卫星通信的常见干扰分析和处理措施

杨伟娟

摘要：近几年，卫星通信以其独特的技术优势被广泛应用于通信、电视广播、GPS定位导航、测绘、气象、军事等领域，本文首先分析了研究抗干扰卫星通信系统的必要性，以及干扰的类型，并针对这些干扰因素提出了一些相应的处理措施，以减少干扰，保障卫星通信的畅通。

关键词：卫星通信 微波传输 干扰源 抗干扰技术

中图分类号：TN927.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0031-02

卫星通信系统由地面端、卫星端和用户端三部分组成，地面端的发射站（地球站）将数据打包，通过微波发送到卫星。卫星在高空起中继站的作用，将收到的地面发来的电磁波放大后返送回另外的地面站，包含有数据信息的电磁波要两次穿过大气层才能从一个地面站到达另一个地面站。适合卫星通信的微波频带约有500MHz宽度，为了方便放大和转发，一般在卫星上设置若干个转发器，每个转发器被分配一定的工作频段，不同频段用不同代号表示。Ku波段和C波段是当前国际上主要使用的两种波段，Ku波段的工作频率范围是12.24—18GHz，C波段的工作频率范围是4—8GHz，它是多媒体广播卫星通信的经典波段。

卫星信号在传输过程中会受到不同因素的干扰，有些干扰无法避免，以下就通过对主要的干扰因素进行分析，根据各种干扰因素的不同特点，提出适当的处理措施予以应对。

1 卫星通信中常见的干扰类型

卫星通信系统存在着不同层面的干扰，下面笔者从自然现象干扰、地面环境干扰、传输空间干扰和设备故障干扰等方面具体介绍。

（1）自然现象的干扰：自然现象干扰是目前卫星通信系统的主要干扰，并且具有一定的随机性。一般来说，自然现象干扰主要包括日凌、雨衰和雪衰。

日凌：日凌就是指太阳侵犯、干扰之意，它是指通信广播卫星会随着地球绕太阳运动，当地球、卫星、太阳恰好位于同一直线上时，卫星就处于地球和太阳之间，地面站的接收天线对准卫星的同时也对准了太阳。此时，太阳产生的强大的电磁辐射会对地球站所接受的卫星信号造成干扰，导致接收链路严重恶化甚至中断。这种现象每年春分和秋分前后发生两次。

雨衰：雨衰是指降雨时雨粒吸收和雨粒散射引起的电磁波衰减。雨衰的大小取决于电波波长和雨粒几何尺寸的比拟度，当电磁波的波长和雨滴的直径相似时将引起雨粒共振，则产生最大的衰减。实测结果表明雨滴的半径约在0.025cm～0.3cm。C波段的电波波长在7.5cm左右，与雨滴半径相关较大，因此受降雨影响较小，一般小于2DB。Ku波段内电波的波长在2.5cm左右，故降雨对电波产生的影响比较明显，最大可达20DB。

雪衰：雪衰和雨衰相似，是指降雪对卫星信号传输造成的干扰。但是降雪量不大，馈源面上积雪不多时降雪对常用卫星信号频带的衰减不大。雪衰对于C波段和Ku波段卫星传输的影响主要表现在雨夹雪和化雪过程中天线主反射面上不规则的积雪破坏了卫星天线口面场分布的均匀性，增大了天线的噪声温度，降低了天线的增益，上行链路的等效全向辐射功率EIRP值或接受系统的接收性能G/T值均会因此而大大减小。

（2）地面环境的干扰：地面环境干扰是最为普遍的一种干扰形式。随着经济的发展，和人们生活水平的提高，越来越多的电子设备被应用到我们的生活中，电磁波信号设备也广泛的应用到城市发展中，这些电子设备会产生微波、雷达、无线电视、调频广播、工业噪声等大量的电磁波辐射。这些电磁波对卫星信号来说就是干扰源，既会串入上行链路造成上行干扰又会串入下行链路造成下行干扰。

（3）传输空间干扰：空间干扰主要指邻星干扰和交调干扰，它是是卫星通信干扰的重要方式。随着卫星通信的广泛应用和卫星通信技术的日益进步，同步轨道卫星的数量也逐步增多，但同步卫星的轨道只有一个，在赤道上方35860公里，这样难免会使相邻卫星之间的距离越来越近，相邻卫星之间的信号掺杂其临近卫星的信号，超出了原来信号的覆盖率，传输的信号效果受到影响，这就是邻星干扰。

交调干扰主要是指用户分配的波频率与相邻信号的频带出现重叠，这里重点强调的是重叠，在实际的工作信号传递中，如果没有较强的保护或者是防干扰措施，那么信号在传递的过程中就容易出现燥底过高或出现副瓣方面的问题，这对正常信号的传递有负面的影响。

（4）设备故障干扰：设备故障也会干扰卫星通信，这包括卫星故障和地面设备故障。地面设备故障干扰的干扰又包括中频转发干扰、地面调频广播干扰、交调干扰、杂散干扰等。产生干扰的原因包括：设备杂散指标不合格，载波中杂波或谐波过高；调制器、上变频器输出电平过大，或者放大器线性指标差，出频谱扩散；上变频器、放大器没有设置在合适的工作点上，造成载波噪声。

2 卫星通信中常见干扰的处理措施

为了确保卫星通信的正常发展，降低卫星信号的干扰，针对上述存在的干扰问题，笔者从干扰源和提高抗干扰技术两方面提出了解决措施。

2.1 处理干扰源

（1）目前尚无法避免自然现象对卫星通信的干扰，只能采取措施将干扰降到最低。从太阳进入地面接收天线的3dB波束到离开3dB波束是日凌干扰最强的时间。接收频率越高，天线口径越大，天线3dB波束越窄，则日凌持续时间越短。因此，日凌持续时间与其接收频率和天线口径大小有关，地球站可以通过增大天线口径和灵敏度来缩短日凌持续的时间。东经度越高的卫星，每天日凌开始和结束的时间越早，根据地球站所处的位置和所接受的卫星的位置，计算出日凌发生的时间，利用不同卫星日凌发生先后顺序不同对节目信号进行选择切换。

针对雨（雪）衰现象：雨（雪）衰现象随机性强，地区差异大，又无法避免，因此只能通过卫星信号的传输路径和特点根据需要，在设计时予以补偿。雨衰的补偿可以通过以下环节完成，上行链路的雨衰损耗由上行站补偿，卫星转发器也可以补偿部分上行链路的雨衰损耗，下行站提高接受系统的接收性能G/T值，为雨衰留有较大余量。同时，优化卫星转发器天线的波束图设计，合理设计卫星接收系统也可以减少降雨（雪）产生的影响。

（2）地面电磁环境干扰：地面环境干扰众多，只有通过在天线周围合理安装金属屏蔽层屏蔽电磁干扰源将干扰波反射回去来解决。金属屏蔽层架设前必须通过电磁检测明确干扰波的来源方向，屏蔽层的还要达到一定高度，既不能低于高频头又不能阻挡卫星信号的传输路径。若采用金属网作为屏蔽层，为防止干扰波从网孔漏入，网孔的孔径还应小于工作最小波长的1/4。

（3）邻星干扰：邻星干扰中上行干扰需要卫星公司通过协调邻星运营商予以解决。而通过地球站校队天线指向，准确指向所需天线、对天线方向图性能进行优化、降低上行功率就能有效解决下行干扰。

（4）卫星设备故障造成的干扰只能通过切换备份设备，更换转发器或转星来解决。地面设备故障造成干扰则需要提高维护人员的技术水平，严格按照设备使用说明操作，合理设置的设备工作点，良好匹配组合设备。严格做好设备的入网验证测试，更换设备时先通电测试，确认各项指标合格在入网使用。

2.2 增强抗干扰技术

（1）加装防干扰装置减小干扰。使用微带阵列天线：天线系统是整个卫星通信链路上的重要单元，是接收卫星信号的基本元件。微带阵列天线具有体积小、质量轻、增益高、方向性强的特点，不仅传输距离远、传输速率高而且抑制雨雪干扰和抗多径反射能力强。微带阵列天线由馈电网络和微带贴片组成，七个阵元分别位于正六边形的六个顶点和中心，阵元间采用半波长间距以避免引起栅瓣。

加装前置滤波器：在天线和低噪声放大器之间放置滤波器，可以抑制大的带外干扰。前置滤波器可能会带来性能损失，每1dB的插入损耗会导致噪声系数增加1dB，必须要有良好的滤波器设计，既保证噪声系数足够小，又能抑制带外干扰。

设置耗电单元：在卫星信号发射天线附近区域设置耗电单元，可以降低上行功率，消弱邻星干扰。

（2）功率倒置算法抑制宽带干扰。基于功率倒置自适应算法的抗干扰设计因为卫星信号淹没在背景噪声下，所以功率倒置将最大程度的抑制干扰，但是因为该算法并不需要知道有用信号的有关信息，但反过来，若有用信号功率较大同样会受到抑制。

（3）加窗抑制窄带干扰。扩频系统有一定的扩频增益，可以抵抗一定的干扰，但如果干扰较大或扩频增益较低，就需要专门设计抗干扰技术。加窗实质上是对输入数据进行加权，目的是减小频谱泄漏，窗函数从数据段的中心向两边逐步衰减，保证了数据段两端的平滑。通过加窗可以准确的估计信号频谱，但也会使使输入信号发生畸变，增加的信噪比损失。

3 结语

卫星通信的特点导致卫星信号在传输过程中所受的干扰种类多样，而且不可避免。只有掌握了先进的维护技术，总结维护经验，根据不同的干扰因素采取有效措施，预防和降低干扰卫星信号传输的因素，才能更好的应用卫星通信，并使卫星传输事业得到更好地发展。