衛(wèi)星廣播通信中降低三階交調(diào)干擾的方法研究

李茜

【摘要】隨著衛(wèi)星數(shù)字廣播技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信對(duì)固定頻段內(nèi)同時(shí)并發(fā)雙載波甚至是多個(gè)載波的需求場(chǎng)合越來(lái)越多，而在對(duì)有限帶寬內(nèi)進(jìn)行雙載波跨轉(zhuǎn)發(fā)器并發(fā)方案實(shí)施過(guò)程中，三階交調(diào)對(duì)雙載波的發(fā)射和接受質(zhì)量都有巨大的影響。首先闡述衛(wèi)星廣播電視通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，然后說(shuō)明三階交調(diào)是如何產(chǎn)生的以及對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的影響，最后通過(guò)測(cè)量三階交調(diào)相關(guān)指標(biāo)來(lái)降低交調(diào)干擾對(duì)衛(wèi)星通信的影響。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星廣播電視;三階交調(diào);射頻指標(biāo);

中圖分類(lèi)號(hào)：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.02.008

在衛(wèi)星廣播電視通信中，會(huì)有在有限帶寬固定頻率下同時(shí)發(fā)送雙載波上星的場(chǎng)合，而如何合理解決交調(diào)失真，是提升衛(wèi)星帶寬利用率的重要手段之一。

當(dāng)兩個(gè)不同頻率的信號(hào)通過(guò)一個(gè)射頻器件時(shí)，射頻器件的非線性會(huì)導(dǎo)致這兩個(gè)信號(hào)之間相互影響，而這樣的影響被稱(chēng)為交調(diào)干擾。它們之間產(chǎn)生的交調(diào)產(chǎn)物即為交調(diào)失真，交調(diào)失真會(huì)降低系統(tǒng)頻譜利用率，對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)射接收質(zhì)量都有巨大影響。

1. 衛(wèi)星廣播電視通信系統(tǒng)的特點(diǎn)

衛(wèi)星廣播電視是利用地球同步通信衛(wèi)星作為中繼站，向服務(wù)區(qū)轉(zhuǎn)發(fā)功率較大的廣播電視信號(hào)，使得廣大聽(tīng)眾和觀眾能夠用較為簡(jiǎn)單的接收天線和接收機(jī)收聽(tīng)和收看廣播和電視節(jié)目。衛(wèi)星廣播電視通信對(duì)比傳統(tǒng)通信方式，具有通信距離遠(yuǎn)，覆蓋面積廣泛，通信頻帶寬、傳輸容量大，接收信息操作方便等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)是由衛(wèi)星廣播電視上行系統(tǒng)和下行接收系統(tǒng)組成的。衛(wèi)星站上行接收系統(tǒng)首先將電視播出部傳送過(guò)來(lái)的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，輸出的電信號(hào)經(jīng)基帶分配送入編碼器進(jìn)行信源編碼，用復(fù)用器進(jìn)行加擾，再送入調(diào)制器中進(jìn)行信道編碼和調(diào)制，轉(zhuǎn)換出的中頻信號(hào)通過(guò)上變頻器轉(zhuǎn)換成指定的發(fā)射頻率后送入高頻功率放大器中進(jìn)行功率放大，最后用波導(dǎo)饋線送到發(fā)射天線上行至衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。衛(wèi)星接收站主要用來(lái)接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的下行信號(hào)，經(jīng)過(guò)下變頻、解調(diào)、信道中放、低噪聲放大等環(huán)節(jié)生成中頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)中放、解調(diào)和視頻音頻處理還原出視頻和音頻信號(hào)。

我國(guó)衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)大多采用的是DVB-S傳輸標(biāo)準(zhǔn)，選擇MPEG-2或者AVS+的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼，使用QPSK調(diào)制方式，采用卷積碼和RS碼的級(jí)聯(lián)編碼方式進(jìn)行前向差錯(cuò)控制。

2. 三階交調(diào)的產(chǎn)生和影響

在衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)需要同時(shí)發(fā)射雙載波去衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，兩個(gè)不同頻率的載波信號(hào)通過(guò)合路器去天饋射頻系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)射的過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生交調(diào)干擾，其中三階交調(diào)對(duì)雙載波的發(fā)射和接受質(zhì)量有巨大的影響。

交調(diào)是指當(dāng)兩個(gè)不同頻率的信號(hào)f1和f2在經(jīng)過(guò)一個(gè)非線性系統(tǒng)后，產(chǎn)生頻率分量m*f1±n*f2（m，n=0，1，2……）的現(xiàn)象，其中m+n的值被稱(chēng)作分量的階，當(dāng)m+n=3時(shí)，2f1-f2和2f2-f1被稱(chēng)作三階交調(diào)分量。

雙載波信號(hào)經(jīng)過(guò)上變頻和高功放后的交調(diào)分量情況如圖1所示。

由圖1可以看出，三階交調(diào)分量2f1-f2和2f2-f1的頻率與輸入的射頻信號(hào)頻率f1和f2最相近，落入接收頻段內(nèi)，很難用濾波器濾除，同時(shí)，三階交調(diào)的幅度比更高階的交調(diào)都高出很多，使得三階交調(diào)在射頻性能指標(biāo)中成為非常重要的指標(biāo)，必須避免它對(duì)衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)造成嚴(yán)重的干擾。

3. 射頻指標(biāo)和如何避免三階交調(diào)

在射頻系統(tǒng)中通常使用的交調(diào)指標(biāo)有IP3三階截獲點(diǎn)（IIP3、OIP3）。

IP3（Third-order Intercept Point）即三階截獲點(diǎn)，表示為一階交調(diào)信號(hào)增益曲線與三階交調(diào)信號(hào)增益曲線相等時(shí)的功率。它是一個(gè)理論值，作為線性度或失真性能的參數(shù)，IP3的數(shù)值越大表示線性度越好，系統(tǒng)的失真也越小。IP3包括IIP3和OIP3，即IIP3（Input Third-order intercept point）輸入三階截獲點(diǎn)和OIP3（Output Third-order intercept point）輸出三階截獲點(diǎn)。

如圖2所示，當(dāng)輸入功率逐漸增加至IIP3時(shí)，一階交調(diào)信號(hào)的增益曲線與三階交調(diào)信號(hào)的增益曲線相交，對(duì)應(yīng)的輸出功率為OIP3。

一階交調(diào)增益曲線的斜率就是被測(cè)設(shè)備的增益G，而用3G表示三階交調(diào)信號(hào)的增益曲線斜率，也就是三階交調(diào)的輸出功率是一階交調(diào)輸出功率的三倍，當(dāng)輸出功率等于IIP3時(shí)，對(duì)應(yīng)的一階交調(diào)和三階交調(diào)的輸出功率都等于OIP3，兩者的輸出功率相等，Pi為輸入功率，a為一階增益曲線在輸入功率為Pi時(shí)的輸出功率，b點(diǎn)為三階增益曲線在輸入功率為Pi時(shí)的輸出功率，可將一階交調(diào)增益曲線的直線方程表示為：

OIP3-a=G（IIP3-Pi）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

三階交調(diào)增益曲線的直線方程表示為：

OIP3-b=3G（IIP3-Pi）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

由公式（1）和（2）可得：

OIP3=a+（a-b）/2=a+1/2 IMD3? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

IIP3=OIP3-G? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

其中IMD3=a-b，即三階交調(diào)失真，是輸出載波電平與三階交調(diào)信號(hào)的電平之差③。而在相關(guān)技術(shù)規(guī)范中要求，三階交調(diào)失真IMD3≤-34dBc，一般正常工作時(shí)要達(dá)到-34dBc。

因此，我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)射頻系統(tǒng)的輸出功率等相關(guān)參數(shù)來(lái)調(diào)整三階交調(diào)失真IMD3的值，從而大大降低三階交調(diào)干擾對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的影響。

三階交調(diào)的測(cè)量方法和框圖如圖3所示。

按照測(cè)試框圖，分別設(shè)置射頻信號(hào)源f1、f2的頻率和輸出功率，調(diào)整好頻譜分析儀的范圍（SPAN）、分辨率、中心頻率、衰減電平、參考電平等參數(shù)，記錄被測(cè)功率放大器的電壓、電流，調(diào)整射頻信號(hào)源的輸出功率并在頻譜分析儀測(cè)得f1或f2的輸出功率，記為a的值，繼續(xù)調(diào)整頻譜分析儀測(cè)得2f1-f2或2f2-f1的輸出功率，記為b的值，計(jì)算出三階交調(diào)失真IMD_3的值，根據(jù)結(jié)果不斷調(diào)整f1、f2的頻率和輸出功率等相關(guān)參數(shù)，最終使得IMD_3的值符合技術(shù)要求，確保衛(wèi)星廣播電視通信系統(tǒng)的正常工作。

除了調(diào)節(jié)設(shè)備的相關(guān)功率電平，還要嚴(yán)格做好防水防塵的保護(hù)，保證無(wú)源器件之間的連接牢固，盡可能采用銅制材料的外導(dǎo)體電纜，導(dǎo)線與設(shè)備之間也應(yīng)采用緊密的螺紋式連接方式，設(shè)備連接前要對(duì)接頭內(nèi)部進(jìn)行清理保證干凈無(wú)堵塞，這些措施可以有效的減少交調(diào)干擾的產(chǎn)生。

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量計(jì)算，可以降低三階交調(diào)干擾，在固定頻段內(nèi)同時(shí)并發(fā)雙載波至衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，大幅降低了衛(wèi)星租用寬帶，高效的傳輸上星，通過(guò)調(diào)整設(shè)備的輸出功率，可以提高射頻指標(biāo)，確保三階互調(diào)失真值符合技術(shù)規(guī)范要求，保證衛(wèi)星廣播電視通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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