空間干擾對(duì)衛(wèi)通站接收的影響及解決措施

胡 鈺

（河北神舟衛(wèi)星通信股份有限公司,河北 石家莊 050200）

0 引言

眾所周知,衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無(wú)線電波,在兩個(gè)或多個(gè)地面站之間進(jìn)行的通信。與其他通信手段相比,衛(wèi)星通信最大的優(yōu)點(diǎn)是電波傳播不受地球表面環(huán)境條件的影響,不僅通信信號(hào)質(zhì)量好而且在衛(wèi)星波束覆蓋范圍內(nèi)可以隨時(shí)隨地建設(shè)新的地面站,易于網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充,但是由于衛(wèi)星通信的特殊性,其電波易于受到來(lái)自空間的同頻或異頻干擾。常見(jiàn)的電磁干擾主要分為中波干擾、短波干擾、雷達(dá)干擾、微波干擾等等,通過(guò)良好的系統(tǒng)屏蔽及接地,細(xì)致的站址堪察等手段能夠有效地避免此類干擾的發(fā)生。

近年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷繁榮,國(guó)內(nèi)、國(guó)際航班越來(lái)越密集,航線航路越來(lái)越繁忙,而衛(wèi)星通信也得到了快速的發(fā)展,成為國(guó)際、國(guó)內(nèi)信息高速公路的重要組成部分。日益繁忙的空中走廊對(duì)衛(wèi)星通信的影響比較突出的顯現(xiàn)出來(lái)。特別是一些位于經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)地區(qū)、建設(shè)年代比較久遠(yuǎn)、任務(wù)比較繁忙的衛(wèi)星通信地面站在遇到某些疑難問(wèn)題或轉(zhuǎn)星以后似乎更應(yīng)該考慮一下空間干擾的問(wèn)題。

1 地面站衛(wèi)通鏈路瞬斷現(xiàn)象分析

近一段時(shí)間來(lái),國(guó)內(nèi)某衛(wèi)通網(wǎng)內(nèi)的多條衛(wèi)通鏈路出現(xiàn)了瞬斷情況,嚴(yán)重影響了通信鏈路的使用。瞬斷反映為衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器的短暫失鎖,一般為幾秒,少數(shù)為十幾秒,失鎖后又迅速恢復(fù)。鏈路瞬斷有時(shí)是對(duì)某一方向,有時(shí)是對(duì)多個(gè)方向同時(shí)發(fā)生,發(fā)生的頻率并不高,有時(shí)一天幾次,有的時(shí)候持續(xù)幾天都沒(méi)有,這對(duì)故障的最終定位造成了困難。

在排除了設(shè)備、系統(tǒng)參數(shù)、線路連接、電源系統(tǒng)等故障后,自然而然將問(wèn)題歸結(jié)于干擾。為了對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行復(fù)現(xiàn),使用攝像機(jī)監(jiān)視下變頻器的輸入端及輸出端頻譜。系統(tǒng)連接及測(cè)試點(diǎn)（A點(diǎn)、B點(diǎn)）如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)連接及測(cè)試點(diǎn)圖

通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)備監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)鏈路瞬斷時(shí)地面站下變頻器的中頻輸出頻譜大幅下降,在排除了同頻干擾的可能后,經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的頻譜觀察分析發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星鏈路的瞬斷具有以下一些特點(diǎn):

①衛(wèi)星鏈路的瞬時(shí)中斷是由接收信號(hào)的瞬間波動(dòng)引起的;②瞬斷時(shí)中頻信號(hào)的大幅變化與射頻信號(hào)的波動(dòng)相關(guān)聯(lián);③瞬斷時(shí)整個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的信號(hào)都會(huì)出現(xiàn)大幅波動(dòng);④瞬斷在時(shí)間上有一些規(guī)律,一般集中在白天,從午夜到凌晨這段時(shí)間出現(xiàn)的概率很小。

那么會(huì)不會(huì)是星上干擾呢?在與衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商協(xié)商后基本排除了星上干擾的可能,為了進(jìn)一步從側(cè)面驗(yàn)證該問(wèn)題,將地面站天線分別指向不同的2顆衛(wèi)星,2顆衛(wèi)星的空間指向相差近90°,瞬斷現(xiàn)象仍然存在,從而排除了星上干擾的可能。

通過(guò)上述觀察分析,判斷鏈路的瞬斷并非是信號(hào)中斷,而是大信號(hào)阻塞。造成瞬斷的最可能來(lái)自空間干擾,且是一個(gè)功率非常大的干擾。因?yàn)槊看伟l(fā)生瞬斷時(shí),頻譜儀所監(jiān)測(cè)的全頻段的載波都會(huì)大幅下降,甚至降到噪底,不僅僅是所使用的頻段,包括整個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器,以致于相鄰轉(zhuǎn)發(fā)器上的載波都會(huì)大幅下降。這個(gè)干擾影響的不是頻率,而是功率?？梢栽O(shè)想,當(dāng)這個(gè)干擾突發(fā)時(shí),迅速把下變頻器推到飽和,占用大量功率,同時(shí)與星上接收信號(hào)造成大的交調(diào),引起噪聲起伏,造成通信中斷。

為了更好地驗(yàn)證上述判斷,對(duì)地面站下變頻器的1dB壓縮點(diǎn)輸入電平、變頻增益以及正常接收情況下變頻器入口處的接收功率等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試情況如下:

①下變頻器增益:45.5dB;

②下變頻器1dB壓縮點(diǎn)輸入電平:-19dBm;

③下變頻器1dB壓縮點(diǎn)輸出電平:-25.3dBm;

④下變頻器入口電平:-20.5dBm。

從測(cè)試結(jié)果可以看出,在正常接收信號(hào)時(shí)下變頻器入口處的接收功率（具體值為:-20.5dBm）已接近下變頻器1dB壓縮點(diǎn)輸入電平（具體值為:-19dBm）。經(jīng)過(guò)分析可知,由于所用衛(wèi)星的星上功率較大,下變頻器在正常工作的情況下已接近飽和,如果再有大的外來(lái)信號(hào),一定會(huì)引起下變頻器的深度飽和。

2 干擾源的查找

經(jīng)過(guò)多次觀察這個(gè)干擾并不在工作的轉(zhuǎn)發(fā)器頻段以及相鄰的轉(zhuǎn)發(fā)器頻段內(nèi)。為了更好地查知干擾頻點(diǎn),將地面站另一幅天線偏離衛(wèi)星指向方向一個(gè)角度,使有用信號(hào)剛好進(jìn)不來(lái),從而更清晰地捕捉干擾信號(hào)。通過(guò)這種方法,成功地記錄下干擾的頻段和電平,并與正常載波信號(hào)相比對(duì),在發(fā)生時(shí)間和持續(xù)時(shí)長(zhǎng)上驗(yàn)證了干擾和瞬斷的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

根據(jù)觀測(cè)結(jié)果,該干擾主要分布在衛(wèi)星信標(biāo)頻率的上端,成梳狀脈沖波,其頻率范圍是4190～4378MHz,邊沿整齊,最大電平比信標(biāo)電平高出30dB,在4254～4346MHz頻帶上能量更大。該干擾出現(xiàn)間隔從1分鐘到10幾分鐘不等,持續(xù)時(shí)間從幾十秒到數(shù)分鐘不等。多數(shù)情況下,該干擾的電平并不高,所以不會(huì)造成變頻器飽合,只有干擾電平幅度突然上升幾十個(gè)分貝時(shí),才會(huì)引起地面站調(diào)制解調(diào)器的瞬斷。

在確定了干擾頻點(diǎn)后,查找干擾源就成了當(dāng)務(wù)之急,經(jīng)過(guò)當(dāng)?shù)責(zé)o委4輛干擾監(jiān)測(cè)車的撒網(wǎng)式排查,最終確定干擾源為一種叫做無(wú)線電高度表的民航機(jī)載雷達(dá)測(cè)高設(shè)備,該設(shè)備在飛機(jī)起降時(shí)工作。工作頻率4200～4400MHz,發(fā)射信號(hào)為調(diào)頻連續(xù)波,工作高度0～600m。

3 空間干擾排除措施

由于機(jī)載無(wú)線電高度表的工作頻率是正常分配給民航使用的,它在工作時(shí)對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾是衛(wèi)星地面站本身無(wú)法抑制的帶外干擾,地面站只得通過(guò)外加部件等手段來(lái)解決干擾問(wèn)題。具體的措施主要包括:外加射頻衰減器、外加窄帶濾波器或外加寬帶濾波器等。

3.1 外加射頻衰減器

由于造成地面站衛(wèi)通鏈路瞬斷的主要原因是下變頻器飽和,為了使其退出飽和區(qū),最簡(jiǎn)單的辦法就是在低噪聲放大器與下變頻器間串接射頻衰減器,外加射頻衰減器方法如圖2所示。該措施已在某地面站得到了應(yīng)用,部分緩解了鏈路瞬斷問(wèn)題。但是,串接衰減器同樣降低了正常接收信號(hào)的強(qiáng)度,減小了地面站接收信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍,尤其是在終端很多的地面站,有可能使調(diào)制解調(diào)器的接收電平太低而無(wú)法滿足要求。

圖2 外加射頻衰減器法

3.2 外加窄帶濾波器

為了更好地解決機(jī)載無(wú)線電高度表對(duì)衛(wèi)星地面站接收系統(tǒng)造成的干擾,可以在地面站接收系統(tǒng)低噪聲放大器之后接入一個(gè)帶寬比較窄的帶通濾波器,抑制由于無(wú)線電高度表發(fā)射的無(wú)線電波對(duì)地面站接收系統(tǒng)的干擾。窄帶濾波器方法如圖3所示。典型實(shí)例為接入一個(gè)帶寬只覆蓋一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的帶通濾波器。帶通濾波器工作原理如圖4所示。

圖3 窄帶濾波器方法

圖4 帶通濾波器工作原理圖

從圖3可以看出,采取這種措施的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、好實(shí)現(xiàn),但極不靈活,系統(tǒng)換轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)需要重新定制濾波器。

3.3 外加寬帶濾波器

較好的方案是設(shè)計(jì)一個(gè)500MHz的寬帶濾波器,濾除衛(wèi)星使用頻帶外的信號(hào),但是一個(gè)通帶500MHz全頻段邊沿陡峭的濾波器是很難實(shí)現(xiàn)的。在此,可以利用射頻開(kāi)關(guān)控制一組濾波器（多個(gè)不同帶寬的濾波器）來(lái)共同完成通帶內(nèi)的濾波工作。寬帶濾波器方法如圖5所示。

圖5 寬帶濾波器方法

采用寬帶濾波器的解決方法即有效地濾除了帶外干擾,又對(duì)衛(wèi)星使用全頻段進(jìn)行了分段濾波,克服了窄帶濾波器使用不靈活的弊端,是解決空間干擾問(wèn)題的首選。

4 結(jié)束語(yǔ)

空間干擾對(duì)衛(wèi)星通信產(chǎn)生的影響已不容忽視,針對(duì)衛(wèi)星地面站鏈路瞬斷的實(shí)例,通過(guò)對(duì)故障現(xiàn)象、原因進(jìn)行深入剖析,進(jìn)一步給出了有效的解決辦法,對(duì)于工程技術(shù)人員今后的工程實(shí)踐將有很大幫助。

[1]呂海寰,蔡劍銘,甘仲民,等.衛(wèi)星通信系統(tǒng)[M].北京:人民郵電出版社,1999.

[2]楊運(yùn)年.VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)[M].北京:人民郵電出版社,1998.

[3]王平.淺談衛(wèi)星通信系統(tǒng)干擾監(jiān)測(cè)和處理[M].數(shù)字通信世界,2009（5）:73-76.