子网的0号网关节点,3个分别用于传输至各地的跨区业务。

3.7 远端站优化

优化不仅包含当前有业务站点,还包含所有无业务节点,只是无业务站点暂时不加入各子网,待到后续有需要时再加入。

4 下面以子网3沈阳节点为例,探讨远端站优化方法

子网3包含1个北京网控的0号网关节点、东北、西北、新疆地区站点。

沈阳KU卫星站点是民航KU卫星通信网络的一类站点,通常作为网内主时钟参考点,天线4.5米。

4.1 对星调整

为确保KU波段卫星天线对准所用的亚洲四号卫星,首先:调整天线指向,使其对星。调整天线俯仰角、天线方位角指标,用频谱仪接收卫星信标信号并进行测定,需要注意射频电缆连接频谱仪时一定要加隔直器,将直流隔开,否则频谱仪容易损坏,接收信号不够强时,要大角度调整天线方位和俯仰角,使信号接收在主掰上;若接收的卫星信标信号载噪比不合格,应调整天线重新对星。直到4.5米天线接收信标信号载噪比不低于43dB。

4.2 极化隔离度调整

在确保天线对星指标合格后,需要在亚洲卫星公司指导下进行天线的极化标定工作。

调整天线的极化角是为了避免上行载波干扰反极化用户,以及避免下行载波被反极化用户所干扰。极化方式是卫星天线信号的传播方式,有“水平极化”、“垂直极化”、“左旋极化”、“右旋极化”等方式,KU卫星通信系统采用的是线极化方式,发射为垂直极化,接收为水平极化。

按网络优化子网3分配单载波频点,沈阳远端站与亚洲卫星公司联系,在亚洲卫星公司指导下恢复ODU供电,发射单载波上星,调整双工器极化角,略微松开双工器四个螺钉,旋转到合适的角度,由亚洲卫星对该单载波极化隔离度进行捕获观测,若极化隔离度大于30dB则无需调整,拧紧四个螺丝。反之需要重新进行极化角调整,直至符合亚洲卫星公司的入网要求。

4.3 功率调整

在完成极化调整后,需进行本站功率调整,功率调整分为发射功率调整和接收功率调整。

发射功率调整分为单节点站发射功率调整和多节点站发射功率调整,对于多节点KU站,需对每个节点分别进行一次发射功率调整。沈阳KU远端站根据网络优化统一规划的子网3载波功率分配表修改载波功率设置,调整过程中须设置每个节点MODEM板中频发射电平为0dB,然后每个节点发射一次单载波,由网控中心协助进行功率标定,调整ODU发射增益(或发射衰减)将发射电平调整到全网优化统一要求的电平值。

接收功率调整由远端站自行完成,注意接收时需在中频电缆上串接20或30dB衰减器。上线后在MODEM菜单中调整,MAIN MENU→SATELLITE LINK PARAMETERS→DISPLAY SATELLITE LINK PARAMETER菜单中查看各节点接收电平(RX LEV),调整ODU下行增益(或下行衰减),接收电平在-3-+3dB范围内符合标准。

4.4 入网经纬度调整

沈阳节点在功率调整后,在MODEM板入网参数中设置节点经纬度,用GPS在沈阳远端站天线处测量当地经纬度,并将MODEM板经纬度参数修改为与GPS实测经纬度一致。多节点KU站需检查每个节点MODEM板经纬度设置。

5 业务的实现

KU网络优化工作改变了原网络结构,节点号进行了重新分配,网内原配置的业务电路将无法继续使用。原KU网中主要的业务电路都是在区内传输雷达、甚高频、自动转报等业务,采用以地区行政归属为基础的划分方式可以使这部分业务电路的使用不受影响。受到此次网络优化影响的主要是跨地区传输的业务电路,因此,在优化中需要特别考虑解决这部分业务的传输问题。

根據现有电路统计,KU网现有跨区电路30条,其中北京网控中心至各地的电路13条,其他地区间的跨区电路17条。对于网控中心与各远端站的电路,使用网控中心对应每个子网的1号节点,实现与各地区的通信;而对于不同地区间的跨区电路,则按以下原则进行业务接入:

电路收发两端分属于不同地区,但属于同一子网:直接配置电路实现子网内通信。

电路收发两端分属于不同地区、不同子网:有条件的一端加入对端子网。

电路收发两端分属于不同地区、不同子网,且无条件加入对端子网:无法实现跨区直接通信,建议在所属地区业务汇聚站点(区域管制中心或地区空管局)落地后使用其他手段传输。

6 注意事项

6.1 KU卫星入网参数调整及电路开通测试

远端站根据优化方案进行优化,逐个修改入子网参数并确认参数和指标符合要求后加入相应的子网;如果不满足入网要求,逐个进行调整直至符合标准。加入子网后,需进行电路测试及业务接入测试,确保加入子网后业务可正常传输。如遇电路不通等问题,及时排查。

6.2 远端站的应急措施

远端站在调整前要做好业务传输保障,准备相应备品备件,并记录调整前的室内Modem参数、ODU参数及设备连接情况。在调整过程中如果修改参数后无法正常入网,需及时联系网控中心解决,若仍无法解决,则按照记录恢复原参数,并加入原网络;若在调整过程中发生设备故障,则更换备用设备;若远端站在调整过程中出现影响网络其他站点运行的情况,则须关闭设备电源,待故障排除后再进行后续优化调整工作。

6.3 做好资料留档

完成天线对星标定并达到接收信标信号信噪比>43dB后,保存频谱图;将发射单载波与卫星公司联系进行极化隔离度调整的极化隔离度指标和截图传至北京网控中心;保存修改MODEM板入网参数加入相应子网的数据;留存加载测试正常后各种通信数据及业务配置数据。

7 结语

这次优化,适应了民航KU卫星网的故障排查及优化调整并进行了验证,为民航空管通信传输系统的提供了通信保障。优化后,民航KU网为单网管系统,网络运行稳定,通信质量满足业务使用要求。对沈阳KU卫星系统进行对星调整、极化调整、功率调整、入网经纬度调整后,系统运行指标良好,完全符合民航网控中心及卫星公司的指标要求,以上调整方法不仅在沈阳KU卫星系统上验证过,同时也在西乌、锦州、通辽、朝阳等KU系统上验证过,并且在新修建的沈阳区管KU卫星系统上也验证过,这些优化调整方法仍需在今后的工作中不断的完善和研究。endprint

中国科技纵横 2018年1期

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