一种基于高速光交换的大容量入站信号捕获与处理方法、装置与系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及卫星移动通信系统，尤其是RDSS(Rad1 Determinat1n SatelliteService，卫星无线电测定业务)体制卫星移动通信系统地面段大容量入站信号捕获与处理系统及方法。
【背景技术】
[0002]RDSS系统需要完成对入站信号的同步捕获、信号解扩和译码等处理，最后还原出用户原始信息。
[0003]RDSS体制卫星移动通信系统地面段的传统入站信号的接收采用模拟信号分配的处理方法，结构如图1所示。中频分配单元将入站中频信号同时输出给信号捕获单元和信号处理单元。信号捕获单元对模拟中频信号进行采样、数字下变频后，得到数字基带信号，然后对数字基带信号作相关处理，在短时间内迅速捕获入站数字基带信号的同步头，完成短时突发入站信号的捕获，获得勤务段解扩所需的粗同步启动脉冲，并估计出信号的多普勒和相关峰信息，再将粗同步启动脉冲送至分配器单元，分配器单元按照“轮询调度”原则，从多个信号处理单元中选择空闲的一个，将入站信号的多普勒范围值以异步串行的方式传送给信号处理单元，信号处理单元以此为参考，完成信息解调、维特比译码、测距、功率估计等处理，得到伪距时延信息和入站信号功率估计值等，最后将这些信息发往信息处理系统。该信号处理单元完成本次处理后，向分配器单元发送释放信号，回到“空闲”状态。
[0004]传统RDSS体制卫星移动通信系统对入站信号的捕获和处理方法是各单元之间通过底层硬件信号实现通信，接线网络繁琐，如图1所示。例如每个信号处理单元除了要连接传输入站中频模拟信号的信号线外，还要连接传递入站用户同步信息的控制线，导致系统线缆的种类多，数量也多，可靠性差。同时由于卫星移动通信系统的入站信号存在批量大和短突发特点，当接收系统容量不够需要增加信号处理单元时，必须重新调配接线网络，并重新计算系统时延和信号电平等参数，系统扩展性差。
【发明内容】
[0005]针对上述已有技术的不足，本发明的目的是提出一种基于高速光交换的大容量入站信号捕获与处理方法、装置与系统。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]—种基于高速光交换的大容量入站信号捕获与处理系统，包括信号采集单元、万兆交换机、信号捕获单元以及多个信号处理单元组成的信号处理单元集。
[0008]所述信号采集单元用于采集入站信号，并对采集信号进行数字下变频、滤波处理后，得到数字基带信号。
[0009]所述万兆交换机用于在信号采集单元、信号捕获单元和信号处理单元集之间实现信号光交换。
[0010]所述信号捕获单元用于实现数字基带信号同步头捕获以得到用户同步信息，并按照集群调度策略给信号处理单元分配处理任务。
[0011]所述信号处理单元用于实现数字基带信号的精跟、解调和译码。每个信号处理单元均具有多个数据处理通道，可同时处理多路入站信号。
[0012]本发明中，所述信号捕获单元包括数据缓存模块、捕获模块、信处单元分配器、数据组帧模块和IP打包模块；
[0013]数据缓存模块用于缓存从万兆交换机转发来的包含数字基带信号数据的IP包；
[0014]捕获模块用于捕获入站信号同步头，获得入站用户同步信息；
[0015]信处单元分配器用于给捕获用户分配信号处理单元号；
[0016]数据组帧模块用于将捕获的入站用户同步信息、分配的信号处理单元号填到相应IP数据包预留的字节区域，组成一个完整IP数据包；
[0017]IP打包模块用于更新IP数据包的目的地址、源地址和CRC校验字节，将最后的IP数据包发送到万兆交换机。
[0018]本发明中:所述信号处理单元包括IP解包模块、数据流重组模块、通道分配统计模块和数据处理模块；
[0019]IP解包模块用于将接收到的IP数据包进行分解，匹配IP地址，进行CRC字节校验，并将IP包携带的数据输出给数据流重组模块；
[0020]数据流重组模块用于将IP包携带的数据分解成用户同步信息、信号处理单元号和数字基带信号三种数据，并分别放到各自的数据流中；
[0021]通道分配统计模块用于给捕获的入站用户分配数据处理通道，并把信号处理单元工作状态和数据处理通道占用情况实时反馈给信号捕获单元；
[0022]数据处理模块包含多个数据处理通道，可并行进行数据处理，根据同步信息从数字基带信号中提取用户数据，进行精跟、解调和译码处理后，还原用户信息。
[0023]基于上述系统，本发明提供一种基于高速光交换的大容量入站信号捕获与处理方法，包括以下步骤:
[0024]首先，信号采集单元对入站信号进行采集、数字下变频和滤波处理后，得到数字基带信号，将数字基带信号按照IP数据包格式进行打包，并将数字基带信号填到采样数据段内，打包好的IP数据包经过万兆交换机传输到信号捕获单元。IP数据包包括64字节IP包头、信号处理单元号预留区、用户同步信息预留区和采样数据段;64字节IP包头包含目的地址、源地址、IP包编号和打包时间戳;信号处理单元号预留区紧挨着64字节IP包头，用于存放信号捕获单元分配的信号处理单元号；信号处理单元号预留区后面是用于存放捕获的用户同步信息的用户同步信息预留区；采样数据段在用户同步信息预留区之后，用于存放数字基带信号；IP数据包之间通过IP包头中的IP包编号进行区分。
[0025]IP数据包进入信号捕获单元后，每个IP数据包被复制成两路，分别进入信号捕获单元中的数据缓存模块和捕获模块，捕获模块首先提取各IP数据包的采样数据段，然后按接收IP数据包的先后顺序对各采样数据段进行拼接，恢复成采样数据流的形式，然后对采样数据流作相关运算即用本地扩频码与采样数据流按位作同或运算，再对所有位的同或运算结果求和得到相关峰值，当所得相关峰值大于或等于预设阈值时，判定为捕获到入站信号同步头，得到用户同步信息，然后将一个IP数据包的数据帧时间格内捕获的用户同步信息与相应的数字基带信号组帧，并按集群调度策略为这包数据分配信号处理单元号，表明由该信号处理单元处理该数据包内的入站用户消息。再经过IP打包模块打包后，通过万兆交换机广播给信号处理单元集；
[0026]信号处理单元收到IP数据包后，判断IP数据包内信号处理单元号是否与自身匹配，若匹配，则提取用户同步信息，根据用户同步信息从数字基带信号流中取出相应用户数据段;每个信号处理单元具有多个功能相同且互相独立的数据处理通道，可以同时处理多个用户入站消息；信号处理单元通过一个先进先出的空闲通道FIF0(First Input FirstOutput，先入先出队列)对数据处理通道进行调度分配，每次取出最先放入空闲通道FIFOSP位置最靠前的通道号，依次类推，数字基带信号被送入数据处理通道后，进行信号解扩和信息解调等处理，得到用户入站信息。
[0027]本发明中，集群调度策略是信号捕获单元在给信号处理单元集分配数据处理任务时，将软硬件配置完全相同的信号处理单元视为一个集群，采用轮询调度原则，结合信号处理单元实时反馈的工况信息，包括忙/闲状态，正常/故障状态，从工作状态正常且不忙的信号处理单元中，轮流选择一个给其分配数据处理任务，进行统一调度管理，使得各信号处理单元任务负载均衡。
[0028]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为:
[0029]本发明中，万兆交换机将数字基带信号发送给信号捕获单元，信号捕获单元实现入站信号捕获，再由信号捕获单元根据“轮询调度”原则，结合信号处理单元实时反馈的工作状态对信号处理单元集进行调度，并基于信号处理单元统一设计可互替代的硬件设备，将所有信号处理单元视作一种公共资源，由所有子系统共享该资源，实现统一调配系统资源和任务负载均衡，使得分布的信号处理单元设备形成“集群”，实现多信道信号并行处理。
[0030]基于这种系统结构，通过整个信号处理单元集的统一调度，实现不同设备的互备，当单台信号处理单元出现故障时，由信号捕获单元调配其他信号处理单元替代，实现故障设备和正常设备的无缝切换。同时基于这种调度策略，可以支持热插拔式的系统维护