衛(wèi)星廣播電視信號傳輸過程中的干擾因素與對策研究

■ 單縣融媒體中心：孫美芝

衛(wèi)星廣播電視具有調試簡單、造價低、信號清晰且傳播速度高等優(yōu)點。其具體內容包含著社會政治、經(jīng)濟與文化等多方面重要領域，是各個國家政治宣傳與維持發(fā)展局勢穩(wěn)定的重要設施。而廣播電視臺要想保證節(jié)目順利播出，提高節(jié)目播出質量，就必須要保持全程信號的穩(wěn)定性，盡可能地減少信號在傳輸途中所受到的干擾。然而，由于衛(wèi)星廣播本身就具有較為明顯的開放性特點，所以信號在傳輸過程中經(jīng)常會受外界各種因素干擾，從而影響著電視節(jié)目的播出質量。而只有采取科學合理的措施有效改善這一現(xiàn)象，才能夠全面提高電視節(jié)目的播出質量，為廣播電視行業(yè)的創(chuàng)新穩(wěn)定發(fā)展奠定良好基礎。

1.衛(wèi)星廣播信號的基本傳輸流程與主要方式

常見的衛(wèi)星廣播電視信號傳輸主要是由上行發(fā)射系統(tǒng)、地面接收系統(tǒng)與星載轉發(fā)器三大系統(tǒng)部分組成。其中，上行發(fā)射系統(tǒng)主要作用就是對節(jié)目源信號進行調整和放大，經(jīng)過處理之后將其發(fā)射到衛(wèi)星上，再由星載轉發(fā)器將信號傳輸?shù)降孛嫔?，地面接收系統(tǒng)會將信號進行解調和放大處理，這樣一來人們就可以在顯示器上觀看到轉發(fā)的電視節(jié)目。我國當前衛(wèi)星廣播信號頻率干擾情況分析如表1所示。

表1 衛(wèi)星廣播電視信號頻率實際分布情況

1.1 上行發(fā)射系統(tǒng)

廣播電視信號首先會通過視頻處理電路和伴音處理電路兩條路徑來進行混合處理，生成最原始的基帶信號，隨后再被調制成中頻載波波段信號，經(jīng)過放大處理之后利用天線發(fā)射到衛(wèi)星上。

1.2 地面接收系統(tǒng)

此系統(tǒng)是用戶用來直接接收信號的裝置，一般都是由天線、高頻頭和衛(wèi)星接收器三部分組成。這些組成部分擁有獨立的功能，三者之間可以形成一個接收整體。其中，天線可以用來直接接收衛(wèi)星廣播信號，在與高頻頭相連接之后對衛(wèi)星信號進行放大處理，并結合衛(wèi)星接收機的設備需求將信號轉化為第一中頻信號，最后由衛(wèi)星接收機對接收到的信號進行調節(jié)。

1.3 星載轉發(fā)器

此設備可以理解為衛(wèi)星廣播信號傳輸?shù)闹修D站，當接收到上行發(fā)射系統(tǒng)所發(fā)出的中頻諧波之后，就會將其進行及時轉發(fā)，形成大面積的覆蓋。星載轉發(fā)器通常都會擁有多種轉發(fā)系統(tǒng)，可以轉發(fā)不同頻段的廣播信號，像C、Ku等波段信號。

2.衛(wèi)星廣播信號在傳輸過程中的常見干擾因素

在衛(wèi)星廣播信號經(jīng)歷上行發(fā)射、衛(wèi)星轉發(fā)以及下行傳輸流程中，每個流程都會面臨諸多不確定因素，這些外在影響因素都會影響衛(wèi)星廣播信號的最終傳輸質量和穩(wěn)定性。從衛(wèi)星廣播電視信號傳輸期間的干擾因素來看，基本是來自于兩個方面：一是自然環(huán)境影響因素；二是技術設備不完善導致的干擾因素。

2.1 外界自然干擾因素

首先是雨雪天氣。由雨雪天氣所造成的廣播電視信號干擾主要就是人們常說的雨衰和雪衰。雨衰指的是電磁波在傳輸?shù)接晁兄笠鸬男盘査ト?，具體包括雨滴所引起的吸收衰弱和散射衰弱。通過實際研究工作表明，廣播電視信號工作頻率越高，那么雨衰所造成的損耗就越大，對電磁波信號所造成的干擾也就越明顯。而雪衰就是電磁波在雪中的信號衰減問題，或者是天線外表面形成了較厚的積雪和水凝結物，導致電磁波傳輸信號大大減弱。也就是說，不管是雨衰還是雪衰都會嚴重干擾衛(wèi)星電視廣播信號的傳輸效率，其衰減現(xiàn)象會隨著電磁波頻率的不斷提高而逐漸增加，比如對Ku信號頻段的影響就要明顯大于C頻段。

其次是電離層干擾。這種干擾問題會直接影響衛(wèi)星信號傳輸中的低頻信號，這是由于電離層當中充滿了電子，可以看作是一個等離子導體，如果有電磁波信號傳輸就會產(chǎn)生相互作用。一方面在法拉第極化旋轉效應的影響下，極化旋轉量和信號頻率的平方成反比。另一方面，電離層閃爍情況也會對廣播電視信號的傳輸強度和相位造成干擾，干擾所造成的波動會隨著頻率減小而不斷增大。

最后就是太陽輻射干擾。在太陽輻射尤其是太陽風暴的影響下，大量的紫外線與X射線等輻射能量會劇烈增加，衛(wèi)星表面會附著大量的電磁物質，這時在一些曲面或特殊絕緣面之間充電，這就是太空艙充電現(xiàn)象。當電壓達到一定數(shù)值時，衛(wèi)星上的絕緣材料就會被擊穿，從而發(fā)生絕緣層放電信箱，某些PCB電路、電子元器件就會遭到破壞。另外，如果衛(wèi)星倉計算機儲存單元周圍出現(xiàn)了大量的高電量粒子，就很有可能會轉變成存儲單元的狀態(tài)，由無到有，這就會導致系統(tǒng)控制程序與存儲數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤，發(fā)出偽指令。通常情況下，這些偽指令不會帶來十分嚴重的影響，但有時也會觸發(fā)導致太空艙飄離地球。

2.2 技術干擾因素

一是節(jié)目源所帶來的影響。節(jié)目源是廣播電視所發(fā)射出的源點，如果節(jié)目源在制作與存儲方面操作不合理，那么整個系統(tǒng)就會出現(xiàn)故障問題，觀眾所接收到的電視信號就會中斷。而且節(jié)目錄制中的電流與電壓也會十分不穩(wěn)定，當左右揚聲器播放不一致時，就會對衛(wèi)星廣播電視信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性造成影響，進而影響整體電視畫面質量。

二是天線所帶來的影響。從信號傳播衰減原因角度來看，電磁波頻率不能超出標準范圍，天線必須要保證大小一致的口徑，否則就會出現(xiàn)天線主波束較寬，干擾信號接收量較大。同時，地面分布的微波信號、雷達系統(tǒng)信號等，都會與同頻甚至瀕臨的地面型號形成噪聲源和干擾源，對衛(wèi)星廣播電視信號的各項傳輸指標造成影響。像信號質量下降和誤碼率等等。三是星載轉發(fā)器影響。一方面是衛(wèi)星轉發(fā)器有時候會同時接收服務區(qū)內合法或非法用戶的射頻信號。如果載波頻率和轉發(fā)器接收頻率界限相符合，非法用戶就會盜用轉發(fā)器，在衛(wèi)星空閑轉發(fā)器頻道上發(fā)射出非法信號與相關節(jié)目。另一方面就是轉發(fā)器在實際使用過程中也會出現(xiàn)一些故障問題，這些技術故障會對衛(wèi)星發(fā)射器信號傳輸過程帶來很大影響。四是惡意干擾設備所產(chǎn)生的影響。對于衛(wèi)星廣播信號干擾問題中最嚴重的情況就是來自對方惡意攻擊，這種攻擊主要分為欺騙式干擾和阻塞式干擾。其中，阻塞式干擾具有較強的壓制性，通過發(fā)射功率較大的單載波干擾信號來干擾某一路廣播電視載波，讓這一路廣播電視載波的信噪明顯低于接收設備的調節(jié)門限，從而導致信號中斷，也就是黑屏現(xiàn)象。而欺騙式干擾是一種強干擾方式，也被稱為非法圖像干擾，干擾者主要是利用和正常廣播電視相同的參數(shù)，在衛(wèi)星上的同一拼點發(fā)射大功率來調制正常廣播電視載波，從而出現(xiàn)圖像馬賽克情況，帶來的影響十分惡劣。

3.衛(wèi)星廣播電視信號在傳輸過程中的防干擾對策

3.1 定期維護信號接收設備

為了有效保證衛(wèi)星廣播電視的信號傳輸效率，必須要重點解決地面接收設備在運行期間所存在的干擾因素，合理架設天線架等設施，針對各種干擾信號進行評比，盡可能地減少地面信號運行設備所帶來的干擾影響。在天線架安裝過程中，可以選擇城市周邊區(qū)域，進而減少對城市內部所帶來的干擾影響。在此期間，工作人員應該對周邊環(huán)境進行科學且系統(tǒng)的分析，從而能夠精準判斷干擾源所在位置，了解衛(wèi)星廣播電視信號在傳輸過程中的干擾源類型，進而提高衛(wèi)星信號的傳輸質量。另外，如果地面信號傳輸設備所受干擾影響十分嚴重，那么工作人員就要采取人工方式來盡可能地降低信號干擾程度，定期對地面接收設備進行維護，避免衛(wèi)星信號在傳輸期間出現(xiàn)故障問題，使地面信號接收設備能夠高效運行。當工作人員針對信號干擾源展開排查工作時，一定要精準分析信號干擾情況，從而順利播放廣播電視節(jié)目。

3.2 預判惡劣天氣，雙重備份傳輸信號

一旦出現(xiàn)雨雪等惡劣天氣，衛(wèi)星廣播電視信號傳輸質量就會大大下降，但這些自然影響因素又是不可避免的，所以相關人員一定要采取相應的措施來減少外界自然因素對信號傳輸造成的干擾，從而提高廣播電視信號傳輸質量與效率。在此期間，信號接收中心一定要對未來天氣狀況進行科學判斷，從而做出精準預判，結合預測結果來調整地球站信號接收天線的仰角，從而規(guī)避信號在傳輸期間所出現(xiàn)的雨衰和雪衰影響。但從目前實際情況來看，針對星蝕期和日凌期現(xiàn)象很難進行精準預測，這就需要工作人員對傳輸信號進行雙重備份，提高地球站的信號傳輸穩(wěn)定性。在此之后，工作人員還應該在最短的時間內恢復地球站和衛(wèi)星之間的通信系統(tǒng)，從而保證廣播電視信號后期傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

3.3 全面掌握信號傳輸設備的運行狀態(tài)

為了能有效改善設備對廣播電視信號傳輸所造成的影響，工作人員必須要全面且及時地掌握設備運行狀態(tài)，從而能夠在問題剛出現(xiàn)時就進行科學處理，制定出針對性的設備排除方案，有效解決信號傳輸設備在運行期間所存在的問題。同時，還要嚴格遵守相關規(guī)定要求，避免受工作交接的影響出現(xiàn)設備故障問題。不管是檢修還是維護工作都要做好相應的記錄，以此來為后期設備運行提供更加精準的數(shù)據(jù)信息，保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，為用戶帶來更高質量的廣播電視節(jié)目。

4.衛(wèi)星廣播電視信號傳輸抗干擾技術

4.1 天線系統(tǒng)抗干擾技術

加強衛(wèi)星廣播電視信號抗干擾能力的有效措施就是空間濾波技術，此技術的核心就是利用干擾和信號在空間特性方面的區(qū)別，通過天線設計來提高整個信號傳輸系統(tǒng)的空間鑒別能力和濾波能力，降低甚至消除天線對干擾能力的接收。在此過程中，一是可以采用增益高且波束較窄的天線，通過增加天線增益來強化抗干擾能力，在此基礎上還可以對衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)發(fā)射多波束天線。二是可以利用SLB和SLC技術，降低系統(tǒng)在旁瓣受到信號干擾的幾率。三是利用天線自適應抗干擾技術，自動調節(jié)天線波束形狀，讓波束主瓣的最大值方向可以接收更多的回波能量，減少干擾能量的接收量，從而讓信干比變得最大。

4.2 信號壓制抗干擾技術

在此技術應用過程中國，主要是以應用低增益轉化器、強化上行器發(fā)射信號以及利用MCPC上行信號三種方法為主。在這些抗干擾方法具體應用過程中，可以通過強化上行功率強度來加強信號，從而對其他非法干擾信號進行防范。并且還可以利用MCPC上行信號來取代單載波信號，降低用戶接受射頻信號的強度。在使用低增益轉發(fā)器時，可以對增益最小值和范圍數(shù)值進行合理控制，從而加強信號抗干擾能力。也就是說，通過信號壓制抗干擾技術的應用，不僅可以實現(xiàn)多路單載波信號傳輸，還能夠全面提升衛(wèi)星廣播電視信號傳輸過程中的抗干擾能力。

4.3 隔離抗干擾技術

在隔離抗干擾技術應用時，其核心技術主要是頻率隔離抗干擾技術與信號處理隔離抗干擾技術。在頻率隔離抗干擾技術實際應用過程中，主要是在上行信號受到干擾，轉發(fā)器會改變信號傳播頻率，從而有效避免非法信號帶來的干擾。也可以利用對面上行站改變信號發(fā)射頻率。由轉發(fā)器來完成信號接收與轉發(fā)。在信號處理隔離抗干擾技術應用期間，主要是通過對信號加密以及使用擴頻裝置來完成信號轉化，用戶在接收到信號之后可以完成逆操作，從而用來接收有價值的廣播電視信號。

4.4 軟件抗干擾技術

雖然通過硬件抗干擾能力可以提高衛(wèi)星廣播電視網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，但也會使系統(tǒng)的復雜程度與建設成本有所增加。所以在使用硬件抗干擾技術的同時，還要配合軟件抗干擾技術，使二者之間能夠相互補償，這樣不僅可以簡化系統(tǒng)結構，還能夠有效降低成本。在現(xiàn)有的廣播電視網(wǎng)絡，軟件抗干擾技術整體可以分為以下幾個方面：一是出口編碼閉鎖。當信號出現(xiàn)干擾時，系統(tǒng)控制設備CPU就會執(zhí)行一系列的非預期指令，這樣就會使系統(tǒng)設備出現(xiàn)很多操作失誤問題，所以必須要采取一定的措施來處理這些預期之外的指令，常用的方法就是在系統(tǒng)控制程序當中設置多個編碼和標志，在遇到干擾情況時，需要多個指令和編碼來執(zhí)行非預期指令。二是設施軟件陷阱。在廣播電視系統(tǒng)運行期間，一旦出現(xiàn)信號干擾問題，程序指令就會導致相對應的程序指針PC造成破壞，整個軟件系統(tǒng)無法順利運行，廣播電視網(wǎng)絡運行就會出現(xiàn)很多錯誤。對此，可以設計軟件陷阱，在具體操作過程中，在系統(tǒng)控制程序中每隔幾十條指令來設置單元空操作，從而在遇到干擾時，讓失控程序掉入到陷阱當中。

綜上所述，近些年廣播電視行業(yè)取得了良好的發(fā)展效果，不僅使人們也與生活變得更加豐富，同時也成為了當前文化建設工作中的重要內容。為了保證衛(wèi)星廣播電視節(jié)目播出質量不受影響，則必須要針對各種干擾因素進行分析研究，從而采取科學合理的抗干擾技術與相關措施來降低廣播電視節(jié)目播出成本，為廣播電視行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展奠定良好基礎。