關于衛(wèi)星廣播通信中常見干擾問題的分析研究

+ 張榮建 廣電總局無線電臺管理局

一、前言

衛(wèi)星是我國廣播電視節(jié)目傳輸?shù)闹匾乐弧５l(wèi)星通信受自身特點的限制和環(huán)境的影響，不可避免地會遇到各種干擾。特別是常見通信衛(wèi)星采用透明轉(zhuǎn)發(fā)器，更容易受到一些不可預見的干擾。

隨著通信技術的快速發(fā)展和廣泛應用，衛(wèi)星信號傳輸路徑上的干擾將越來越多，干擾類型也越來越復雜，需要對此進行分析研究以便采取一定的措施進行識別和克服。

二、干擾的種類和原因及危害程度

根據(jù)干擾的來源和危害程度，干擾的種類主要可分為地面干擾、空間段各類自然噪聲干擾、空間不明無意干擾、空間惡意干擾等。

1.地面干擾

（1）地球站設備的雜波干擾

對于上行系統(tǒng)設備，雜散指標不合格，工作載波中攜帶有雜波或諧波；調(diào)制器、上變頻器輸出電平過高，或者“高功放”工作在非線性狀態(tài)，出現(xiàn)頻譜擴散；上變頻器、高功放的工作點設置不當，造成載波噪聲抬高；上變頻器頻率漂移等等都會引起干擾，嚴重影響上行信號傳輸質(zhì)量。

典型事例1：某地球站數(shù)字電視節(jié)目因不明原因最大功率上行時，造成臨近衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器節(jié)目載波信號質(zhì)量下降從而提升功率，經(jīng)查，該地球站大功率上行時，其帶外雜散嚴重超標，更換高功放速調(diào)管通道后雜散消失，確認為速調(diào)管該通道指標下降引起。

（2）電磁干擾

對于衛(wèi)星通信，特別是C頻段，由于地面存在著大量的微波、雷達、無線電視、調(diào)頻廣播、尋呼業(yè)務、工業(yè)電磁噪聲等干擾。這些干擾源很容易串入地球站上行鏈路發(fā)射上星，造成上行干擾。串入下行鏈路造成接收干擾。地球站播出設備接地不良，接地電阻過高，串入交流噪聲；電纜屏蔽性能差，電纜插頭接地不良；鏈路電平配置不合理，引起某些設備產(chǎn)生自激等等，都可能在有用頻帶內(nèi)串入調(diào)頻信號產(chǎn)生雜波干擾，這種現(xiàn)象在調(diào)頻電臺附近的地球站會經(jīng)常會遇到。

典型事例2：某地球站模擬電視節(jié)目大功率上行時，引起臨近衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器節(jié)目載波信號受擾質(zhì)量下降。根據(jù)衛(wèi)星公司安排逐地球站排查原因，發(fā)現(xiàn)本站高功放輸出有較高雜散輸出，斷開高功放輸入激勵，雜散消失，應為輸入信號引起，排除高功放本身因素。后經(jīng)過逐環(huán)節(jié)測試，最終確定為因信號電纜屏蔽不好，使解碼器50Hz交流電源信號串入引起，重做信號線后恢復正常。

典型事例3：某地球站發(fā)現(xiàn)本站的中頻節(jié)目源出現(xiàn)中斷。經(jīng)測試，中頻光端機收端輸出的70MHz調(diào)制信號存在嚴重雜散干擾，應為節(jié)目源前端引起。與前端聯(lián)系后，在中頻光端機發(fā)端耦合口測試即發(fā)現(xiàn)存在雜散干擾。經(jīng)排查，中頻光端機未接地線，引入了本地發(fā)射的調(diào)頻機信號，連接地線后雜散消失。

2.空間段各類自然噪聲干擾

地球站接收系統(tǒng)的空間段各類比較常見的自然噪聲主要有：宇宙噪聲、大氣噪聲、太陽噪聲、天電噪聲以及衛(wèi)星天線內(nèi)部噪聲；衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器多載波工作時產(chǎn)生的交調(diào)噪聲；比較明顯的情況為雨雪衰、日凌干擾、太陽磁暴等引起的影響。上述自然噪聲會不同程度影響衛(wèi)星信號的傳輸，嚴重時會導致信號傳輸中斷。

目前國內(nèi)各省級地球站大多為窄帶調(diào)制信號上行，以頻分多址方式共享轉(zhuǎn)發(fā)器。一旦受擾，各地球站均提升功率，使轉(zhuǎn)發(fā)器趨于飽和，產(chǎn)生交調(diào)，各省級衛(wèi)視的下行接收會出現(xiàn)裂化，嚴重時節(jié)目將中斷。上述情況在過去幾年中多次發(fā)生。

比較常見的空間段自然噪聲干擾是日凌干擾。每年春分和秋分左右，衛(wèi)星均會進入日凌期，對衛(wèi)星廣播電視節(jié)目的下行接收造成影響，嚴重時衛(wèi)星廣播電視節(jié)目會發(fā)生中斷現(xiàn)象。目前一般采用大口徑接收天線減短日凌受擾時間，或者采用雙星備份方式避免日凌的影響。

3.空間不明無意干擾

空間不明無意干擾會使正常傳輸信號質(zhì)量下降，嚴重時會造成信號傳輸中斷。

（1）靜止軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡干擾

它是因靜止軌道位置／頻率資源緊張而造成的相鄰軌道位置同頻率工作衛(wèi)星通信網(wǎng)絡之間的干擾。

（2）非靜止軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡干擾

與靜止軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡同頻率工作的各種非靜止軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡一起運行而引起的干擾。

（3）地面通信網(wǎng)絡干擾

與靜止軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡同頻率工作的各種地面通信網(wǎng)絡一起運行而引起的干擾。

（4）反極化干擾

反極化用戶上行天線發(fā)射交叉極化隔離度不夠或上行功率過大引起的反極化干擾。

典型事例4：某氣象地面站使用與某地球站微波線路相同的頻段，又恰好處于地球站微波線路的正向，每次工作都會受到微波的影響，現(xiàn)在正在協(xié)調(diào)更換工作頻段。

典型事例5：某地球站在轉(zhuǎn)星過程中，忘記與衛(wèi)星公司聯(lián)系調(diào)整上行天線極化。在節(jié)目發(fā)射上行后，對反極化正常播出的節(jié)目造成干擾，致使信號中斷。該地球站及時發(fā)現(xiàn)后下行節(jié)目載波，使影響時間縮短，后調(diào)整天線極化后可正常上行。

4、空間惡意干擾

惡意干擾亦稱人為干擾。

（1）盜用轉(zhuǎn)發(fā)器頻率／功率資源

干擾方利用上行地球站天線，對準選定的某顆靜止衛(wèi)星，發(fā)射已調(diào)制的射頻信號，盜用該衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的頻率／功率資源，非法進行信號傳輸。這種情形一般發(fā)生在空閑轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶上。此種干擾較常見。

（2）未經(jīng)衛(wèi)星公司或相關部門批準的衛(wèi)星上行測試

這可能會形影響正常信號傳輸質(zhì)量。

（3）破壞衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器正常信號傳輸

干擾方利用上行地球站天線，對準選定的某顆靜止衛(wèi)星，發(fā)射已調(diào)制或未調(diào)制的大功率射頻信號，阻塞該衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器，以使正常的信號傳輸不能進行或傳輸質(zhì)量下降。

（4）強行通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器傳輸非法信號

干擾方利用上行地球站天線，對準選定的某顆靜止衛(wèi)星，發(fā)射比正常信號功率大得多的、同調(diào)制的射頻信號，強行通過透明衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器傳輸非法信號。并在破譯密碼基礎上使用戶接收機收到非授權的非法信號所含的圖像聲音等信息。

典型事例6：上述情況的發(fā)生在2008年之前經(jīng)常發(fā)生，比如2002年以來，非法信號對鑫諾1號衛(wèi)星、亞洲3S衛(wèi)星等多顆衛(wèi)星上傳輸?shù)膹V播電視節(jié)目進行的多次攻擊，均屬于惡意干擾。

三、干擾的分析及可能采取的處理措施

對于衛(wèi)星通信中存在的各種干擾，可采取不同的方法加以解決。特別是空間段惡意干擾，可能引起數(shù)字信號誤碼率增多不影響通信、較多馬賽克、黑屏、靜幀、非正常畫面等等，因其具有突發(fā)性、高電平、政治性危害最大的特點，必須立即識別，緊急定位，采取必要措施進行抑制，保證正常信號的可靠通信。

處理好地球站自身干擾，需要嚴格做好設備的入網(wǎng)驗證測試，確保雜波功率限制在規(guī)定的范圍之內(nèi)；認真研究設備的使用操作說明，正確設置設備的工作點，根據(jù)測試結果調(diào)整或更換設備，對設備進行合理匹配組合，連接好各個接頭，消除超標雜波；嚴格按照入網(wǎng)測試時標定的頻率和功率電平工作，定期進行各環(huán)節(jié)測試；設備更新時必須先通電測試，確認技術指標合格經(jīng)入網(wǎng)驗證后再投入使用。

處理好地球站電磁干擾，主要是對衛(wèi)星地球站選址時進行環(huán)境電磁測試，應該符合建站要求。但隨著社會的發(fā)展，城市建設的擴張，一些原來處于市郊、電磁環(huán)境比較好的地球站受到干擾會越來越多。目前常見的電磁干擾主要有中波干擾、短波干擾、手機基站干擾、雷達干擾、電焊機產(chǎn)生的電磁干擾、地面微波干擾等。

中波干擾主要影響地球站的基帶處理系統(tǒng)和電源系統(tǒng)，主要的克服措施是良好的系統(tǒng)或機房屏蔽及屏蔽接地；短波干擾主要影響高速數(shù)字基帶系統(tǒng)和L頻段窄帶傳輸線路，對于采用L頻段ODU的地球站，由于該種設備一般需要由室內(nèi)單元饋送一個L頻段的本振信號，單頻本振信號往往由于受短波干擾而給整個上行系統(tǒng)引入強大噪聲，嚴重影響系統(tǒng)信噪比指標，比較有效的措施是機房屏蔽和饋線屏蔽，或采用半鋼(銅皮屏蔽)電纜；雷達干擾多表現(xiàn)為對衛(wèi)星C頻段下行信號(4GHz)的干擾，由于此類干擾信號直接由接收天線引入衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)，地球站或衛(wèi)星單收站一般無法克服，只能通過無線電管理部門的頻率協(xié)調(diào)解決，如果地球站或衛(wèi)星單收站離干擾源較遠且有一定夾角，也可通過適當加大接收天線口徑解決；電焊機工作時會產(chǎn)生高頻電磁輻射，較近時會對衛(wèi)星接收L頻段的信號產(chǎn)生干擾，正常傳輸時一般應避免電焊機在衛(wèi)星接收區(qū)近距離工作；C頻段衛(wèi)星信號很可能受到地面微波信號的于擾，由于無線電管理部門一般對上行站和微波信道有總體規(guī)劃和建站時協(xié)調(diào)，所以這種情況較少發(fā)生。

在日常工作中應經(jīng)常檢查所有設備接地是否可靠、機房總接地電阻是否滿足設備要求、站內(nèi)連接室內(nèi)外設備的電纜必須具有良好的屏蔽性能，應采用雙屏蔽電纜，接頭連接良好，防止出現(xiàn)串擾。

空間段自然噪聲干擾可通過采用MCPC方式傳送衛(wèi)星廣播電視或其他信號，減少SCPC方式傳輸時引起的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器載波互調(diào)干擾；異地建設備份地球站，可避免雨雪等引起的信號上行衰減，或者加裝除雪裝置等及時清除積雪，防止在融雪過程中對天線增益的影響；無法避免的電離層閃爍、太陽活動等影響，考慮增加系統(tǒng)上行和接收余量；為了減小日凌對廣播電視傳輸?shù)挠绊?，地面站可適當增大接收天線口徑，減少日凌持續(xù)干擾時間，同時發(fā)生日凌時用戶可以利用地面?zhèn)浞菔侄稳绻饫|、微波傳輸信號作為有效節(jié)目源，克服日凌造成的中斷，也可采用雙星備份手段，即用兩顆軌位相差較大的衛(wèi)星(4度以上)或使用C、KU兩種頻段衛(wèi)星同時轉(zhuǎn)發(fā)相同內(nèi)容信號，地面站在對某顆衛(wèi)星發(fā)生日凌中斷前就將信道轉(zhuǎn)接到另一顆衛(wèi)星上，以克服日凌對衛(wèi)星節(jié)目傳輸?shù)挠绊憽?/p>

對于空間段不明無意干擾，來自靜止軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡的干擾，可以通過衛(wèi)星網(wǎng)絡間的技術協(xié)調(diào)等措施來解決；來自非靜止軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡的干擾，通常是對非靜止軌道衛(wèi)星系統(tǒng)參數(shù)進行約束或采用其它措施來解決；來自地面通信網(wǎng)絡的干擾，主要通過頻率和空間隔離及技術協(xié)調(diào)等措施來解決；衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器反極化干擾，可通過調(diào)整該反極化地球站發(fā)射天線極化或降低上行功率來得到解決。

對于空間段惡意干擾，除了與國際相關組織進行外交協(xié)調(diào)和國家強制行政干預外，為做好衛(wèi)星廣播電視傳輸安全，還可從衛(wèi)星、上行地球站及節(jié)目發(fā)送設備、有條件接收裝置等三方面采取改進措施。

對衛(wèi)星可能的改進措施主要有：適當減小衛(wèi)星全國波束接收天線覆蓋區(qū)；增設可移動單點波束接收天線；增設固定多點波束接收天線；合理設計轉(zhuǎn)發(fā)器接收機增益變化范圍和最小值；按照惡意干擾源區(qū)域的分布，可在衛(wèi)星上采取過零點抑制技術等，增大衛(wèi)星信號上行的隔離度；亦可采用星上處理技術，隱藏地球站上行的相關參數(shù)，同時加入身份識別技術，達到抑制干擾信號的目的。

對上行地球站可能的改進措施主要有：使用大功率發(fā)射機、低損短距離饋線、高增益發(fā)射天線；使用MCPC方式大功率上行信號將轉(zhuǎn)發(fā)器推至飽和點；增強節(jié)目地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡安全性。

對條件接收裝置可能的改進措施主要有：對廣播電視信號進行加擾和加密；對廣播電視信號的節(jié)目源增設加密認證。

四、干擾信號的可能檢測方法

從上面分析可知，空間段衛(wèi)星信號干擾的處置協(xié)調(diào)相對比較復雜，可分為無意干擾和有意干擾。有意干擾又分兩類：信道層干擾和碼流層干擾。信道層干擾是降低正常信號的信噪比，用噪聲來淹沒信號；碼流層干擾是通過用非法內(nèi)容的調(diào)制信號高功率壓制正常的調(diào)制信號后，進行內(nèi)容碼流的替換。

從遇到的情況來看，干擾信號的頻譜類型主要有雷達信號、掃頻信號、單載波信號、同調(diào)制載波信號等等。

針對不明的衛(wèi)星信號干擾，可在正常節(jié)目內(nèi)容中加入水印等識別信息判斷內(nèi)容變化情況；從碼流層和信道層檢測干擾的程度；采用數(shù)字頻譜儀測量干擾信號的類型。根據(jù)綜合判斷結果，發(fā)布指令及時提高地球站上行EIRP，達到抑制不明干擾，恢復正常通信的目的。