CN115442217B - 一种卫星调制解调器1：1热备份切换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卫星调制解调器1：1热备份切换装置，涉及卫星通信技术领域。由中频分合路单元、开关控制单元、按键单元、指示灯单元和电源模块等组成，通过开关控制单元负责完成主备调制解调器的自动或手动切换，包括主备调制解调器的上行中频信号的切换、主备调制解调器的数据切换；具备与站控设备互联的远控接口，通过远控接口完成本设备当前状态参数的上报，也可根据站控操作指令完成主备调制解调器的手动切换。本发明整套电路集成在标准1U机箱内，具有集成化程度高、稳定可靠、重量轻、功耗低等特点，在整个卫星通信系统中有较强的兼容性，同时具有切换速度快、插入损耗小、隔离度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，特别是指一种卫星调制解调器1：1热备份切换装置，可用作卫星通信系统中调制解调器的切换装置。当主用调制解调器发生解调失步或故障而备用调制解调器工作正常时，此切换装置能够以自动或者手动方式将备用调制解调器设置为主用调制解调器，完成切换功能，从而使整个通信系统保持正常通信。
背景技术
卫星通信系统拥有通信距离远、传输容量大、通信质量高的优点。当前卫星通信蓬勃发展，大量的固定站、车载船载站、移动便携站等地球站陆续投入使用。调制解调器作为卫星通信系统的核心设备获得较大发展，与此同时各地用户对调制解调器的可靠性(通信故障率)也提出了很高的要求。
由单一的调制解调器组成的卫星通信系统，在可靠性方面的影响不容忽视；并且由于卫星通信系统的特性和基于某些军事用途，越来越多的地球站选在人迹罕至的地点(高山、荒漠、戈壁滩等)，这也对通信设备的可靠性(系统故障间隔时间、故障恢复时间)提出了更大的挑战。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种卫星调制解调器1：1热备份切换装置,可作为卫星调制解调器主备切换的通用装置，可满足不同传输体制、不同频段的调制解调器进行1：1主备切换，可有效提升卫星通信的可靠性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种卫星调制解调器1：1热备份切换装置，包括中频分合路单元(1)、开关控制单元(2)、按键单元(3)、指示灯单元(4)和电源模块(5)；
所述中频分合路单元(1)用于连接主备调制解调器的两路上行中频信号中频出接口，并将输入的两路上行中频信号根据开关控制单元(2)的控制信息选择一路输出至本设备中频出接口，同时将本设备中频入接口输入的下行中频信号二分路并输出到连接主备调制解调器的两路下行中频信号中频入接口；
开关控制单元(2)用于接收外部的站控指令，将站控指令解析后转换成控制信息使中频分合路单元(1)完成主备调制解调器两路上行中频信号的切换，同时将主用和备用调制解调器的两路IP数据选择一路与外部业务数据设备连接进行数据传输，同时将指示灯单元(4)选择性点亮或者熄灭部分发光二极管以区别展示出当前设备的主备状态；还用于检测按键单元(3)的按键操作变化从而进行相应的处理，包括对中频分合路单元(1)进行主备切换、对指示灯单元(4)的发光二极管进行选择性点亮或熄灭；还用于识别主备调制解调器的告警信号，根据主备调制解调器同步与否或告警信号的状态信息判断是否进行切换操作；还用于收集本设备当前状态信息参数并以特定的帧格式上报给站控设备，
在执行正常通信任务时，本设备和主备调制解调器开机自检正常、参数设置相同(发射和接收载波频率、发射和接收载波速率、调制编码解调译码方式、发载波电平等)、发射和接收中频正常、发数据和收数据均正常情况下，本设备工作在自动切换模式，并默认第一台调制解调器为主用，第二台调制解调器为备用；本设备的开关控制单元(2)通过实时检测相连接主备调制解调器的告警信号(包括解调失所、设备故障等)可完成主备的自动切换，包括主备调制解调器的两路上行中频信号和主备调制解调器的数据；一般在需要测试本设备或定位主备调制解调器故障时，开关控制单元(2)通过识别站控设备或者按键单元(3)生成的指令将本设备切换到手动切换模式，进一步的根据测试人员的要求进行相应的切换操作，此时开关控制单元(2)通过识别站控设备或者按键单元(3)生成的指令可对输入中频分合路单元(1)的两路上行中频信号进行切换，也可对连接主备调制解调器的数据进行切换；测试状态结束后开关控制单元(2)通过识别站控设备或者按键单元(3)生成的指令将本设备切换到自动切换模式，以保障随时可执行正常的通信任务。
进一步的，所述开关控制单元(2)包括片上系统SoC处理器(6)，
片上系统SoC处理器(6)通过以太网PHY芯片(8)与第一路IP数据网络变压器(7)连接；
片上系统SoC处理器(6)通过第二以太网PHY芯片(10)与第二路IP数据网络变压器(9)连接；
片上系统SoC处理器(6)通过以太网PHY芯片(12)与外部业务数据网络变压器(11)连接；
片上系统SoC处理器(6)还连接有Flash存储器(13)；
片上系统SoC处理器(6)通过TTL电平隔离芯片(14)与指示灯单元连接；
片上系统SoC处理器(6)通过按键检测芯片(15)与按键单元连接；
片上系统SoC处理器(6)通过RS485电平转换器(16)与中频分合路单元(1)连接；
片上系统SoC处理器(6)通过远控信息以太网口转串口芯片(17)接收远程设备的站控指令；
所述片上系统SoC处理器(6)PS端接收远控设备输出的远控信息，将远控信息解析后将控制信息输出至中频分合路单元(1)、片上系统SoC处理器(6)PL端以及指示灯单元(4)；片上系统SoC处理器(6)PS端还收集中频分合路单元(1)、片上系统SoC处理器(6)PL端的状态信息汇总输出至远控设备，同时检测按键单元(3)的按键操作变化从而进行相应的处理；片上系统SoC处理器(6)同时控制主备调制解调器的上行中频信号和IP数据的切换。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1.本发明可靠性强、兼容性强，可以应用于不同传输体制的卫星地球站。
2.本发明各部件集成化程度高，功耗低，整机调试工作量小，稳定可靠，能够在较恶劣的环境-20℃～60℃条件下正常工作。
3.本发明切换速度快、插入损耗小、隔离度高，性能优异。
4.本发明采用标准外形结构，结构简单，内部紧凑，成本低，具有推广应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例中卫星调制解调器1：1热备份切换装置的原理方框图。
图2是图1中开关控制单元的电原理图。
具体实施方式
参照图1至图2，一种卫星调制解调器1：1热备份切换装置，其由中频分合路单元1、开关控制单元2、按键单元3、指示灯单元4和电源模块5组成，图1是本发明的原理方框图，实施例按图1连接线路。
其中中频分合路单元1端口1-1与当前主用调制解调器的中频出接口通过A接口连接，中频分合路单元1端口1-2与当前备用调制解调器的中频出接口通过B接口连接，中频分合路单元1端口1-3与当前主用调制解调器的中频入接口通过C接口连接，中频分合路单元1端口1-4与当前备用调制解调器的中频入接口通过D接口连接，中频分合路单元1端口1-5连接E接口并通过同轴线缆与下变频器(或接收机)的出口连接，中频分合路单元1端口1-6连接F接口并通过同轴线缆与上变频器(或功放)的入口连接。
本发明的开关控制单元2端口2-1和端口2-2经过线缆连接到机箱的对外接口G接口和H接口，然后分别与主备调制解调器的IP数据接口连接；其作用就是将主备调制解调器的IP数据连接到片上系统SoC处理器PL端，由内部PS端切换逻辑和程序判断选择其中某一路IP数据从端口2-3连接到I接口，然后与外部业务数据设备连接；开关控制单元2端口2-4经过线缆连接到机箱的对外接口J，然后分别连接主备调制解调器的告警信号，其作用是根据主备调制解调器同步与否或告警信号的状态信息判断是否进行切换操作；开关控制单元2端口2-5经过线缆连接到机箱对外的远控接口K，其作用是与站控设备连接，完成设备当前状态参数上报，并根据站控设备的操作指令完成主备调制解调器的切换；开关控制单元2端口2-6经过线缆连接到指示灯单元4的端口4-1，其作用是将设备当前的主备状态、按键操作通过前面板上的指示灯单元表现出来；开关控制单元2端口2-7经过线缆连接到按键单元3端口3-1，其作用是根据检测到的按键变化进行相应的操作处理，同时将处理结果同步显示到指示灯单元4；开关控制单元2端口2-8经过线缆连接到中频分合路单元1的端口1-7，其作用是根据控制信息对输入到中频分合路单元1端口1-1和端口1-2的上行中频信号进行二选一输出；Flash存储器13存储片上系统SoC处理器6需要加载的应用程序和配置文件，主备调制解调器的两路IP数据分别经网络变压器7和9、以太网PHY芯片8和10后进入SoC处理器6PL端转换为PL能处理的数据流，根据切换逻辑和程序判断选择其中某一路数据从PL内部到以太网PHY芯片12、网络变压器11后与外部业务数据设备连接；TTL电平隔离芯片14将片上系统SoC处理器6控制指示灯单元4的TTL电平信号隔离，防止PL端引脚短路烧毁处理器；按键检测芯片15根据程序设计可识别不同的按键变化；RS485电平转换器16完成TTL信号电平与RS485信号电平的互相转换，从而实现对中频分合路单元1控制信息的下发和状态信息的上报；远控信息以太网口转串口芯片17完成站控设备的IP站控指令与异步串口信号电平的转换，从而实现设备当前状态参数上报，同时可响应站控设备的操作指令；实施例片上系统SoC处理器6采用FMQL45T900，Flash存储器13采用FD032NSEA，网络变压器7、9和11采用LT5120A、以太网PHY芯片8、10和12采用JEM88E1111HV，TTL电平隔离芯片14采用SM8T245，按键检测芯片15采用CH455H，RS485电平转换器16采用SM3491，远控信息以太网口转串口芯片17采用CH9121。
本发明中频分合路单元1、按键单元3和指示灯单元4均是定制化产品。按键单元3和指示灯单元4均固定在前面板，按键单元3的6个操作按键对应前面板的6个按键开孔，指示灯单元4的发光二极管也对应相应的二极管开孔。
本发明电源模块5其作用提供各部件工作所需直流电压，实施例采用100％国产定制电源，其输出+V1电压为+12伏。
本发明简要工作原理如下：
本发明中开关控制单元负责完成主备调制解调器的自动或手动切换，包括主备调制解调器的上行中频信号的切换、主备调制解调器的数据切换；可通过站控设备或者按键单元手动设置主备调制解调器的手动切换，也可通过实时检测相连接主备调制解调器的告警信号完成自动切换；设备加电启动若主备调制解调器均工作正常则默认第一台调制解调器为主用，第二台调制解调器为备用。其内部主要由中频分合路单元1、开关控制单元2、按键单元3、指示灯单元4和电源模块5组成。各部分均采用了模块化设计技术，构成具有独立功能的相应单元。
本发明的安装结构如下：整机采用标准1U机箱，机箱内部采用模块化的实现方案，每个模块都采用独立的电路来实现；整机外形尺寸为482±4mm宽×44±1mm高×456±4mm深，在机箱两侧可以安装滑动导轨，各单元和模块平铺放置在机箱内，机箱后部安装有电源插座、接第一台调制解调器中频出接口A插座、接第二台调制解调器中频出接口B插座、接第一台调制解调器中频入接口C插座、接第二台调制解调器中频入接口D插座、上行中频接口F插座、下行中频接口E插座、接第一台调制解调器IP数据接口G插座、接第二台调制解调器IP数据接口H插座、接外部业务数据设备接口I插座、接主备调制解调器告警信号接口J插座、以及远控接口K插座，组装成本发明。
总之，本发明由中频分合路单元、开关控制单元、按键单元、指示灯单元和电源模块组成。它通过开关控制单元内部逻辑设计完成主备调制解调器的切换。本发明整套电路集成在1U标准机箱内，具有集成化程度高、稳定可靠、重量轻、功耗低、结构简单等特点，具有较强的兼容性，同时具有切换速度快、插入损耗小、隔离度高等优点。
Claims (2)
1.一种卫星调制解调器1：1热备份切换装置，其特征在于，包括中频分合路单元(1)、开关控制单元(2)、按键单元(3)、指示灯单元(4)和电源模块(5)；
所述中频分合路单元(1)用于连接主备调制解调器的两路中频出接口，并将输入的两路上行中频信号根据开关控制单元(2)的控制信息选择一路输出至本设备中频出接口，同时将本设备中频入接口输入的下行中频信号二分路并输出到连接主备调制解调器的两路中频入接口；
开关控制单元(2)用于接收外部的站控指令，将站控指令解析后转换成控制信息使中频分合路单元(1)完成主备调制解调器两路上行中频信号的切换，同时将主用和备用调制解调器的两路IP数据选择一路与外部业务数据设备连接进行数据传输；同时将指示灯单元(4)选择性点亮或者熄灭部分发光二极管以区别展示出当前设备的主备状态；还用于检测按键单元(3)的按键操作变化从而进行相应的处理，包括对中频分合路单元(1)进行主备切换、对指示灯单元(4)的发光二极管进行选择性点亮或熄灭；还用于识别主备调制解调器的告警信号，根据主备调制解调器同步与否或告警信号的状态信息判断是否进行切换操作；还用于收集本设备当前状态信息参数并以特定的帧格式上报给站控设备，
在执行正常通信任务时，本设备和主备调制解调器开机自检正常、参数设置相同、发射和接收中频正常、发数据和收数据均正常情况下，本设备工作在自动切换模式，并默认第一台调制解调器为主用，第二台调制解调器为备用；本设备的开关控制单元(2)通过实时检测相连接主备调制解调器的告警信号可完成主备的自动切换，包括主备调制解调器的两路上行中频信号和主备调制解调器的数据；一般在需要测试本设备或定位主备调制解调器故障时，开关控制单元(2)通过识别站控设备或者按键单元(3)生成的指令将本设备切换到手动切换模式，进一步的根据测试人员的要求进行相应的切换操作，此时开关控制单元(2)通过识别站控设备或者按键单元(3)生成的指令可对输入中频分合路单元(1)的两路上行中频信号进行切换，也可对连接主备调制解调器的数据进行切换；测试状态结束后开关控制单元(2)通过识别站控设备或者按键单元(3)生成的指令将本设备切换到自动切换模式，以保障随时可执行正常的通信任务。
2.根据权利要求1所述的一种卫星调制解调器1：1热备份切换装置，其特征在于，所述开关控制单元(2)包括片上系统SoC处理器(6)，
片上系统SoC处理器(6)通过以太网PHY芯片(8)与第一路IP数据网络变压器(7)连接；
片上系统SoC处理器(6)通过第二以太网PHY芯片(10)与第二路IP数据网络变压器(9)连接；
片上系统SoC处理器(6)通过以太网PHY芯片(12)与外部业务数据网络变压器(11)连接；
片上系统SoC处理器(6)还连接有Flash存储器(13)；
片上系统SoC处理器(6)通过TTL电平隔离芯片(14)与指示灯单元连接；
片上系统SoC处理器(6)通过按键检测芯片(15)与按键单元(3)连接；
片上系统SoC处理器(6)通过RS485电平转换器(16)与中频分合路单元(1)连接；
片上系统SoC处理器(6)通过远控信息以太网口转串口芯片(17)接收远程设备的站控指令；
所述片上系统SoC处理器(6)PS端接收远控设备输出的远控信息，将远控信息解析后将控制信息输出至中频分合路单元(1)、片上系统SoC处理器(6)PL端以及指示灯单元(4)；片上系统SoC处理器(6)PS端还收集中频分合路单元(1)、片上系统SoC处理器(6)PL端的状态信息汇总输出至远控设备，同时检测按键单元(3)的按键操作变化从而进行相应的处理；片上系统SoC处理器(6)同时控制主备调制解调器的上行中频信号和IP数据的切换。
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