作者：广州虹科

大型设施中卫星信号的传输和分配

无论是在有线，地球站还是在通信卫星中，可靠的信号传输和分配都是设施成功运行的基础。从卫星天线处的信号接收，到设施内的处理和分配，再到最终分配，必须正确设计和管理信号质量可用性。冗余在确保最大的可靠性和正常运行时间方面起着关键作用。

卫星地球站天线，通常称为卫星“天线”，用于从有线前端和其他设施的电视节目网络接收卫星信号。根据频率，卫星位置和服务要求，它们的直径可能从1到最大30米不等。

图1：德国Raisting的天线场地球站

信号以不同的频率和极化在卫星和地面天线之间从太空传输到地球。电视信号通常在Ku（10-18 GHz）或C波段（3-6 GHz）或二者结合时发送，具体取决于本地和区域环境。Ka-Band（20/30 GHz）广播了全世界越来越多的信号。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彼此垂直。分离是通过天线馈电执行的，该馈电将信号馈送到低噪声下变频器（LNB，Low Noise Block Converter）。

LNB（低噪声下变频器）将从卫星接收到的微弱信号进行频率转换，并将其放大以通过电缆传送到通常与其他电子网络单元一起放置的室内接收和解码设备。

从太空卫星接收（或下行链路）的高频输入信号通常由LNB下变频为L波段（950-2150 MHz）或扩展的L波段（850-2450 MHz）频率范围，并通过电缆，例如同轴铜电缆。特殊形状的天线可以安装多个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设备，以保护下行链路中的设备免受过压损坏。

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，Integrated Receiver/Decoder），后者将信号处理并解码到基带。该链接有时称为设施间链接（Inter-Facility Link）或IFL。LNB通过同轴电缆进行电传输通常会导致衰减损耗，尤其是在较长的传输路径上。放大器通常在布线开始时用于补偿损耗。否则，信号电平和信噪比（SNR）可能会太低而无法确保适当的信号质量。

对于从LNB到IRD的传输路径小于100米的天线和系统，同轴电缆上的传输带来的损耗很小，并且出于成本原因通常是可以接受的。对于更长的布线距离或带有多个天线的系统，将导致比同轴电缆更大的线路损耗，因此，RF-over-Fiber传输具有主要优势，应该使用。另外，如果需要特别高的信号质量，则同轴IFL链路可能不是明智的选择。

通常，光纤传输（RFoF link）的优势包括：

LNB输出信号到光纤的转换通常在专用设备中进行，该专用设备安装在室外，安装在靠近天线的机架中。 通常使用紧凑型设备，例如RF设备供应商虹科DEV Systemtechnik的DEV 7152室外机架（请参见图2）。 直接安装在碟形卫星天线桅杆上的设备也正在使用中。 除了执行电光转换外，这些设备还可以为到IRD（接收器）的链路提供冗余功能。 它们还可以用于设置重要参数，以用于下行链路信号的持续传输。

图2：室外光纤DEV 7152上的Optribution®RF

图3：带有电光转换设备的机架式住房

为了确保连续的信号可用性，即使在传输链的一部分出现故障的情况下，也要对路径进行冗余设计。如果路由的一部分出现故障，则备用设备可以接管发生故障的部分继续信号传输。为每个传输部分实现一个冗余单元（所谓的1 + 1冗余）将导致成本增加。由于仅在极少数主要路径故障的情况下才需要备用设备，因此更有效的解决方案是实现N + 1冗余。使用N + 1冗余，由于传输线两侧的智能交换设备，“ N”个主单元可以共享相同的（1）冗余单元。

对具有冗余的丢失进行对冲的概念不仅适用于传输线。天线场也可以得到保护，以免发生故障。机动转向备用天线可用于恢复设施中1到N个固定（非转向）天线的故障。可以将由天线控制单元（ACU）控制的备用天线指向不同的卫星位置，以恢复多个固定位置天线之一。可以使用通常安装在天线机架防护罩中的冗余开关来完成这种天线故障备份恢复。也可以将交换机安装在光纤传输链路的后面。

如果冗余开关检测到来自固定天线之一的信号出现故障，则ACU会将机动化的可操纵备用（冗余）天线指向故障天线的卫星位置。一旦在正确的卫星上达到峰值，备用天线就可以代替故障天线接收并恢复信号。信号中断因此被最小化。

对于没有管理系统可以自动执行切换或不希望执行集成的操作员，DEV Systemtechnik提供了一种特殊的解决方案：DEV 1993 Antenna Redundancy Switch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，它可以完全接管ACU的控制。结果，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。

图4：天线冗余开关DEV 1993

故障不仅是由技术缺陷引起的。恶劣的天气事件可能会影响整个天线场，这是由于降雨和大气湿度造成的卫星信号衰减所致，而后者又严重地衰减了较高的卫星频率（Ku-Band，Ka-Band）。但是，由于造成中断的天气影响倾向于在地理位置上进行局部化，因此可以实施一种称为“站点分集”的概念，以最大程度地延长正常运行时间并最大程度地减少天气影响。通过这种“站点分集”方法，可以在通常至少50至150公里之外的其他位置建立冗余的下行链路天线设施。光纤射频（RFoF）用于链接两个站点。

冗余设施通常较小，可能无人值守，并且可能仅包括主要的卫星天线，室外设备和保护设施。在“站点分集”，下行链路的电信号经过转换以进行光纤传输，复用并通过光纤链路发送到主要的前端接收设备。

由于光纤连接可能需要购买光纤电信服务，并且这会产生高昂的经常性费用，因此通常使用诸如CWDM（粗波分复用）和DWDM（密集波分复用）之类的方法来提高带宽效率合并信号并将其从天线分集站点传输到主站点。使用CWDM或DWDM，使用不同的波长，可以通过一条光纤传输多达16或80个不同的信号。在光纤上的RF接收位置，多路分路器将多路信号复用划分回单独的信道和路径。天线源之间的切换也可以通过1 + 1冗余开关进行管理。

为了在设施内和设施之间分配，多路复用，传输和切换光纤上的RF信号，可以采用不同的方法，具体取决于应用程序和操作员的偏好。经典版本是硬连线分配：将输入的RF信号馈入分路器上的电光转换器。由于分路器会降低信号功率，因此这里主要使用集成的放大器。例如，使用1：2分路器，信号电平下降约3-4 dB。1：128的分路器对应于大约26 dB的衰减。除任何线路损耗外，还必须解决由于分配造成的非常重大的损耗。

DEV Systemtechnik是用于RF信号分配，切换和放大功能的设备的主要供应商，在单个机箱中提供独特的解决方案。这些产品有不同的尺寸和不同的集成度。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，可显着节省空间和功耗。

图5：完整的信号路径概述

比“硬接线”设施更灵活的选择是使用矩阵开关。这样就可以将输入源切换到任意数量的输出，反之亦然。使用RF矩阵开关，不再需要手动重新配置电缆或配线架以更改信号路径。冗余，光电转换和放大都可以由矩阵开关执行。该设备可以通过Web浏览器或现有管理系统进行远程控制。DEV Systemtechnik的产品组合范围从具有8个输入和输出的紧凑型RF矩阵开关到一个64x64矩阵，可以将其组装成一个集群，并提供高达2048x2048的输入和输出。

设施内的RF信号路由要求因应用而异。为了进行节目采集，将输入的卫星和/或光纤RF信号发送到IRD（集成接收器解码器，Integrated Receiver Decoders）以解码视频，和/或将其馈送到电缆或IPTV系统多路复用器。如果IRD发生故障或出现故障，则可以使用矩阵交换机提供备用IRD，或者将问题信号复制并路由到测试设备以进行测试和故障隔离。

在发射站传输侧，矩阵交换机还可用于将来自IRD源的信号路由以进行正向分配，例如，路由至调制器，以直接传输至HFC（混合光纤/同轴电缆）电缆网络，或IPTV编码和多路复用系统以进行下游传输分配到机顶盒。