衛(wèi)星廣播通信中雨衰減研究及抗衰落策略

王少杰

摘要 衛(wèi)星廣播通信過程中，電波傳播會受自然環(huán)境的影響，有關(guān)自然環(huán)境對于衛(wèi)星廣播通信信號傳播影響的研究是保證衛(wèi)星廣播通信系統(tǒng)高效工作的重要環(huán)節(jié)，為此，在地面端就必須建立完備的自然環(huán)境情況數(shù)據(jù)庫，對于自然氣候更好的記錄，掌握其發(fā)生規(guī)律，并以此為基礎(chǔ)針對性的對衛(wèi)星廣播通信技術(shù)做出技術(shù)性規(guī)避，減少氣候的影響，提高衛(wèi)星廣播通信的效率以及準(zhǔn)確性。本文著重介紹了其中雨衰減部分的內(nèi)容，通過研究地域性雨水規(guī)律，比照地區(qū)的衛(wèi)星通信電波信號衰減情況，對其動態(tài)特性，產(chǎn)生機制，預(yù)測等方面做詳細(xì)分析，并以此為基礎(chǔ)提出相應(yīng)的抗衰減策略，更好的實現(xiàn)衛(wèi)星通信高效運行，合理的對資源配對優(yōu)化，提高工作效率。

關(guān)鍵詞 衛(wèi)星；廣播通信；抗衰落

中圖分類號 G2 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）159-0087-02

現(xiàn)如今，衛(wèi)星廣播通信技術(shù)已經(jīng)成熟，已經(jīng)普適化投入應(yīng)用，市場對于衛(wèi)星通信的需求空前巨大，衛(wèi)星廣播通信發(fā)展迅速，隨之而來的是，低頻段衛(wèi)星已經(jīng)接近滿負(fù)荷狀態(tài)。高頻段的廣泛投入應(yīng)用是大勢所趨，然而，高頻段雖然應(yīng)用范圍廣，但是其可靠性容易受到自然環(huán)境的影響，雨、雪、云、霧等各種復(fù)雜自然氣候容易對高頻段衛(wèi)星的電信號產(chǎn)生干擾，容易被吸收，產(chǎn)生散射、去極化等不良效應(yīng)，這些不良效應(yīng)對于保證高頻段電波信號的質(zhì)量威脅很大，尤其是降雨，嚴(yán)重情況下可能會中斷系統(tǒng)工作。降雨和冰晶層的和散射還可引起地面電路和空電路間的同頻干擾，進而引起信號的附加時延u-。因此，對于衛(wèi)星廣播通信在流層中受自然環(huán)境影響而衰減的探究重要性也就不言而喻。

1 衛(wèi)星廣播通信系統(tǒng)設(shè)計

通常情況下，廣播衛(wèi)星系統(tǒng)在設(shè)定工作過程中，默認(rèn)條件最適宜的天氣，以此為基礎(chǔ)得出具體的電波數(shù)據(jù)，同時，考慮惡劣天氣環(huán)境的影響，在經(jīng)歷降雨等自然環(huán)境衰減后仍能達到要求的所要求的目標(biāo)電波質(zhì)量。與此同時，在研究衛(wèi)星廣播終端設(shè)備對電波的具體接受狀況時，也是基于正常天氣環(huán)境下的計算，只是對于天氣衰減部分值會包括在內(nèi)，確保接收到的通信信號能夠滿足目標(biāo)的要求。通過對典型衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的分析可以發(fā)現(xiàn)，傳播分析是系統(tǒng)設(shè)計、應(yīng)用的必要環(huán)節(jié)，傳播分析的準(zhǔn)確度決定了所設(shè)計衛(wèi)星系統(tǒng)的置信度的可靠性。

對于低頻段干擾較小的雨衰減，衰減作用通常情況會在0.01%左右，對Ku頻段的衛(wèi)星系統(tǒng)則較為嚴(yán)重，某些情況會影響衛(wèi)星系統(tǒng)的正常工作。

2 衛(wèi)星廣播通信雨衰減機理及影響

影響衛(wèi)星通信的傳輸影響有很多，對于高頻段來說，主要是雨衰減作用造成的損失，空氣中的雨滴能夠?qū)Υ┻^的電磁波進行吸收，同時由于雨滴的物理特性，使其可以散射電磁波，在電波的地球到太空傳輸路途中會經(jīng)眾多損耗過程，折射效應(yīng)，天空的噪聲輻射，降雨云，去極化過程，融化層，電力層等。這些影響因素并不是一成不變的，很多程度上取決于氣候。對于雨衰減得作用，當(dāng)電波傳輸過程中經(jīng)過降雨地區(qū)時，雨滴對電波產(chǎn)生吸收，散射等作用，進一步衰減電波，這個衰減的強度是不定的，水滴的形狀，極化的具體過程，電波的波長等這些都時影響因素，因此，對于電波雨衰減的數(shù)值計算是一項極其復(fù)雜的工作。對于云層來說，云層不一定隨時存在，但是絕大多數(shù)地方30%時間是存在云層的，并且，云中結(jié)冰的顆粒隨著云層濃濃度不斷增大，顆粒將會降低高度同時當(dāng)達到融化溫度時便會融化，因此，電波傳輸在經(jīng)歷這些過層時衰減將會增強。甚至，當(dāng)空氣中的物理條件達到降雨要求后，便會出現(xiàn)降雨現(xiàn)象，這會使得電波的衰減量增大。

根據(jù)以往的研究結(jié)果，降雨對電波傳輸過程中的影響主要有3種方式，分別是吸收、散射以及輻射作用，電波的具體衰減情況根據(jù)地理位置特點和雨水強度大小以及電波的自身頻率相關(guān)聯(lián)，其產(chǎn)生結(jié)果有以下幾種：1）削弱傳輸電波的功率，使得信號的電平到達終端設(shè)備時有所降低。2）增加接收系統(tǒng)的噪聲溫度，降低接收系統(tǒng)G/T值。3）改變信號極化，降低信號交叉極化鑒別率（XPD）。在實際的衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中，需要考慮實際應(yīng)用過程中雨衰會對系統(tǒng)造成的影響，避免“峭壁效應(yīng)”現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3 抗雨衰策略

為了提升衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證傳輸信號的質(zhì)量，對于電波在傳輸過程中受到的損耗需要進行一定程度上的補償，保證傳輸信號的切實可用，當(dāng)前，對于雨衰的補償途徑主要分為以下幾種。

3.1 功率控制技術(shù)

功率控制技術(shù)根據(jù)作用對象不同可分為兩種，應(yīng)用于地面終端設(shè)備的成為上行鏈控制技術(shù)（ULPC），應(yīng)用于衛(wèi)星上的成為下行鏈控制技術(shù)，本文主要講述前者。

ULPC即考慮到電波在實際傳輸過程中所產(chǎn)生的損耗，在地面發(fā)射端做出改進，改變地面發(fā)射端的功率，彌補雨水對于電波的影響，認(rèn)為的降低自然環(huán)境的影響，使系統(tǒng)接收到的信號為無天氣影響環(huán)境下的數(shù)據(jù)，保證整個系統(tǒng)的質(zhì)量。該技術(shù)的具體工作過程分為以下幾種：開環(huán)功率控制、閉環(huán)控制、反饋環(huán)控制。

開環(huán)控制技術(shù)，即通過接收到的具體衰減值，根據(jù)具體的公式劃算轉(zhuǎn)換，得到在傳輸過程中的衰減值，并上傳相應(yīng)的處理單元，和正常天氣條件下的信號比對，進而進行具體的功率處理，以此來彌補雨水對傳輸過程中的衰減作用所產(chǎn)生的影響。

3.2 分集技術(shù)

該技術(shù)的處理核心思想為：在發(fā)射信號時，發(fā)射多個“備份信息”，這些信號同樣攜帶有效信息，并且互不干擾，這樣，在衛(wèi)星上接收到的信號就會多樣化，衛(wèi)星可以根據(jù)實際需求進行篩選和重新組合，從而達到降低雨水的衰減作用。分集技術(shù)的原理為：不同信號在傳輸過程中所受影響不同，有了大批次的信號就可以進行篩選，選出質(zhì)量最為好的信號，這個過程中的核心環(huán)節(jié)為要保證發(fā)射的信號間沒有相關(guān)性，同時衛(wèi)星接收端能夠接受不同頻段的電波信號，以此來保證信號完整傳輸?shù)目赡苄浴?/p>

4 結(jié)論

高頻段的衛(wèi)星廣播通信是未來衛(wèi)星通信發(fā)展的方向，但是，雨衰減是穩(wěn)定性的極不穩(wěn)定因素，為了保證高頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)的可靠性，雨衰減問題是時必須攻克的難題。同時，我們應(yīng)當(dāng)完備提升衛(wèi)星通訊產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)能力，力爭早日達到合理布局運用衛(wèi)星通信系統(tǒng)的要求，提升系統(tǒng)性能。