BD 440031-2021 射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)通用要求

1、BD 440031-2021射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)通用要求General requirements for radio frequency signal remote transmission system2021-05-25 發(fā)布2021-06-01 實施BD 440031-2021目次范圍1規(guī)范性引用文件1術(shù)語和定義1系統(tǒng)應(yīng)用3系統(tǒng)組成4系統(tǒng)原理5系統(tǒng)功能和性能指標(biāo)要求5一般要求6系統(tǒng)分解指標(biāo)要求6射頻信號的采集和恢復(fù)要求61PPS 信號的采集和恢復(fù)要求7時頻同步要求7光纖線路要求7運行狀態(tài)監(jiān)控要求8測試方法8測試方法概述8功能測試8指標(biāo)測試8 IBD 440031-2021前 言本標(biāo)準(zhǔn)按照

2、BD 130002-2017 和BD 130003-2017 給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC 544）歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國衛(wèi)星導(dǎo)航工程中心、中國航天時代電子有限公司、電子科技大學(xué)、航科集團五院、中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、中國航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：郭樹人、高為廣、盧 鋆、王 威、劉思慧、宿晨庚、劉 成、盧滿宏、牛靖逸、魚 淵、姚 雷、柴 強、張國義、白 羽、趙曉琨、王 倩、林開欽、陳子昂、邵士海、陳 聰、張 猛、楊聰偉、馮文婧、王學(xué)良、李紹前、周玉霞、王維嘉。 II BD 440031-2021B

3、D 440031-2021 PAGE 9 PAGE 8 射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)通用要求范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、功能與指標(biāo)要求、測試方法等內(nèi)容。本標(biāo)準(zhǔn)適用于衛(wèi)星導(dǎo)航射頻信號遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)研制、生產(chǎn)、驗收及鑒定等。規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是標(biāo)注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T 39267北斗衛(wèi)星導(dǎo)航術(shù)語術(shù)語和定義GB/T 39267界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。 3.1地面試驗驗證系統(tǒng) grounded test and validation bed是

4、一個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)級的仿真試驗平臺，服務(wù)于北斗全球系統(tǒng)的研發(fā)、建設(shè)、運行和發(fā)展。組成包括空間段驗證分系統(tǒng)、運行控制驗證驗證分系統(tǒng)、工程測控驗證分系統(tǒng)、用戶終端驗證分系統(tǒng)、環(huán)境段模擬分系統(tǒng)、控制與綜合保障分系統(tǒng)、射頻信號遠(yuǎn)程傳輸分系統(tǒng)、復(fù)雜電磁環(huán)境模擬分系統(tǒng)、信息系統(tǒng)管理軟件、全球系統(tǒng)仿真軟件和性能評估軟件。3.2射頻信號遠(yuǎn)程傳輸分系統(tǒng) RF signal remote transmission subsystem是地面試驗驗證系統(tǒng)的組成部分，將待衛(wèi)星廠房的待測衛(wèi)星、運控機房的專用對接設(shè)備與地面試驗驗證系統(tǒng)進(jìn)行射頻信號層互連，待測衛(wèi)星在地面試驗驗證系統(tǒng)中可等效為1套空間段衛(wèi)星模擬器，且與空間段其它

5、衛(wèi)星模擬器具有互換性，從而開展待測衛(wèi)星與地面試驗驗證系統(tǒng)綜合對接試驗。3.3射頻信號采集通道 RF signal sampling channel負(fù)責(zé)將環(huán)境段或衛(wèi)星送入射頻信號遠(yuǎn)程傳輸分系統(tǒng)的射頻信號變頻至基帶，并將模擬信號數(shù)字化， 組幀后通過光纖傳輸，包括信號采集板卡、下變頻模塊、組幀模塊等。3.4射頻信號恢復(fù)通道 RF signal recovery channel負(fù)責(zé)從通過光纖傳來的數(shù)據(jù)包中提取出各射頻通道的數(shù)字基帶信號，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換板卡轉(zhuǎn)換為模擬信號，最后經(jīng)上變頻后恢復(fù)為射頻信號輸出，包括光纖數(shù)據(jù)包接收模塊、解幀模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換板卡、上變頻模塊等。3.5組 幀 framing為使數(shù)字化后

6、的射頻信號可通過數(shù)字光纖或運營商專網(wǎng)傳輸，需將采樣后的數(shù)字信號封裝為數(shù)據(jù)幀。將數(shù)字信號按一定格式封裝，并添加幀頭和UDP/IP報文頭部的操作稱為組幀。3.6解 幀 deframing指將接收到的數(shù)字光纖和運營商專網(wǎng)傳輸來的數(shù)據(jù)包拆封，判斷是否為本射頻信號恢復(fù)通道的數(shù)據(jù)，并從中提取出數(shù)字化射頻信號的操作。3.7插 值 interpolation由數(shù)字信號恢復(fù)為射頻信號時，為保證恢復(fù)信號的質(zhì)量，需在兩個采樣點之間插入一個或多個零， 并通過濾波器平滑，該操作稱為插值。 3.8濾 波 filtering將信號通過模擬或數(shù)字濾波器以濾除特定頻段信號的操作，用于防止采樣或抽取時信號混疊，或平滑插值后的信號

7、。 3.9抽 取 decimation受限于數(shù)字光纖或運營商網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬，需降低數(shù)字化射頻信號數(shù)據(jù)流的速率。將數(shù)字化后的射頻信號經(jīng)濾波器濾波后，再等間隔地取采樣點組成新的數(shù)字化射頻信號的操作稱為抽取。 3.10LVCMOS33供電電壓為3.3V的低電壓CMOS接口電平信號。 3.11LVDS低電壓差分信號，使用幅度較低的信號通過差分電纜進(jìn)行信號傳輸?shù)慕涌跇?biāo)準(zhǔn)。 3.12單模光纖 single mode Fiber只能傳輸一種模式光信號的光纖線纜。 3.13光交換網(wǎng)絡(luò) optical switching network使用光纖進(jìn)行設(shè)備間數(shù)據(jù)交換的分組交換網(wǎng)絡(luò)。 3.14SFP+光電轉(zhuǎn)換模塊 S

8、FP+ photoelectric conversion module小型可拔插光電轉(zhuǎn)換模塊，使用LC接口與光纖連接，并支持10Gbps的傳輸速率。 3.15數(shù)據(jù)專線 dedicated data line用戶端設(shè)備通過光纖就近接入運營商網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換中心，直接通過主干網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換， 并與遠(yuǎn)端設(shè)備組成一個局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。 3.16相位抖動 phase jitter被測信號相對于一個參考信號邊沿的時間偏差。 3.17衛(wèi)星共視 satellite common view指位于不同地點的衛(wèi)星導(dǎo)航信號接收機，同時接收同一顆或幾顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，獲得衛(wèi)星時鐘與地面時鐘的時差，再通過交換并差分兩個接收機的

9、觀測數(shù)據(jù)，抵消中間源及其共有誤差的影響，實現(xiàn)高精度時間比對的方法。 3.18量化位數(shù) quantization digit模擬信號數(shù)字化時，對模擬信號幅度進(jìn)行數(shù)字化的數(shù)據(jù)位寬稱為量化位數(shù)。如數(shù)據(jù)位寬為N，則將模擬信號分為2N個階梯進(jìn)行量化。 3.19緩沖區(qū)狀態(tài) buffer status指射頻信號遠(yuǎn)程傳輸分系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，接收端數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中剩余數(shù)據(jù)的余量。 3.20專網(wǎng)光纖 dedicated optical network指電信運營商提供的用于傳輸信息的數(shù)據(jù)專線，中間經(jīng)過光交換網(wǎng)絡(luò)。 系統(tǒng)應(yīng)用射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)可以實現(xiàn)射頻信號高保真、低時延、實時可靠的遠(yuǎn)距離傳輸，其典型應(yīng)用場景是通過該

10、系統(tǒng)將分布在多個地點的設(shè)備互聯(lián)，并統(tǒng)一時頻基準(zhǔn)，構(gòu)成突破地域限制的實時分布式遠(yuǎn)程對接系統(tǒng)。在北斗工程建設(shè)中，通過分別建立北京衛(wèi)星廠房地面試驗驗證系統(tǒng)機房（10km）、上海衛(wèi)星廠房地面試驗驗證系統(tǒng)機房(1200km)、北京運控機房地面試驗驗證系統(tǒng)機房（10km）三套射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)北京衛(wèi)星廠房待測衛(wèi)星、上海衛(wèi)星廠房待測衛(wèi)星、北京運控機房地面設(shè)備、地面試驗驗證系統(tǒng)四個節(jié)點之間多路L/S/Ka 頻段射頻信號遠(yuǎn)距離傳輸，并統(tǒng)一各個節(jié)點的時間頻率基準(zhǔn)， 構(gòu)成北斗實時分布式地面綜合對接試驗系統(tǒng)，讓位于不同地點的兩家衛(wèi)星、運控設(shè)備并行接入地面試驗驗證系統(tǒng)開展試驗，作為衛(wèi)星出廠的重要驗收依據(jù)。利用射

11、頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)開展遠(yuǎn)程對接試驗?zāi)Ｊ綄⒋蟠蠼档秃教炱餮邪l(fā)、試驗費用成本，可推廣至其他航天任務(wù)，對航天器研發(fā)和航天任務(wù)組織模式產(chǎn)生革命性影響。系統(tǒng)組成射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)組成如圖 1 所示。分節(jié)點1多路射頻輸入輸出控制模塊中心節(jié)點控制模塊射頻模塊數(shù)據(jù)處理模塊接口模塊光纖或?qū)＞W(wǎng)線路接口模塊1射頻模塊1時頻模塊光纖或?qū)＞W(wǎng)線路接口模塊2中心數(shù)據(jù)處理模塊射頻模塊2分節(jié)點N 控制模塊光纖或?qū)＞W(wǎng)線路接口模塊N射頻模塊M射頻模塊數(shù)據(jù)處理模塊接口模塊時頻模塊時頻模塊多路射頻輸入輸出多路射頻輸入輸出多路射頻輸入輸出多路射頻輸入輸出圖 1 射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)組成框圖射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)由射頻信號遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備、光

12、纖線路兩部分組成。射頻信號遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備由射頻模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、時頻模塊、操作維護(hù)模塊組成。其中射頻模塊負(fù)責(zé)射頻信號的采集和恢復(fù)，數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)射頻信號的數(shù)字信號信號處理及組幀和解幀操作，光電轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)提供匹配所用線路的光電接口，操作維護(hù)模塊負(fù)責(zé)維護(hù)各個節(jié)點的工作狀態(tài)， 時頻模塊負(fù)責(zé)提供時頻基準(zhǔn)信號。射頻模塊具備擴展性，可根據(jù)實際的傳輸需求配備多路 L/S/Ka 頻段的射頻通道，中心節(jié)點的接口模塊可根據(jù)連接分節(jié)點的數(shù)目靈活擴展。射頻信號遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備的主監(jiān)控軟件部署地點為中心節(jié)點，其他射頻信號遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備部署地為分節(jié)點（分節(jié)點數(shù)量可以為 1）。分節(jié)點和中心節(jié)點間通過光纖或?qū)＞W(wǎng)線

13、路完成信號的傳遞，每個分節(jié)點和中心節(jié)點間均可傳輸多路射頻信號，所有分節(jié)點的時頻通過光纖或?qū)＞W(wǎng)線路同步至中心節(jié)點（中心節(jié)點或任意分節(jié)點都可以作為系統(tǒng)的時頻基準(zhǔn)，其他所有節(jié)點時頻同步到該節(jié)點）。光纖線路有兩種實現(xiàn)形式：一種是單模光纖，需要單獨敷設(shè)光纖線路，該線路不經(jīng)過數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)， 只適用于距離不太遠(yuǎn)（100km）以內(nèi)的場景；另一種是專網(wǎng)光纖，通常租用電信運營商的長途數(shù)據(jù)專線實現(xiàn)，該線路經(jīng)過數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)，可以用于長距離（100km）的場景。系統(tǒng)原理射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)原理如圖 2 所示。射頻信號遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備兩臺為一對配合使用，分別放置在光纖線路兩端，每臺設(shè)備包括多通道的射頻信號采集和恢復(fù)通道，實現(xiàn)

14、射頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號在光纖線路上傳輸；時頻同步模塊實現(xiàn)光纖線路兩端的 10MHz 頻率信號和 1PPS 時間信號的同步；光纖線路實現(xiàn)兩臺設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸。同城（100km 以內(nèi)）建議使用單模光纖（未經(jīng)過數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)）作為光纖線路，采用光纖傳輸時頻信號模塊作為時頻同步模塊；異地（100km 以上）一般使用專網(wǎng)光纖（經(jīng)過數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)）作為光纖線路，采用衛(wèi)星共視設(shè)備作為時頻同步模塊。射頻信號經(jīng)過變頻和 A/D 采樣后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，后經(jīng)信號處理和組幀操作，通過光纖接口傳輸至另一端的設(shè)備。另一端設(shè)備通過光纖接口接收到數(shù)據(jù)幀后，解幀并進(jìn)行相應(yīng)的信號處理，然后通過D/A 和變頻恢復(fù)為模擬信號。射頻信號

15、1射頻信號N射頻信號N+1射頻信號N+M射頻信號遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備(A)射頻信號遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備(B)變頻器A/D信號處理組幀解幀信號處理D/A變頻器 合路分路 變頻器A/D信號處理組幀解幀信號處理D/A變頻器雙向光纖傳輸接口雙向光纖傳輸接口變頻器D/A信號處理解幀組幀信號處理A/D變頻器 分路分路 變頻器D/A信號處理解幀組幀信號處理A/D變頻器控制模塊時頻同步模塊時頻同步模塊控制模塊圖 2 射頻遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)原理框圖射頻信號1射頻信號N射頻信號N+1射頻信號N+M系統(tǒng)功能和性能指標(biāo)要求射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的功能包括：傳輸L/S/Ka 頻段射頻信號；傳輸 10MHz 信號和 1PPS 信號；傳輸射頻信號

16、中心頻點、信號帶寬、采樣率、量化位數(shù)靈活可配置；具備實時監(jiān)測顯示設(shè)備工況信息的能力；系統(tǒng)具備異地時間頻率同步能力；單模光纖傳輸情況下，總傳輸時延光纖線路傳輸時延+1ms；專網(wǎng)光纖傳輸情況下，總傳輸時延光纖線路傳輸時延+5ms；單模光纖傳輸情況下，傳輸時延抖動1ns；專網(wǎng)光纖傳輸情況下，傳輸時延抖動10ns；單模光纖傳輸情況下，附加載噪比損失3dB；專網(wǎng)光纖傳輸情況下，附加載噪比損失6dB；雜散抑制：40dB；光纖線路的傳輸速率應(yīng)滿足同時傳輸射頻信號路數(shù)、帶寬、信號傳輸質(zhì)量要求。一般要求射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的一般要求如下：方案設(shè)計階段應(yīng)明確對外接口關(guān)系，應(yīng)滿足射頻信號輸入輸出電平要求；在方案設(shè)計

17、階段應(yīng)確認(rèn)光纖線路性能，線路是否經(jīng)過數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)，以確定異地時頻同步方案；系統(tǒng)具備良好的可配置性，便于更改滿足不同射頻信號傳輸需求；系統(tǒng)設(shè)計盡量采用技術(shù)成熟、工藝先進(jìn)穩(wěn)定的定型通用設(shè)備；系統(tǒng)設(shè)計必須模塊化，便于功能的組合擴充和更新，設(shè)備零部件具有良好的互換性；信號以數(shù)字化的方式在兩臺設(shè)備間進(jìn)行傳輸，并可根據(jù)傳輸線路情況靈活配置傳輸速率；射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)與常規(guī)射頻微波設(shè)備相互之間不造成干擾；射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)具有運行狀態(tài)監(jiān)控功能；系統(tǒng)平均故障間隔時間（MTBF）1000h；一般故障維修時間3h（更換損壞模塊）。系統(tǒng)分解指標(biāo)要求射頻信號的采集和恢復(fù)要求射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的信號采集要求如下：

18、支持 L/S/Ka 頻段信號并靈活可配置（70MHz6GHz 靈活可配置，可通過附加變頻器擴展到6GHz 以上頻率）；最大采集信號帶寬100MHz；采集信號的量化位數(shù) 112bit 靈活可配置；采集信號的中心頻點可配置，步進(jìn)1kHz；采集信號的帶寬可配置，步進(jìn)1MHz；采集信號的輸入功率范圍為-100-10dBm；信號的接收增益可調(diào)，可調(diào)范圍60dB，步進(jìn)1dB；能根據(jù)實際需要對采集信號進(jìn)行濾波、抽取等處理。射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的信號恢復(fù)要求如下：支持 L/S/Ka 頻段信號并靈活可配置（70MHz6GHz 靈活可配置，可通過附加變頻器擴展到6GHz 以上頻率）；最大恢復(fù)信號帶寬100MHz；

19、恢復(fù)信號的量化位數(shù) 112bit 靈活可配置；恢復(fù)信號的中心頻點可配置，步進(jìn)1kHz；恢復(fù)信號的帶寬可配置，步進(jìn)1MHz；恢復(fù)信號的輸出功率范圍為-600dBm；信號的發(fā)射增益可調(diào)，可調(diào)范圍60dB，步進(jìn)1dB；能根據(jù)實際需要對恢復(fù)信號進(jìn)行插值、濾波等處理；雜散抑制：40dB；信號遠(yuǎn)程傳輸載噪比損失6dB。1PPS 信號的采集和恢復(fù)要求射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)?1PPS 信號的采集與恢復(fù)要求如下：支持LVCMOS33 和 LVDS 兩種 1PPS 信號的采集；恢復(fù)信號為單端輸出；恢復(fù)信號峰峰值2V，上升時間1ns，脈沖寬度1us。時頻同步要求單模光纖傳輸時頻同步要求：使用光纖恢復(fù)的方法來同步

20、兩端設(shè)備的時頻；設(shè)備分為主從兩端，主端設(shè)備可使用外部原子鐘提供的 10MHz 工作，從端使用恢復(fù) 10MHz工作；每次上電后，從端恢復(fù) 10MHz 的相位抖動1ns，恢復(fù) 1PPS 的相位抖動1ns。專網(wǎng)光纖傳輸時頻同步要求：使用衛(wèi)星共視的方法來同步兩端設(shè)備的時頻；衛(wèi)星共視設(shè)備可使用外部原子鐘提供的外頻標(biāo)（包括 10MHz 信號和 1PPS 信號）；兩端衛(wèi)星共視設(shè)備輸出的 10MHz 相位抖動10ns，1PPS 相位抖動10ns。光纖線路要求單模光纖傳輸線路要求：光纖單向傳輸帶寬：10Gbps；光纖傳輸丟包率：0；光纖單向傳輸時延穩(wěn)定性：0.1ns光纖線路傳輸效率70%； 專網(wǎng)光纖傳輸線路要求

21、：光纖單向傳輸帶寬不小于同時傳輸射頻信號路數(shù)、帶寬對應(yīng)的數(shù)字信號速率需求；光纖傳輸丟包率10e-5；光纖單向傳輸時延穩(wěn)定性：4ns光纖線路傳輸效率70%；當(dāng)光纖線路帶寬充足，建議采用 12bit 量化位數(shù)，保障最優(yōu)射頻信號傳輸質(zhì)量；當(dāng)光纖線路帶寬有限（線路成本和帶寬成正比），可以采用低量化位數(shù)，以損失部分射頻信號傳輸質(zhì)量為代價保障在有限帶寬內(nèi)傳輸所需時頻信號。運行狀態(tài)監(jiān)控要求監(jiān)控設(shè)備可自行完成設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)控、顯示和存儲，具體要求如下：用戶可在開始傳輸前，從監(jiān)控界面進(jìn)行各通道中心頻點、信號帶寬、采樣率、量化位數(shù)、接收增益、發(fā)射衰減、傳輸時延等參數(shù)配置操作。（寫每個參數(shù)可配置范圍）監(jiān)控設(shè)備需顯示的狀態(tài)參數(shù)至少包括：實際傳輸時延、緩沖區(qū)狀態(tài)、接收功率、發(fā)射功率、丟包計數(shù)、丟包率統(tǒng)計。監(jiān)控設(shè)備需實時保存監(jiān)控數(shù)據(jù)，頻度不大于 1s，以方便試驗后的數(shù)據(jù)處理及分析。監(jiān)控軟件具備遠(yuǎn)程控制能力，并支持二次開發(fā)接口。測試方法概述射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的測試包括功能測試和指標(biāo)測試兩方面，研制方應(yīng)與任務(wù)提出方共同協(xié)商制定相應(yīng)的驗證計劃。功能測試射頻信號遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的功能測試方法如下：工況信息功能測試：系統(tǒng)運行后，采用目視法觀察監(jiān)控界面的顯示內(nèi)容，是否具備緩沖區(qū)數(shù)據(jù)顯示、傳輸時延顯示、發(fā)射功率顯示、接收功率顯示、線路丟包計數(shù)統(tǒng)計能力，觀察到上述信息能夠?qū)崟r正確顯示，則判定為合格。參數(shù)配置功能測試