关于卫星广播通信中常见干扰问题的分析研究

+ 张荣建 广电总局无线电台管理局

一、前言

卫星是我国广播电视节目传输的重要渠道之一。但卫星通信受自身特点的限制和环境的影响，不可避免地会遇到各种干扰。特别是常见通信卫星采用透明转发器，更容易受到一些不可预见的干扰。

随着通信技术的快速发展和广泛应用，卫星信号传输路径上的干扰将越来越多，干扰类型也越来越复杂，需要对此进行分析研究以便采取一定的措施进行识别和克服。

二、干扰的种类和原因及危害程度

根据干扰的来源和危害程度，干扰的种类主要可分为地面干扰、空间段各类自然噪声干扰、空间不明无意干扰、空间恶意干扰等。

1.地面干扰

（1）地球站设备的杂波干扰

对于上行系统设备，杂散指标不合格，工作载波中携带有杂波或谐波；调制器、上变频器输出电平过高，或者“高功放”工作在非线性状态，出现频谱扩散；上变频器、高功放的工作点设置不当，造成载波噪声抬高；上变频器频率漂移等等都会引起干扰，严重影响上行信号传输质量。

典型事例1：某地球站数字电视节目因不明原因最大功率上行时，造成临近卫星转发器节目载波信号质量下降从而提升功率，经查，该地球站大功率上行时，其带外杂散严重超标，更换高功放速调管通道后杂散消失，确认为速调管该通道指标下降引起。

（2）电磁干扰

对于卫星通信，特别是C频段，由于地面存在着大量的微波、雷达、无线电视、调频广播、寻呼业务、工业电磁噪声等干扰。这些干扰源很容易串入地球站上行链路发射上星，造成上行干扰。串入下行链路造成接收干扰。地球站播出设备接地不良，接地电阻过高，串入交流噪声；电缆屏蔽性能差，电缆插头接地不良；链路电平配置不合理，引起某些设备产生自激等等，都可能在有用频带内串入调频信号产生杂波干扰，这种现象在调频电台附近的地球站会经常会遇到。

典型事例2：某地球站模拟电视节目大功率上行时，引起临近卫星转发器节目载波信号受扰质量下降。根据卫星公司安排逐地球站排查原因，发现本站高功放输出有较高杂散输出，断开高功放输入激励，杂散消失，应为输入信号引起，排除高功放本身因素。后经过逐环节测试，最终确定为因信号电缆屏蔽不好，使解码器50Hz交流电源信号串入引起，重做信号线后恢复正常。

典型事例3：某地球站发现本站的中频节目源出现中断。经测试，中频光端机收端输出的70MHz调制信号存在严重杂散干扰，应为节目源前端引起。与前端联系后，在中频光端机发端耦合口测试即发现存在杂散干扰。经排查，中频光端机未接地线，引入了本地发射的调频机信号，连接地线后杂散消失。

2.空间段各类自然噪声干扰

地球站接收系统的空间段各类比较常见的自然噪声主要有：宇宙噪声、大气噪声、太阳噪声、天电噪声以及卫星天线内部噪声；卫星转发器多载波工作时产生的交调噪声；比较明显的情况为雨雪衰、日凌干扰、太阳磁暴等引起的影响。上述自然噪声会不同程度影响卫星信号的传输，严重时会导致信号传输中断。

目前国内各省级地球站大多为窄带调制信号上行，以频分多址方式共享转发器。一旦受扰，各地球站均提升功率，使转发器趋于饱和，产生交调，各省级卫视的下行接收会出现裂化，严重时节目将中断。上述情况在过去几年中多次发生。

比较常见的空间段自然噪声干扰是日凌干扰。每年春分和秋分左右，卫星均会进入日凌期，对卫星广播电视节目的下行接收造成影响，严重时卫星广播电视节目会发生中断现象。目前一般采用大口径接收天线减短日凌受扰时间，或者采用双星备份方式避免日凌的影响。

3.空间不明无意干扰

空间不明无意干扰会使正常传输信号质量下降，严重时会造成信号传输中断。

（1）静止轨道卫星网络干扰

它是因静止轨道位置／频率资源紧张而造成的相邻轨道位置同频率工作卫星通信网络之间的干扰。

（2）非静止轨道卫星网络干扰

与静止轨道卫星网络同频率工作的各种非静止轨道卫星网络一起运行而引起的干扰。

（3）地面通信网络干扰

与静止轨道卫星网络同频率工作的各种地面通信网络一起运行而引起的干扰。

（4）反极化干扰

反极化用户上行天线发射交叉极化隔离度不够或上行功率过大引起的反极化干扰。

典型事例4：某气象地面站使用与某地球站微波线路相同的频段，又恰好处于地球站微波线路的正向，每次工作都会受到微波的影响，现在正在协调更换工作频段。

典型事例5：某地球站在转星过程中，忘记与卫星公司联系调整上行天线极化。在节目发射上行后，对反极化正常播出的节目造成干扰，致使信号中断。该地球站及时发现后下行节目载波，使影响时间缩短，后调整天线极化后可正常上行。

4、空间恶意干扰

恶意干扰亦称人为干扰。

（1）盗用转发器频率／功率资源

干扰方利用上行地球站天线，对准选定的某颗静止卫星，发射已调制的射频信号，盗用该卫星转发器的频率／功率资源，非法进行信号传输。这种情形一般发生在空闲转发器频带上。此种干扰较常见。

（2）未经卫星公司或相关部门批准的卫星上行测试

这可能会形影响正常信号传输质量。

（3）破坏卫星转发器正常信号传输

干扰方利用上行地球站天线，对准选定的某颗静止卫星，发射已调制或未调制的大功率射频信号，阻塞该卫星的转发器，以使正常的信号传输不能进行或传输质量下降。

（4）强行通过卫星转发器传输非法信号

干扰方利用上行地球站天线，对准选定的某颗静止卫星，发射比正常信号功率大得多的、同调制的射频信号，强行通过透明卫星转发器传输非法信号。并在破译密码基础上使用户接收机收到非授权的非法信号所含的图像声音等信息。

典型事例6：上述情况的发生在2008年之前经常发生，比如2002年以来，非法信号对鑫诺1号卫星、亚洲3S卫星等多颗卫星上传输的广播电视节目进行的多次攻击，均属于恶意干扰。

三、干扰的分析及可能采取的处理措施

对于卫星通信中存在的各种干扰，可采取不同的方法加以解决。特别是空间段恶意干扰，可能引起数字信号误码率增多不影响通信、较多马赛克、黑屏、静帧、非正常画面等等，因其具有突发性、高电平、政治性危害最大的特点，必须立即识别，紧急定位，采取必要措施进行抑制，保证正常信号的可靠通信。

处理好地球站自身干扰，需要严格做好设备的入网验证测试，确保杂波功率限制在规定的范围之内；认真研究设备的使用操作说明，正确设置设备的工作点，根据测试结果调整或更换设备，对设备进行合理匹配组合，连接好各个接头，消除超标杂波；严格按照入网测试时标定的频率和功率电平工作，定期进行各环节测试；设备更新时必须先通电测试，确认技术指标合格经入网验证后再投入使用。

处理好地球站电磁干扰，主要是对卫星地球站选址时进行环境电磁测试，应该符合建站要求。但随着社会的发展，城市建设的扩张，一些原来处于市郊、电磁环境比较好的地球站受到干扰会越来越多。目前常见的电磁干扰主要有中波干扰、短波干扰、手机基站干扰、雷达干扰、电焊机产生的电磁干扰、地面微波干扰等。

中波干扰主要影响地球站的基带处理系统和电源系统，主要的克服措施是良好的系统或机房屏蔽及屏蔽接地；短波干扰主要影响高速数字基带系统和L频段窄带传输线路，对于采用L频段ODU的地球站，由于该种设备一般需要由室内单元馈送一个L频段的本振信号，单频本振信号往往由于受短波干扰而给整个上行系统引入强大噪声，严重影响系统信噪比指标，比较有效的措施是机房屏蔽和馈线屏蔽，或采用半钢(铜皮屏蔽)电缆；雷达干扰多表现为对卫星C频段下行信号(4GHz)的干扰，由于此类干扰信号直接由接收天线引入卫星传输系统，地球站或卫星单收站一般无法克服，只能通过无线电管理部门的频率协调解决，如果地球站或卫星单收站离干扰源较远且有一定夹角，也可通过适当加大接收天线口径解决；电焊机工作时会产生高频电磁辐射，较近时会对卫星接收L频段的信号产生干扰，正常传输时一般应避免电焊机在卫星接收区近距离工作；C频段卫星信号很可能受到地面微波信号的于扰，由于无线电管理部门一般对上行站和微波信道有总体规划和建站时协调，所以这种情况较少发生。

在日常工作中应经常检查所有设备接地是否可靠、机房总接地电阻是否满足设备要求、站内连接室内外设备的电缆必须具有良好的屏蔽性能，应采用双屏蔽电缆，接头连接良好，防止出现串扰。

空间段自然噪声干扰可通过采用MCPC方式传送卫星广播电视或其他信号，减少SCPC方式传输时引起的卫星转发器载波互调干扰；异地建设备份地球站，可避免雨雪等引起的信号上行衰减，或者加装除雪装置等及时清除积雪，防止在融雪过程中对天线增益的影响；无法避免的电离层闪烁、太阳活动等影响，考虑增加系统上行和接收余量；为了减小日凌对广播电视传输的影响，地面站可适当增大接收天线口径，减少日凌持续干扰时间，同时发生日凌时用户可以利用地面备份手段如光缆、微波传输信号作为有效节目源，克服日凌造成的中断，也可采用双星备份手段，即用两颗轨位相差较大的卫星(4度以上)或使用C、KU两种频段卫星同时转发相同内容信号，地面站在对某颗卫星发生日凌中断前就将信道转接到另一颗卫星上，以克服日凌对卫星节目传输的影响。

对于空间段不明无意干扰，来自静止轨道卫星网络的干扰，可以通过卫星网络间的技术协调等措施来解决；来自非静止轨道卫星网络的干扰，通常是对非静止轨道卫星系统参数进行约束或采用其它措施来解决；来自地面通信网络的干扰，主要通过频率和空间隔离及技术协调等措施来解决；卫星转发器反极化干扰，可通过调整该反极化地球站发射天线极化或降低上行功率来得到解决。

对于空间段恶意干扰，除了与国际相关组织进行外交协调和国家强制行政干预外，为做好卫星广播电视传输安全，还可从卫星、上行地球站及节目发送设备、有条件接收装置等三方面采取改进措施。

对卫星可能的改进措施主要有：适当减小卫星全国波束接收天线覆盖区；增设可移动单点波束接收天线；增设固定多点波束接收天线；合理设计转发器接收机增益变化范围和最小值；按照恶意干扰源区域的分布，可在卫星上采取过零点抑制技术等，增大卫星信号上行的隔离度；亦可采用星上处理技术，隐藏地球站上行的相关参数，同时加入身份识别技术，达到抑制干扰信号的目的。

对上行地球站可能的改进措施主要有：使用大功率发射机、低损短距离馈线、高增益发射天线；使用MCPC方式大功率上行信号将转发器推至饱和点；增强节目地面传输网络安全性。

对条件接收装置可能的改进措施主要有：对广播电视信号进行加扰和加密；对广播电视信号的节目源增设加密认证。

四、干扰信号的可能检测方法

从上面分析可知，空间段卫星信号干扰的处置协调相对比较复杂，可分为无意干扰和有意干扰。有意干扰又分两类：信道层干扰和码流层干扰。信道层干扰是降低正常信号的信噪比，用噪声来淹没信号；码流层干扰是通过用非法内容的调制信号高功率压制正常的调制信号后，进行内容码流的替换。

从遇到的情况来看，干扰信号的频谱类型主要有雷达信号、扫频信号、单载波信号、同调制载波信号等等。

针对不明的卫星信号干扰，可在正常节目内容中加入水印等识别信息判断内容变化情况；从码流层和信道层检测干扰的程度；采用数字频谱仪测量干扰信号的类型。根据综合判断结果，发布指令及时提高地球站上行EIRP，达到抑制不明干扰，恢复正常通信的目的。