衛(wèi)星通信的常見(jiàn)干擾分析和處理措施

楊偉娟

摘要：近幾年，衛(wèi)星通信以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于通信、電視廣播、GPS定位導(dǎo)航、測(cè)繪、氣象、軍事等領(lǐng)域，本文首先分析了研究抗干擾衛(wèi)星通信系統(tǒng)的必要性，以及干擾的類(lèi)型，并針對(duì)這些干擾因素提出了一些相應(yīng)的處理措施，以減少干擾，保障衛(wèi)星通信的暢通。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信 微波傳輸 干擾源 抗干擾技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN927.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）12-0031-02

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由地面端、衛(wèi)星端和用戶(hù)端三部分組成，地面端的發(fā)射站（地球站）將數(shù)據(jù)打包，通過(guò)微波發(fā)送到衛(wèi)星。衛(wèi)星在高空起中繼站的作用，將收到的地面發(fā)來(lái)的電磁波放大后返送回另外的地面站，包含有數(shù)據(jù)信息的電磁波要兩次穿過(guò)大氣層才能從一個(gè)地面站到達(dá)另一個(gè)地面站。適合衛(wèi)星通信的微波頻帶約有500MHz寬度，為了方便放大和轉(zhuǎn)發(fā)，一般在衛(wèi)星上設(shè)置若干個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器被分配一定的工作頻段，不同頻段用不同代號(hào)表示。Ku波段和C波段是當(dāng)前國(guó)際上主要使用的兩種波段，Ku波段的工作頻率范圍是12.24—18GHz，C波段的工作頻率范圍是4—8GHz，它是多媒體廣播衛(wèi)星通信的經(jīng)典波段。

衛(wèi)星信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到不同因素的干擾，有些干擾無(wú)法避免，以下就通過(guò)對(duì)主要的干擾因素進(jìn)行分析，根據(jù)各種干擾因素的不同特點(diǎn)，提出適當(dāng)?shù)奶幚泶胧┯枰詰?yīng)對(duì)。

1 衛(wèi)星通信中常見(jiàn)的干擾類(lèi)型

衛(wèi)星通信系統(tǒng)存在著不同層面的干擾，下面筆者從自然現(xiàn)象干擾、地面環(huán)境干擾、傳輸空間干擾和設(shè)備故障干擾等方面具體介紹。

（1）自然現(xiàn)象的干擾：自然現(xiàn)象干擾是目前衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要干擾，并且具有一定的隨機(jī)性。一般來(lái)說(shuō)，自然現(xiàn)象干擾主要包括日凌、雨衰和雪衰。

日凌：日凌就是指太陽(yáng)侵犯、干擾之意，它是指通信廣播衛(wèi)星會(huì)隨著地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)厍颉⑿l(wèi)星、太陽(yáng)恰好位于同一直線上時(shí)，衛(wèi)星就處于地球和太陽(yáng)之間，地面站的接收天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的同時(shí)也對(duì)準(zhǔn)了太陽(yáng)。此時(shí)，太陽(yáng)產(chǎn)生的強(qiáng)大的電磁輻射會(huì)對(duì)地球站所接受的衛(wèi)星信號(hào)造成干擾，導(dǎo)致接收鏈路嚴(yán)重惡化甚至中斷。這種現(xiàn)象每年春分和秋分前后發(fā)生兩次。

雨衰：雨衰是指降雨時(shí)雨粒吸收和雨粒散射引起的電磁波衰減。雨衰的大小取決于電波波長(zhǎng)和雨粒幾何尺寸的比擬度，當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)和雨滴的直徑相似時(shí)將引起雨粒共振，則產(chǎn)生最大的衰減。實(shí)測(cè)結(jié)果表明雨滴的半徑約在0.025cm～0.3cm。C波段的電波波長(zhǎng)在7.5cm左右，與雨滴半徑相關(guān)較大，因此受降雨影響較小，一般小于2DB。Ku波段內(nèi)電波的波長(zhǎng)在2.5cm左右，故降雨對(duì)電波產(chǎn)生的影響比較明顯，最大可達(dá)20DB。

雪衰：雪衰和雨衰相似，是指降雪對(duì)衛(wèi)星信號(hào)傳輸造成的干擾。但是降雪量不大，饋源面上積雪不多時(shí)降雪對(duì)常用衛(wèi)星信號(hào)頻帶的衰減不大。雪衰對(duì)于C波段和Ku波段衛(wèi)星傳輸?shù)挠绊懼饕憩F(xiàn)在雨夾雪和化雪過(guò)程中天線主反射面上不規(guī)則的積雪破壞了衛(wèi)星天線口面場(chǎng)分布的均勻性，增大了天線的噪聲溫度，降低了天線的增益，上行鏈路的等效全向輻射功率EIRP值或接受系統(tǒng)的接收性能G/T值均會(huì)因此而大大減小。

（2）地面環(huán)境的干擾：地面環(huán)境干擾是最為普遍的一種干擾形式。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，和人們生活水平的提高，越來(lái)越多的電子設(shè)備被應(yīng)用到我們的生活中，電磁波信號(hào)設(shè)備也廣泛的應(yīng)用到城市發(fā)展中，這些電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生微波、雷達(dá)、無(wú)線電視、調(diào)頻廣播、工業(yè)噪聲等大量的電磁波輻射。這些電磁波對(duì)衛(wèi)星信號(hào)來(lái)說(shuō)就是干擾源，既會(huì)串入上行鏈路造成上行干擾又會(huì)串入下行鏈路造成下行干擾。

（3）傳輸空間干擾：空間干擾主要指鄰星干擾和交調(diào)干擾，它是是衛(wèi)星通信干擾的重要方式。隨著衛(wèi)星通信的廣泛應(yīng)用和衛(wèi)星通信技術(shù)的日益進(jìn)步，同步軌道衛(wèi)星的數(shù)量也逐步增多，但同步衛(wèi)星的軌道只有一個(gè)，在赤道上方35860公里，這樣難免會(huì)使相鄰衛(wèi)星之間的距離越來(lái)越近，相鄰衛(wèi)星之間的信號(hào)摻雜其臨近衛(wèi)星的信號(hào)，超出了原來(lái)信號(hào)的覆蓋率，傳輸?shù)男盘?hào)效果受到影響，這就是鄰星干擾。

交調(diào)干擾主要是指用戶(hù)分配的波頻率與相鄰信號(hào)的頻帶出現(xiàn)重疊，這里重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是重疊，在實(shí)際的工作信號(hào)傳遞中，如果沒(méi)有較強(qiáng)的保護(hù)或者是防干擾措施，那么信號(hào)在傳遞的過(guò)程中就容易出現(xiàn)燥底過(guò)高或出現(xiàn)副瓣方面的問(wèn)題，這對(duì)正常信號(hào)的傳遞有負(fù)面的影響。

（4）設(shè)備故障干擾：設(shè)備故障也會(huì)干擾衛(wèi)星通信，這包括衛(wèi)星故障和地面設(shè)備故障。地面設(shè)備故障干擾的干擾又包括中頻轉(zhuǎn)發(fā)干擾、地面調(diào)頻廣播干擾、交調(diào)干擾、雜散干擾等。產(chǎn)生干擾的原因包括：設(shè)備雜散指標(biāo)不合格，載波中雜波或諧波過(guò)高；調(diào)制器、上變頻器輸出電平過(guò)大，或者放大器線性指標(biāo)差，出頻譜擴(kuò)散；上變頻器、放大器沒(méi)有設(shè)置在合適的工作點(diǎn)上，造成載波噪聲。

2 衛(wèi)星通信中常見(jiàn)干擾的處理措施

為了確保衛(wèi)星通信的正常發(fā)展，降低衛(wèi)星信號(hào)的干擾，針對(duì)上述存在的干擾問(wèn)題，筆者從干擾源和提高抗干擾技術(shù)兩方面提出了解決措施。

2.1 處理干擾源

（1）目前尚無(wú)法避免自然現(xiàn)象對(duì)衛(wèi)星通信的干擾，只能采取措施將干擾降到最低。從太陽(yáng)進(jìn)入地面接收天線的3dB波束到離開(kāi)3dB波束是日凌干擾最強(qiáng)的時(shí)間。接收頻率越高，天線口徑越大，天線3dB波束越窄，則日凌持續(xù)時(shí)間越短。因此，日凌持續(xù)時(shí)間與其接收頻率和天線口徑大小有關(guān)，地球站可以通過(guò)增大天線口徑和靈敏度來(lái)縮短日凌持續(xù)的時(shí)間。東經(jīng)度越高的衛(wèi)星，每天日凌開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間越早，根據(jù)地球站所處的位置和所接受的衛(wèi)星的位置，計(jì)算出日凌發(fā)生的時(shí)間，利用不同衛(wèi)星日凌發(fā)生先后順序不同對(duì)節(jié)目信號(hào)進(jìn)行選擇切換。

針對(duì)雨（雪）衰現(xiàn)象：雨（雪）衰現(xiàn)象隨機(jī)性強(qiáng)，地區(qū)差異大，又無(wú)法避免，因此只能通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)的傳輸路徑和特點(diǎn)根據(jù)需要，在設(shè)計(jì)時(shí)予以補(bǔ)償。雨衰的補(bǔ)償可以通過(guò)以下環(huán)節(jié)完成，上行鏈路的雨衰損耗由上行站補(bǔ)償，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器也可以補(bǔ)償部分上行鏈路的雨衰損耗，下行站提高接受系統(tǒng)的接收性能G/T值，為雨衰留有較大余量。同時(shí)，優(yōu)化衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器天線的波束圖設(shè)計(jì)，合理設(shè)計(jì)衛(wèi)星接收系統(tǒng)也可以減少降雨（雪）產(chǎn)生的影響。

（2）地面電磁環(huán)境干擾：地面環(huán)境干擾眾多，只有通過(guò)在天線周?chē)侠戆惭b金屬屏蔽層屏蔽電磁干擾源將干擾波反射回去來(lái)解決。金屬屏蔽層架設(shè)前必須通過(guò)電磁檢測(cè)明確干擾波的來(lái)源方向，屏蔽層的還要達(dá)到一定高度，既不能低于高頻頭又不能阻擋衛(wèi)星信號(hào)的傳輸路徑。若采用金屬網(wǎng)作為屏蔽層，為防止干擾波從網(wǎng)孔漏入，網(wǎng)孔的孔徑還應(yīng)小于工作最小波長(zhǎng)的1/4。

（3）鄰星干擾：鄰星干擾中上行干擾需要衛(wèi)星公司通過(guò)協(xié)調(diào)鄰星運(yùn)營(yíng)商予以解決。而通過(guò)地球站校隊(duì)天線指向，準(zhǔn)確指向所需天線、對(duì)天線方向圖性能進(jìn)行優(yōu)化、降低上行功率就能有效解決下行干擾。

（4）衛(wèi)星設(shè)備故障造成的干擾只能通過(guò)切換備份設(shè)備，更換轉(zhuǎn)發(fā)器或轉(zhuǎn)星來(lái)解決。地面設(shè)備故障造成干擾則需要提高維護(hù)人員的技術(shù)水平，嚴(yán)格按照設(shè)備使用說(shuō)明操作，合理設(shè)置的設(shè)備工作點(diǎn)，良好匹配組合設(shè)備。嚴(yán)格做好設(shè)備的入網(wǎng)驗(yàn)證測(cè)試，更換設(shè)備時(shí)先通電測(cè)試，確認(rèn)各項(xiàng)指標(biāo)合格在入網(wǎng)使用。

2.2 增強(qiáng)抗干擾技術(shù)

（1）加裝防干擾裝置減小干擾。使用微帶陣列天線：天線系統(tǒng)是整個(gè)衛(wèi)星通信鏈路上的重要單元，是接收衛(wèi)星信號(hào)的基本元件。微帶陣列天線具有體積小、質(zhì)量輕、增益高、方向性強(qiáng)的特點(diǎn)，不僅傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高而且抑制雨雪干擾和抗多徑反射能力強(qiáng)。微帶陣列天線由饋電網(wǎng)絡(luò)和微帶貼片組成，七個(gè)陣元分別位于正六邊形的六個(gè)頂點(diǎn)和中心，陣元間采用半波長(zhǎng)間距以避免引起柵瓣。

加裝前置濾波器：在天線和低噪聲放大器之間放置濾波器，可以抑制大的帶外干擾。前置濾波器可能會(huì)帶來(lái)性能損失，每1dB的插入損耗會(huì)導(dǎo)致噪聲系數(shù)增加1dB，必須要有良好的濾波器設(shè)計(jì)，既保證噪聲系數(shù)足夠小，又能抑制帶外干擾。

設(shè)置耗電單元：在衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射天線附近區(qū)域設(shè)置耗電單元，可以降低上行功率，消弱鄰星干擾。

（2）功率倒置算法抑制寬帶干擾?；诠β实怪米赃m應(yīng)算法的抗干擾設(shè)計(jì)因?yàn)樾l(wèi)星信號(hào)淹沒(méi)在背景噪聲下，所以功率倒置將最大程度的抑制干擾，但是因?yàn)樵撍惴ú⒉恍枰烙杏眯盘?hào)的有關(guān)信息，但反過(guò)來(lái)，若有用信號(hào)功率較大同樣會(huì)受到抑制。

（3）加窗抑制窄帶干擾。擴(kuò)頻系統(tǒng)有一定的擴(kuò)頻增益，可以抵抗一定的干擾，但如果干擾較大或擴(kuò)頻增益較低，就需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)抗干擾技術(shù)。加窗實(shí)質(zhì)上是對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，目的是減小頻譜泄漏，窗函數(shù)從數(shù)據(jù)段的中心向兩邊逐步衰減，保證了數(shù)據(jù)段兩端的平滑。通過(guò)加窗可以準(zhǔn)確的估計(jì)信號(hào)頻譜，但也會(huì)使使輸入信號(hào)發(fā)生畸變，增加的信噪比損失。

3 結(jié)語(yǔ)

衛(wèi)星通信的特點(diǎn)導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)在傳輸過(guò)程中所受的干擾種類(lèi)多樣，而且不可避免。只有掌握了先進(jìn)的維護(hù)技術(shù)，總結(jié)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)不同的干擾因素采取有效措施，預(yù)防和降低干擾衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)囊蛩兀拍芨玫膽?yīng)用衛(wèi)星通信，并使衛(wèi)星傳輸事業(yè)得到更好地發(fā)展。