衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)中的干擾因素與應(yīng)對(duì)策略分析

夏利元

（國(guó)家新聞出版廣電總局501臺(tái)，云南 昆明 650302）

衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)中的干擾因素與應(yīng)對(duì)策略分析

夏利元

（國(guó)家新聞出版廣電總局501臺(tái)，云南 昆明 650302）

衛(wèi)星通信具有通信距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣、線路容量大、便于實(shí)現(xiàn)多址連接、組網(wǎng)快、機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前我國(guó)廣播電視信號(hào)的主要傳輸方式之一。但由于其開(kāi)放式的無(wú)線傳輸系統(tǒng)特性，不可避免地存在各種可預(yù)期或不可預(yù)期的干擾，嚴(yán)重影響信號(hào)傳輸質(zhì)量及安全播出。文章詳細(xì)地分析了衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)中的各種干擾因素、產(chǎn)生原理，并提出了針對(duì)性的應(yīng)對(duì)策略，以期達(dá)到和同行交流的目的。

廣播電視衛(wèi)星傳輸；干擾；應(yīng)對(duì)措施

廣播電視衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)主要由地球站、同步衛(wèi)星、空間段、接收站幾部分組成。地球站將基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼、復(fù)用、調(diào)制、變頻、放大處理，從天線發(fā)送至衛(wèi)星，通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成多條單跳或雙跳通信線路，地面接收站經(jīng)變頻處理和解調(diào)后恢復(fù)出基帶信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的廣播功能。所以從地球站到空間傳輸環(huán)境、轉(zhuǎn)發(fā)器、地面設(shè)備，每個(gè)部分的異常都會(huì)影響到信號(hào)的安全傳輸。下面，筆者結(jié)合自己的工作實(shí)踐，從信號(hào)發(fā)射、傳輸、接收的各個(gè)環(huán)節(jié)，就系統(tǒng)中存在的各種因素干擾的定義、產(chǎn)生原理及應(yīng)對(duì)措施作出相應(yīng)介紹。

1　地面信號(hào)干擾

地球站和接收站由于初期建站選址不合理或后期周?chē)姶怒h(huán)境惡化，電纜屏蔽性能差，設(shè)備接地不合要求，鏈路電平配置不合理等因素，致使那些與衛(wèi)星信號(hào)共用頻段的地面信號(hào)串入上、下行鏈路造成上行干擾或接收干擾，使信號(hào)載噪比、誤碼率等指標(biāo)急劇惡化，導(dǎo)致接收信號(hào)質(zhì)量下降甚至中斷。這些干擾源包括：地面微波、電臺(tái)、航空雷達(dá)、通信基站、調(diào)頻廣播、高頻電氣設(shè)備、工業(yè)點(diǎn)噪聲等。

遇到這些干擾時(shí)，先對(duì)干擾源進(jìn)行全面、細(xì)致地分析，針對(duì)具體問(wèn)題采取相應(yīng)措施：（1）進(jìn)行電磁環(huán)境測(cè)試，地球站做好相應(yīng)的系統(tǒng)或傳輸線路的電磁屏蔽工作；（2）保證接收天線架設(shè)在空曠且正前方無(wú)遮擋物，并遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)的地方；（3）遇到強(qiáng)微波干擾時(shí)，將接收站遷至無(wú)干擾的地方，或者查清微波站方位與其天線主瓣方向，使微波站天線的干擾信號(hào)對(duì)衛(wèi)星接收站的干擾方向減少到最大限度；（4）受全波段重干擾時(shí)，可采用地形、建筑物遮擋及人工加裝屏蔽網(wǎng)的方法；（5）給天線安裝靈敏度高的高頻頭，天線足夠多時(shí)盡量選用單極化單輸出高頻頭。

2　正交極化干擾

雙極化頻率復(fù)用指在相同的頻率范圍內(nèi)，利用相互正交的兩個(gè)極化波同時(shí)傳輸兩路獨(dú)立信號(hào)。該技術(shù)可使傳輸容量加倍，大大提高了頻譜利用率，但不可避免，傳輸?shù)膬陕氛粯O化信號(hào)會(huì)有部分功率泄漏到另外一個(gè)極化方向上，造成正交極化干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)性能惡化。引起交叉極化的原因有：星、地天線的指向誤差；星載天線、接收天線的極化鑒別率低；傳輸路徑中的去極化效應(yīng)（受降雨、冰晶、塵暴的影響）等。

應(yīng)對(duì)措施：（1）調(diào)整好地球站發(fā)射衛(wèi)星天線極化隔離度；（2）檢查饋源系統(tǒng)有無(wú)掉進(jìn)異物；（3）及時(shí)更換受損饋源膜；（4）在解調(diào)器中加裝極化干擾消除模塊，消除中頻和基帶信號(hào)的交叉極化干擾。

3　傳輸空間干擾

傳輸空間干擾因素主要有大氣損耗，電離層干擾，太陽(yáng)風(fēng)暴和日凌干擾。下面將分別作出介紹。

3.1大氣損耗

當(dāng)電磁波穿過(guò)對(duì)流層的雨、霧、云、雪時(shí)，能量會(huì)被吸收或散射從而產(chǎn)生損耗，有的時(shí)候會(huì)相當(dāng)嚴(yán)重。同時(shí)水蒸氣分子的吸收也會(huì)增加傳輸損耗。工作中最為常見(jiàn)的就是雨衰和雪衰現(xiàn)象。

3.1.1雨衰

電波穿過(guò)降雨區(qū)域時(shí)，雨滴會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生吸收和散射，所形成的衰減稱(chēng)為雨衰。雨衰與雨滴大?。ń涤陱?qiáng)度）、工作頻率、接收仰角、接收地理位置有密切關(guān)系。降雨越大，頻率越高，雨衰越大；海拔越低，雨衰越大。雨衰使上行和下行信號(hào)的載噪比下降同時(shí)產(chǎn)生去極化干擾。

抗雨衰的應(yīng)對(duì)措施：（1）C波段可忽略不計(jì)，KU波段衛(wèi)星接收系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)所處的雨區(qū)和系統(tǒng)所要達(dá)到的可用度，對(duì)G/T或載噪比留有足夠的余量；（2）通過(guò)上行功率控制相應(yīng)增大地球站的發(fā)射功率，以抵消雨衰帶來(lái)的影響；（3）調(diào)高天線的仰角可減少雨衰，但仰角過(guò)大容易使天線主反射面形成積水，反而衰減上行信號(hào)，所以增大仰角的同時(shí)還要避免形成積水。

3.1.2雪衰

雪衰指在降雪過(guò)程中由于天線饋源及主反射面凸凹不平的積雪對(duì)電磁波產(chǎn)生強(qiáng)弱不同的吸收和散射而引起的信號(hào)衰減。雪衰降低了天線增益，增大天線噪聲溫度，使上行鏈路的等效全向輻射功率（EIRP）和接收系統(tǒng)的品質(zhì)因素（G/T）急劇降低，從而影響衛(wèi)星信號(hào)的傳輸質(zhì)量。值得注意的是，相比降雪而言，自然化雪持續(xù)的時(shí)間更長(zhǎng)，化雪過(guò)程的雪衰對(duì)于天線增益影響更加顯著。

抗雪衰的應(yīng)對(duì)措施：（1）對(duì)上行站，應(yīng)及時(shí)除去發(fā)射天線饋源和主反射面上的積雪，可用大功率風(fēng)機(jī)吹走雪花，阻止其落在主反射面上，或用高壓水龍頭沖去反射面上的積雪，或在天線外圍安裝包裹層，向包裹空間吹熱風(fēng)融化積雪；饋源除雪采用向饋源口吹熱風(fēng)及時(shí)化雪。（2）接收站，在降雪時(shí)及時(shí)清掃天線饋源和主反射面的雪花，防止堆積即可避免雪衰帶來(lái)的影響。

此外，由于大氣密度隨高度減小而引起的電磁波束上翹且起伏的大氣折射現(xiàn)象；由于大氣折射率的不規(guī)則而引起的大氣閃爍現(xiàn)象；由于凹鏡原理和對(duì)流層擾動(dòng)而引起的散焦損耗和漫射損耗都會(huì)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)造成衰減。

3.2電離層干擾

距離地面80公里以上的部分電離或完全電離的空間區(qū)域稱(chēng)為電離層。電離層對(duì)衛(wèi)星通信的影響表現(xiàn)為折射、散射、閃爍及法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。

3.2.1電離層閃爍

由于電離層結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性和隨機(jī)時(shí)變性的影響，造成信號(hào)幅度、相位、極化狀態(tài)等短周期的不規(guī)則變化。電離層閃爍與工作頻率，地理位置和太陽(yáng)活動(dòng)情況有關(guān)，時(shí)間發(fā)生在每年的春分、秋分前后。電離層閃爍主要影響我國(guó)南方地區(qū)的衛(wèi)星廣播電視，而且通信頻率越低，影響越大。在4GHz電離層閃爍可能造成超過(guò)10dB的峰值變化。

3.2.2法拉第極化旋轉(zhuǎn)效應(yīng)

當(dāng)衛(wèi)星電波信號(hào)穿過(guò)電離層時(shí)，在電磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生極化面相對(duì)入射波的旋轉(zhuǎn)，稱(chēng)為法拉第極化旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。其大小與電波頻率、電離層電子密度、傳播路徑長(zhǎng)度有關(guān)。當(dāng)?shù)厍蛘咎炀€仰角越低，通過(guò)電離層的路徑越長(zhǎng)，旋轉(zhuǎn)越大。

對(duì)接收系統(tǒng)而言，法拉第旋轉(zhuǎn)減小了正極化接收信號(hào)的強(qiáng)度，同時(shí)增大了反極化干擾。

3.3太陽(yáng)風(fēng)暴

太陽(yáng)風(fēng)暴指太陽(yáng)上的劇烈爆發(fā)活動(dòng)及其在日地空間引發(fā)的一系列強(qiáng)烈擾動(dòng)?？梢鸬厍虼艑印㈦婋x層、中高層大氣等地球空間環(huán)境強(qiáng)烈變化，將對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行、導(dǎo)航通信和地面系統(tǒng)產(chǎn)生一系列的影響。

太陽(yáng)風(fēng)暴是太陽(yáng)在大氣中發(fā)生的持續(xù)時(shí)間短暫、規(guī)模巨大的能量釋放現(xiàn)象。主要通過(guò)增強(qiáng)的電磁輻射、高能帶點(diǎn)離子流和等離子體云3種形式釋放。在太陽(yáng)風(fēng)暴爆發(fā)期，這些高能帶電粒子具有極高的能量，能穿透衛(wèi)星外殼，給衛(wèi)星平臺(tái)和攜帶的有效負(fù)荷帶來(lái)多種輻射效應(yīng)?？赡芤鹞㈦娮悠骷壿嬪e(cuò)誤，造成程序混亂；嚴(yán)重時(shí)可造成器件內(nèi)部短路、擊穿；也可能引起材料性能衰退，成像系統(tǒng)噪聲增加，太陽(yáng)能電池效率降低。

3.4日凌干擾

當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行到太陽(yáng)和地球之間，且三者在一條直線上時(shí)，地面接收站天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星和太陽(yáng)，強(qiáng)烈的太陽(yáng)噪聲將淹沒(méi)微弱的下行信號(hào)，使衛(wèi)星廣播和通信受到嚴(yán)重的干擾，甚至出現(xiàn)中斷的現(xiàn)象。日凌發(fā)生在每年的春分、秋分前后，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短與工作頻率、天線口徑相關(guān)。接收頻率越高、天線口徑越大，日凌持續(xù)時(shí)間越短。

日凌是不可避免的自然現(xiàn)象，目前尚無(wú)有效方法防止，但不影響地球站發(fā)射信號(hào)。通常，衛(wèi)星公司會(huì)把各地日凌時(shí)間表提前告知用戶(hù)，以便用戶(hù)提前作好準(zhǔn)備。地面接收站可適當(dāng)增大接收天線或利用地面微波、光纜等手段來(lái)傳輸有用節(jié)目源信號(hào)。我臺(tái)則采用雙星備份的方式，即C波段和KU波段分別接收不同軌位的2顆衛(wèi)星，避免日凌時(shí)的節(jié)目源中斷。

4　轉(zhuǎn)發(fā)器的非線性干擾

轉(zhuǎn)發(fā)器的非線性干擾包括：互調(diào)干擾和交調(diào)干擾。

（1）互調(diào)干擾：當(dāng)非調(diào)制信號(hào)（干擾）和有用信號(hào)通過(guò)行波管放大器時(shí)，由于非線性會(huì)產(chǎn)生各種新的組合頻率成分，這些組合頻率一旦落入通帶內(nèi)，便會(huì)對(duì)有用信號(hào)形成干擾。這種干擾稱(chēng)為互調(diào)干擾。互調(diào)會(huì)產(chǎn)生失真，尤其以三階互調(diào)失真對(duì)系統(tǒng)性能影響最大。

（2）交調(diào)干擾：多載波工作時(shí)，各調(diào)制信號(hào)（均為有用信號(hào)）通過(guò)行波管放大器，由于它的輸入輸出非線性產(chǎn)生不同頻率組合成分，這些頻率成分落入接收通帶內(nèi)，對(duì)有用信號(hào)形成干擾，這種干擾稱(chēng)為交調(diào)干擾。交調(diào)可以引起串音。

互調(diào)干擾和交調(diào)干擾的存在，嚴(yán)重影響了通信質(zhì)量，不但限制了系統(tǒng)容量而且浪費(fèi)了衛(wèi)星功率。另外，如果被放大的各個(gè)載波信號(hào)強(qiáng)度不同時(shí)，還會(huì)發(fā)生強(qiáng)信號(hào)抑制弱信號(hào)的現(xiàn)象，使弱信號(hào)大大削弱，以至地面接收站無(wú)法接收。

主要應(yīng)對(duì)措施：（1）載波不等間隔排列；（2）采用能量擴(kuò)散信號(hào)；（3）保證轉(zhuǎn)發(fā)器工作在線性區(qū)，增大多載波工作點(diǎn)的回退（SSPA回退4-5dB，TWTA回退7-8dB）；（4）對(duì)上行線路的載波功率進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測(cè)。

5　鄰星干擾

隨著軌位和頻譜資源的日益緊張，當(dāng)前C波段和KU波段通信衛(wèi)星的軌位間隔已降到2度到2.5度。由于衛(wèi)星天線的收發(fā)波束具有一定的寬度，當(dāng)軌道環(huán)上的衛(wèi)星過(guò)于密集時(shí)，相鄰衛(wèi)星的工作波段與服務(wù)區(qū)均相同時(shí)，地面天線既會(huì)在偏軸方向上輻射出干擾鄰星的信號(hào)，也會(huì)接收到來(lái)自鄰星的信號(hào)干擾，這種干擾稱(chēng)為鄰星干擾。鄰星干擾與天線的偏軸增益差密切相關(guān)，天線口徑越大，工作頻率越高，則波束寬度就越窄，偏軸增益差越大，天線抗干擾能力越強(qiáng)。

鄰星干擾的問(wèn)題本質(zhì)上是由于資源有限和需求增長(zhǎng)的矛盾引起，所以目前尚無(wú)有效辦法解決。國(guó)際電聯(lián)（ITU）規(guī)定，衛(wèi)星軌位的優(yōu)先權(quán)取決于申報(bào)的先后順序（即“先占先得”），只能通過(guò)雙邊協(xié)調(diào)解決。對(duì)于地面接收站來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星軌位失控、天線指向偏離、接收天線的旁瓣特性等因素也會(huì)導(dǎo)致鄰星干擾。

6　鄰信道干擾

由于用戶(hù)載波信道分配不合理，各信道間沒(méi)有足夠的保護(hù)帶寬，與相鄰信道信號(hào)的頻帶出現(xiàn)重疊；或用戶(hù)載波頻譜特性不符合要求，噪點(diǎn)過(guò)高或出現(xiàn)副瓣特性造成鄰信道干擾。

應(yīng)對(duì)措施：對(duì)地球站，在入網(wǎng)測(cè)試時(shí)必須嚴(yán)格保證上行載波頻譜在分配頻帶范圍之內(nèi)，并確保載波的調(diào)制特性符合衛(wèi)星公司的技術(shù)要求。

7　碼間干擾

在衛(wèi)星無(wú)線信道中，由于傳播的多徑效應(yīng)，導(dǎo)致接收解調(diào)端前后碼元的波形畸變、展寬，并使前面波形出現(xiàn)很長(zhǎng)的拖尾，蔓延到當(dāng)前碼元的抽樣時(shí)刻上，從而對(duì)當(dāng)前碼元的判決造成干擾，使誤碼率增大，系統(tǒng)可靠性降低。

與加性的噪聲干擾不同，碼間干擾是一種乘性干擾。造成碼間干擾的因素很多，本質(zhì)上還是由于傳輸信道的頻帶有限。對(duì)這類(lèi)干擾主要采取信道交織和自適應(yīng)均衡技術(shù)解決。

8　惡意干擾

惡意干擾的原理：衛(wèi)星透明轉(zhuǎn)發(fā)器的高功率放大器（HPA）是整個(gè)通信系統(tǒng)中發(fā)信電路的重要組成部分。其主要特點(diǎn)是當(dāng)輸入信號(hào)功率小于某一電平時(shí)，可近似認(rèn)為放大器工作于線性放大區(qū)域；而當(dāng)輸入功率增大且超過(guò)該電平時(shí)，HPA進(jìn)入飽和或過(guò)飽和區(qū)，此時(shí)，高功率放大器的輸出功率將大大降低，出現(xiàn)大信號(hào)壓制小信號(hào)的“功率掠奪”現(xiàn)象，并伴隨大量交調(diào)分量，嚴(yán)重影響接收信號(hào)的質(zhì)量。

惡意干擾通常有2種形式：插播式和堵塞式。插播式干擾，是利用“功率掠奪”原理插播非法信號(hào)，使接收端用戶(hù)收到的是干擾方的非法信號(hào)。堵塞式干擾是搶占轉(zhuǎn)發(fā)器功率，將轉(zhuǎn)發(fā)器全部堵塞，使衛(wèi)星接收端無(wú)法解調(diào)出有用信號(hào)而出現(xiàn)電視黑屏或接收機(jī)死機(jī)現(xiàn)象。

對(duì)抗惡意干擾的措施：（1）采用抗干擾衛(wèi)星傳輸節(jié)目。（2）地球站使用大功率發(fā)射機(jī)和高增益天線，增加節(jié)目源上行功率，達(dá)到強(qiáng)功率壓制的目的。（3）地球站使用大功率MCPC方式，上行信號(hào)工作于轉(zhuǎn)發(fā)器飽和點(diǎn)，利用轉(zhuǎn)發(fā)器飽和點(diǎn)強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的抑制特性減小非法干擾。（4）關(guān)閉轉(zhuǎn)發(fā)器。

9　結(jié)語(yǔ)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及壓縮、編碼、復(fù)用、調(diào)制、交織、差錯(cuò)控制、譯碼、解調(diào)，自適應(yīng)均衡等多種技術(shù)，加之特殊的空間傳輸信道和星載轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，各個(gè)環(huán)節(jié)的干擾因素很多。只有深入了解這些干擾產(chǎn)生的原理，熟悉系統(tǒng)各設(shè)備的性能，熟練操作應(yīng)急預(yù)案，加強(qiáng)崗位練兵，才能在日常的工作中確保播出安全。

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Anlysis of Interference Factors and Countermeasures in the Satellite Transmission System

Xia Liyuan （State Administration of Press，Publication，Radio，F(xiàn)ilm and Television of 501，Kunming 650302，China）

Satellite communication has the communication distance，wide coverage，large line capacity，easy to realize multiple access connection as well as good，fast networking and mobility，has become the current our country one of the main transmission mode of radio and television signal. But as a result of its open wireless transmission system features，inevitably there are all kinds of interference can be expected or unexpected，seriously affect the quality of signal transmission and security. This article in detail analyzes the satellite transmission system of various interference factors，principle，and puts forward the corresponding strategies to cope with the situation，in order to achieve the purpose of and peer exchange.

radio and television satellite transmission； interference； response measures

夏利元（1979-），男，云南昆明，碩士，工程師；研究方向：電子與通信工程，廣播電視無(wú)線傳輸、發(fā)射技術(shù)。