卫星传输系统中的干扰因素与应对策略分析

夏利元

（国家新闻出版广电总局501台，云南 昆明 650302）

卫星传输系统中的干扰因素与应对策略分析

夏利元

（国家新闻出版广电总局501台，云南 昆明 650302）

卫星通信具有通信距离远、覆盖范围广、线路容量大、便于实现多址连接、组网快、机动性好等优点，已成为目前我国广播电视信号的主要传输方式之一。但由于其开放式的无线传输系统特性，不可避免地存在各种可预期或不可预期的干扰，严重影响信号传输质量及安全播出。文章详细地分析了卫星传输系统中的各种干扰因素、产生原理，并提出了针对性的应对策略，以期达到和同行交流的目的。

广播电视卫星传输；干扰；应对措施

广播电视卫星传输系统主要由地球站、同步卫星、空间段、接收站几部分组成。地球站将基带信号经过编码、复用、调制、变频、放大处理，从天线发送至卫星，通过卫星转发器组成多条单跳或双跳通信线路，地面接收站经变频处理和解调后恢复出基带信号，从而实现卫星的广播功能。所以从地球站到空间传输环境、转发器、地面设备，每个部分的异常都会影响到信号的安全传输。下面，笔者结合自己的工作实践，从信号发射、传输、接收的各个环节，就系统中存在的各种因素干扰的定义、产生原理及应对措施作出相应介绍。

1　地面信号干扰

地球站和接收站由于初期建站选址不合理或后期周围电磁环境恶化，电缆屏蔽性能差，设备接地不合要求，链路电平配置不合理等因素，致使那些与卫星信号共用频段的地面信号串入上、下行链路造成上行干扰或接收干扰，使信号载噪比、误码率等指标急剧恶化，导致接收信号质量下降甚至中断。这些干扰源包括：地面微波、电台、航空雷达、通信基站、调频广播、高频电气设备、工业点噪声等。

遇到这些干扰时，先对干扰源进行全面、细致地分析，针对具体问题采取相应措施：（1）进行电磁环境测试，地球站做好相应的系统或传输线路的电磁屏蔽工作；（2）保证接收天线架设在空旷且正前方无遮挡物，并远离强磁场的地方；（3）遇到强微波干扰时，将接收站迁至无干扰的地方，或者查清微波站方位与其天线主瓣方向，使微波站天线的干扰信号对卫星接收站的干扰方向减少到最大限度；（4）受全波段重干扰时，可采用地形、建筑物遮挡及人工加装屏蔽网的方法；（5）给天线安装灵敏度高的高频头，天线足够多时尽量选用单极化单输出高频头。

2　正交极化干扰

双极化频率复用指在相同的频率范围内，利用相互正交的两个极化波同时传输两路独立信号。该技术可使传输容量加倍，大大提高了频谱利用率，但不可避免，传输的两路正交极化信号会有部分功率泄漏到另外一个极化方向上，造成正交极化干扰，导致系统性能恶化。引起交叉极化的原因有：星、地天线的指向误差；星载天线、接收天线的极化鉴别率低；传输路径中的去极化效应（受降雨、冰晶、尘暴的影响）等。

应对措施：（1）调整好地球站发射卫星天线极化隔离度；（2）检查馈源系统有无掉进异物；（3）及时更换受损馈源膜；（4）在解调器中加装极化干扰消除模块，消除中频和基带信号的交叉极化干扰。

3　传输空间干扰

传输空间干扰因素主要有大气损耗，电离层干扰，太阳风暴和日凌干扰。下面将分别作出介绍。

3.1大气损耗

当电磁波穿过对流层的雨、雾、云、雪时，能量会被吸收或散射从而产生损耗，有的时候会相当严重。同时水蒸气分子的吸收也会增加传输损耗。工作中最为常见的就是雨衰和雪衰现象。

3.1.1雨衰

电波穿过降雨区域时，雨滴会对信号产生吸收和散射，所形成的衰减称为雨衰。雨衰与雨滴大小（降雨强度）、工作频率、接收仰角、接收地理位置有密切关系。降雨越大，频率越高，雨衰越大；海拔越低，雨衰越大。雨衰使上行和下行信号的载噪比下降同时产生去极化干扰。

抗雨衰的应对措施：（1）C波段可忽略不计，KU波段卫星接收系统应根据所处的雨区和系统所要达到的可用度，对G/T或载噪比留有足够的余量；（2）通过上行功率控制相应增大地球站的发射功率，以抵消雨衰带来的影响；（3）调高天线的仰角可减少雨衰，但仰角过大容易使天线主反射面形成积水，反而衰减上行信号，所以增大仰角的同时还要避免形成积水。

3.1.2雪衰

雪衰指在降雪过程中由于天线馈源及主反射面凸凹不平的积雪对电磁波产生强弱不同的吸收和散射而引起的信号衰减。雪衰降低了天线增益，增大天线噪声温度，使上行链路的等效全向辐射功率（EIRP）和接收系统的品质因素（G/T）急剧降低，从而影响卫星信号的传输质量。值得注意的是，相比降雪而言，自然化雪持续的时间更长，化雪过程的雪衰对于天线增益影响更加显著。

抗雪衰的应对措施：（1）对上行站，应及时除去发射天线馈源和主反射面上的积雪，可用大功率风机吹走雪花，阻止其落在主反射面上，或用高压水龙头冲去反射面上的积雪，或在天线外围安装包裹层，向包裹空间吹热风融化积雪；馈源除雪采用向馈源口吹热风及时化雪。（2）接收站，在降雪时及时清扫天线馈源和主反射面的雪花，防止堆积即可避免雪衰带来的影响。

此外，由于大气密度随高度减小而引起的电磁波束上翘且起伏的大气折射现象；由于大气折射率的不规则而引起的大气闪烁现象；由于凹镜原理和对流层扰动而引起的散焦损耗和漫射损耗都会对卫星信号造成衰减。

3.2电离层干扰

距离地面80公里以上的部分电离或完全电离的空间区域称为电离层。电离层对卫星通信的影响表现为折射、散射、闪烁及法拉第旋转效应。

3.2.1电离层闪烁

由于电离层结构的不稳定性和随机时变性的影响，造成信号幅度、相位、极化状态等短周期的不规则变化。电离层闪烁与工作频率，地理位置和太阳活动情况有关，时间发生在每年的春分、秋分前后。电离层闪烁主要影响我国南方地区的卫星广播电视，而且通信频率越低，影响越大。在4GHz电离层闪烁可能造成超过10dB的峰值变化。

3.2.2法拉第极化旋转效应

当卫星电波信号穿过电离层时，在电磁场的作用下产生极化面相对入射波的旋转，称为法拉第极化旋转效应。其大小与电波频率、电离层电子密度、传播路径长度有关。当地球站天线仰角越低，通过电离层的路径越长，旋转越大。

对接收系统而言，法拉第旋转减小了正极化接收信号的强度，同时增大了反极化干扰。

3.3太阳风暴

太阳风暴指太阳上的剧烈爆发活动及其在日地空间引发的一系列强烈扰动。可引起地球磁层、电离层、中高层大气等地球空间环境强烈变化，将对卫星运行、导航通信和地面系统产生一系列的影响。

太阳风暴是太阳在大气中发生的持续时间短暂、规模巨大的能量释放现象。主要通过增强的电磁辐射、高能带点离子流和等离子体云3种形式释放。在太阳风暴爆发期，这些高能带电粒子具有极高的能量，能穿透卫星外壳，给卫星平台和携带的有效负荷带来多种辐射效应。可能引起微电子器件逻辑错误，造成程序混乱；严重时可造成器件内部短路、击穿；也可能引起材料性能衰退，成像系统噪声增加，太阳能电池效率降低。

3.4日凌干扰

当卫星运行到太阳和地球之间，且三者在一条直线上时，地面接收站天线对准卫星和太阳，强烈的太阳噪声将淹没微弱的下行信号，使卫星广播和通信受到严重的干扰，甚至出现中断的现象。日凌发生在每年的春分、秋分前后，持续时间长短与工作频率、天线口径相关。接收频率越高、天线口径越大，日凌持续时间越短。

日凌是不可避免的自然现象，目前尚无有效方法防止，但不影响地球站发射信号。通常，卫星公司会把各地日凌时间表提前告知用户，以便用户提前作好准备。地面接收站可适当增大接收天线或利用地面微波、光缆等手段来传输有用节目源信号。我台则采用双星备份的方式，即C波段和KU波段分别接收不同轨位的2颗卫星，避免日凌时的节目源中断。

4　转发器的非线性干扰

转发器的非线性干扰包括：互调干扰和交调干扰。

（1）互调干扰：当非调制信号（干扰）和有用信号通过行波管放大器时，由于非线性会产生各种新的组合频率成分，这些组合频率一旦落入通带内，便会对有用信号形成干扰。这种干扰称为互调干扰。互调会产生失真，尤其以三阶互调失真对系统性能影响最大。

（2）交调干扰：多载波工作时，各调制信号（均为有用信号）通过行波管放大器，由于它的输入输出非线性产生不同频率组合成分，这些频率成分落入接收通带内，对有用信号形成干扰，这种干扰称为交调干扰。交调可以引起串音。

互调干扰和交调干扰的存在，严重影响了通信质量，不但限制了系统容量而且浪费了卫星功率。另外，如果被放大的各个载波信号强度不同时，还会发生强信号抑制弱信号的现象，使弱信号大大削弱，以至地面接收站无法接收。

主要应对措施：（1）载波不等间隔排列；（2）采用能量扩散信号；（3）保证转发器工作在线性区，增大多载波工作点的回退（SSPA回退4-5dB，TWTA回退7-8dB）；（4）对上行线路的载波功率进行严格监测。

5　邻星干扰

随着轨位和频谱资源的日益紧张，当前C波段和KU波段通信卫星的轨位间隔已降到2度到2.5度。由于卫星天线的收发波束具有一定的宽度，当轨道环上的卫星过于密集时，相邻卫星的工作波段与服务区均相同时，地面天线既会在偏轴方向上辐射出干扰邻星的信号，也会接收到来自邻星的信号干扰，这种干扰称为邻星干扰。邻星干扰与天线的偏轴增益差密切相关，天线口径越大，工作频率越高，则波束宽度就越窄，偏轴增益差越大，天线抗干扰能力越强。

邻星干扰的问题本质上是由于资源有限和需求增长的矛盾引起，所以目前尚无有效办法解决。国际电联（ITU）规定，卫星轨位的优先权取决于申报的先后顺序（即“先占先得”），只能通过双边协调解决。对于地面接收站来说，卫星轨位失控、天线指向偏离、接收天线的旁瓣特性等因素也会导致邻星干扰。

6　邻信道干扰

由于用户载波信道分配不合理，各信道间没有足够的保护带宽，与相邻信道信号的频带出现重叠；或用户载波频谱特性不符合要求，噪点过高或出现副瓣特性造成邻信道干扰。

应对措施：对地球站，在入网测试时必须严格保证上行载波频谱在分配频带范围之内，并确保载波的调制特性符合卫星公司的技术要求。

7　码间干扰

在卫星无线信道中，由于传播的多径效应，导致接收解调端前后码元的波形畸变、展宽，并使前面波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽样时刻上，从而对当前码元的判决造成干扰，使误码率增大，系统可靠性降低。

与加性的噪声干扰不同，码间干扰是一种乘性干扰。造成码间干扰的因素很多，本质上还是由于传输信道的频带有限。对这类干扰主要采取信道交织和自适应均衡技术解决。

8　恶意干扰

恶意干扰的原理：卫星透明转发器的高功率放大器（HPA）是整个通信系统中发信电路的重要组成部分。其主要特点是当输入信号功率小于某一电平时，可近似认为放大器工作于线性放大区域；而当输入功率增大且超过该电平时，HPA进入饱和或过饱和区，此时，高功率放大器的输出功率将大大降低，出现大信号压制小信号的“功率掠夺”现象，并伴随大量交调分量，严重影响接收信号的质量。

恶意干扰通常有2种形式：插播式和堵塞式。插播式干扰，是利用“功率掠夺”原理插播非法信号，使接收端用户收到的是干扰方的非法信号。堵塞式干扰是抢占转发器功率，将转发器全部堵塞，使卫星接收端无法解调出有用信号而出现电视黑屏或接收机死机现象。

对抗恶意干扰的措施：（1）采用抗干扰卫星传输节目。（2）地球站使用大功率发射机和高增益天线，增加节目源上行功率，达到强功率压制的目的。（3）地球站使用大功率MCPC方式，上行信号工作于转发器饱和点，利用转发器饱和点强信号对弱信号的抑制特性减小非法干扰。（4）关闭转发器。

9　结语

卫星通信系统是一个复杂的系统，涉及压缩、编码、复用、调制、交织、差错控制、译码、解调，自适应均衡等多种技术，加之特殊的空间传输信道和星载转发设备，各个环节的干扰因素很多。只有深入了解这些干扰产生的原理，熟悉系统各设备的性能，熟练操作应急预案，加强岗位练兵，才能在日常的工作中确保播出安全。

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Anlysis of Interference Factors and Countermeasures in the Satellite Transmission System

Xia Liyuan （State Administration of Press，Publication，Radio，Film 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，硕士，工程师；研究方向：电子与通信工程，广播电视无线传输、发射技术。