廣播電視通信衛(wèi)星的抗干擾方式探尋

張笑晨

（江蘇省泰州廣播電視臺，江蘇 泰州 225300）

0 引 言

廣播電視衛(wèi)星傳輸與傳統(tǒng)的信號傳輸相比，效率更高，性能更加優(yōu)良，因此得到了廣泛應(yīng)用。廣播電視通信衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)由天線系統(tǒng)、轉(zhuǎn)發(fā)器、接收站以及地球站等部分組成，主要采取開放式無線傳輸方式，提高了信道利用率，保障了信號的傳輸質(zhì)量。衛(wèi)星傳輸?shù)男盘柺情_放式的，很容易受到外界因素的干擾而影響信號質(zhì)量。為規(guī)避這種情況，需要引入先進(jìn)技術(shù)和理念，研發(fā)抗干擾技術(shù)保障信號的傳輸質(zhì)量，并結(jié)合相關(guān)技術(shù)強(qiáng)化衛(wèi)星信號防御外在干擾因素的等級，確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

1 廣播電視通信衛(wèi)星的工作原理

廣播電視衛(wèi)星信號傳輸系統(tǒng)具有傳輸功率大、傳播距離遠(yuǎn)、傳輸容量大以及覆蓋面積廣等優(yōu)勢，主要由地面和空間兩部分構(gòu)成。其中，地面部分指的是地球站；空間部分指的是通信衛(wèi)星[1]。通信衛(wèi)星在傳輸信號時(shí)，處于空間結(jié)構(gòu)中的衛(wèi)星發(fā)揮中繼站作用，實(shí)現(xiàn)信號的接收和發(fā)送。因?yàn)樾l(wèi)星的地理位置比較特殊，處于外太空距離地球非常遠(yuǎn)，所以產(chǎn)生信號的覆蓋面積較為廣泛。只要是通信衛(wèi)星能覆蓋到的范圍，都能使用通信衛(wèi)星接收傳輸?shù)男盘?。衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的主要工作原理如圖1所示。

圖1 衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)工作原理

2 廣播電視通信衛(wèi)星的干擾因素

2.1 自然環(huán)境因素

廣播電視衛(wèi)星信號在傳輸過程中很容易受到外在因素的影響，如空間環(huán)境和自然環(huán)境。其中，降雨、降雪以及日凌等都是較為常見的影響因素[2]。

2.1.1 降 雨

較大的降雨量會產(chǎn)生雨衰現(xiàn)象，阻礙通信衛(wèi)星的傳播，降低衛(wèi)星接收和轉(zhuǎn)發(fā)信號的效率，還會影響上、下行信號的載噪比。降雨頻率越高，降水量越大，對通信衛(wèi)星的干擾越大。

2.1.2 降 雪

降雪天氣時(shí)，不管是化雪還是降雪，都會影響通信信號的傳輸?；╇A段，天線饋源等位置會形成冰雪面，從而影響通信信號的發(fā)射和信號吸收。此外，上下行鏈路之間較大的輻射功率也會影響通信信號的傳輸。

2.1.3 日 凌

日凌時(shí)，地球站在對準(zhǔn)通信衛(wèi)星的同時(shí)也會對準(zhǔn)太陽。這時(shí)在信號輸送過程中會吸收到大量的太陽噪聲，影響信號質(zhì)量，從而引發(fā)設(shè)備故障造成信號中斷。

2.2 轉(zhuǎn)發(fā)器因素

實(shí)際工作中，廣播電視通信衛(wèi)星信號的傳播很容易受到外界因素的干擾，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)器無法正常運(yùn)行[3]，具體干擾體現(xiàn)在以下幾方面。

2.2.1 惡意干擾

惡意干擾指的是有針對性的干擾。面向通信衛(wèi)星發(fā)射較大功率的干擾信號，對正常的廣播電視載波產(chǎn)生較大的干擾影響，導(dǎo)致其信噪比逐漸降低，從而產(chǎn)生信號接收黑屏現(xiàn)象。干擾信號能夠模仿正常的廣播信號參數(shù)，對正常信號進(jìn)行非法干擾，產(chǎn)生較大的干擾電波使接收端無法正常運(yùn)作。正常信號將逐漸被干擾信號所替換，最終接收端接收的信號直接變?yōu)楦蓴_源發(fā)射干擾信號。

2.2.2 交調(diào)干擾

如果上行用戶一直存在于多載波運(yùn)作的情況下，則信號轉(zhuǎn)發(fā)器將無法正常運(yùn)作，且上行電平逐漸提升。信號的互特性和接收質(zhì)量將隨著電平的增高逐漸降低。

2.3 接收系統(tǒng)因素

接收系統(tǒng)因素是影響廣播電視通信衛(wèi)星信號傳播質(zhì)量的主要因素之一。接收系統(tǒng)包括地面無線電視、調(diào)頻廣播、微波以及雷達(dá)系統(tǒng)等，還有一些公共通信基站和民用電氣設(shè)備。這些設(shè)施在應(yīng)用過程中都會產(chǎn)生電磁波干擾。如果這些干擾信號和廣播電視通信衛(wèi)星所傳輸?shù)男盘柼幱谕活l率，那么這些干擾信號能直接混入信號的下行鏈路。接收站在對正常信號進(jìn)行接收時(shí)會產(chǎn)生較大的干擾，明顯提高了接收信號的誤碼率和載噪比，導(dǎo)致衛(wèi)星信號的整體質(zhì)量不斷降低，甚至?xí)苯又袛嘈盘朳4]。另外，通信衛(wèi)星信號接收站的基礎(chǔ)設(shè)施也會影響信號的接收質(zhì)量，如果接收設(shè)備性能不過關(guān)或長時(shí)間沒有保養(yǎng)維修，都會影響衛(wèi)星信號的接收質(zhì)量。

3 廣播電視通信衛(wèi)星的典型干擾類型

3.1 衛(wèi)星信號的直觀干擾

廣播電視通信衛(wèi)星信號受到直觀干擾是通信衛(wèi)星系統(tǒng)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的窄帶信號和單載波，且接收站接收的信號強(qiáng)度會隨著干擾信號的增強(qiáng)而不斷提升。所以，在分析數(shù)字信號時(shí)，如果信號接收工作正常進(jìn)行，那么所接收的信號可能會出現(xiàn)靜幀或馬賽克。另外，伴隨音效也會出現(xiàn)間斷或沒有聲音等情況。如果在分析模擬信號時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在噪點(diǎn)，那么很可能出現(xiàn)一些在正常圖像中不存在的問題。

3.2 數(shù)字頻譜的干擾

單從廣播電視系統(tǒng)中的單載波信號來看，分析載波問題時(shí)將單載波頻譜層層疊加在正常信號上，會增大單載波的功率，降低相應(yīng)干擾信號的頻譜幅度，導(dǎo)致信號的中心頻率發(fā)生重合。這不僅會影響衛(wèi)星信號的質(zhì)量，而且會影響廣播電視系統(tǒng)的正常運(yùn)作。分析窄帶調(diào)制波干擾問題發(fā)現(xiàn)，干擾信號中心頻率與正常信號頻率保持一致，且同時(shí)發(fā)送信號時(shí)，干擾信號會傳到正常信號的下行鏈路中，從而影響正常信號的傳輸。此外，如果發(fā)送信號的功率較小，那么接收站將無法準(zhǔn)確分辨其頻率，大大降低了正常信號的頻率幅度[5]。

3.3 數(shù)字電視圖像干擾

數(shù)字電視圖像干擾是在人們應(yīng)用和廣播電視通信數(shù)字傳輸資源相同的模式下產(chǎn)生的。產(chǎn)生的干擾信號和正常信號的強(qiáng)度具有明顯差別，兩種信號間存在一定的聯(lián)系。干擾信號強(qiáng)度越弱，正常信號的強(qiáng)度則越強(qiáng)。

4 廣播電視通信衛(wèi)星的抗干擾方式

4.1 轉(zhuǎn)發(fā)器的抗干擾方式

轉(zhuǎn)發(fā)器的運(yùn)行情況直接影響信號的接收質(zhì)量，所以必須確保通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的正常運(yùn)作，以降低或者徹底消除惡意干擾對正常信號的影響。常見的轉(zhuǎn)發(fā)器抗干擾方式包括應(yīng)用超大功率發(fā)射機(jī)、強(qiáng)化廣播電視節(jié)目的上行功率、基于地球站安裝高增益發(fā)射天線以及通過強(qiáng)功率抗衡惡意干擾源等。這些抗干擾方式在抵擋惡意干擾方面都有著良好的效果。在實(shí)際工作中，通過提升地球站大功率上行信號可以滿足轉(zhuǎn)發(fā)器正常運(yùn)作的真實(shí)需求。另外，利用一些具有抗干擾能力的通信衛(wèi)星時(shí)，在信號傳輸過程中可能會受到外來因素的干擾，暫時(shí)關(guān)閉轉(zhuǎn)發(fā)器?？傊?，必須嚴(yán)格把控轉(zhuǎn)發(fā)器的上行功率，控制其上行載波電平，還需要確保發(fā)射機(jī)和調(diào)制解頻器等存在一定的預(yù)留回退余量，確保轉(zhuǎn)發(fā)器從信號發(fā)生到信號傳輸完成都處于線性區(qū)且正常運(yùn)作。

4.2 空間環(huán)境與自然環(huán)境的抗干擾方式

空間環(huán)境和自然環(huán)境是影響廣播電視通信衛(wèi)星信號傳輸質(zhì)量的重要因素，因此需要對其采取相應(yīng)的抗干擾方式，保證信號的有效傳輸[6]，主要方式包括以下幾種。

4.2.1 抗雨衰

通過通信衛(wèi)星接收站接收的信號預(yù)測上行鏈路的雨衰情況，根據(jù)實(shí)際要求調(diào)節(jié)接收站信號的發(fā)送功率，逐漸增強(qiáng)信號功率，保障雷雨天氣與晴朗天氣的信噪比相同。根據(jù)信號強(qiáng)度適當(dāng)調(diào)節(jié)通信衛(wèi)星地球站的天線仰角，合理把控仰角度數(shù)，以降低雨衰對廣播電視通信衛(wèi)星信號質(zhì)量的影響。

4.2.2 抗雪衰

降雪結(jié)束后，應(yīng)該及時(shí)清理主反射面和天線饋源表面的積雪。此時(shí)，可以使用大功率的吹風(fēng)機(jī)提高清雪速率。

4.3 接收系統(tǒng)的抗干擾方式

實(shí)際的信號接收過程中，通過分析干擾源找出主要的干擾因素，并采取有效措施降低干擾[7]。例如，在比較廣闊空曠的場所搭建通信衛(wèi)星信號接收天線。安裝過程中需保證其周圍沒有任何的障礙物，以防阻擋信號的傳輸。另外，場地要遠(yuǎn)離高強(qiáng)度磁場區(qū)域。如果干擾信號和接收信號頻率的差值大于10 MHz，那么要在LNA前端安裝滿足信號傳輸需求的濾波器裝置，從而起到抗干擾作用。需選擇靈敏度較高且具有高頻化特點(diǎn)的高頻頭，并將其安置在接收天線的前端。當(dāng)微波產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度太大時(shí)，可以在微波傳播方向的相反方向調(diào)節(jié)接收天線的方向，也可以增設(shè)建筑物屏蔽干擾信號。如果這些方式均起不到較好的效果，那么可以通過遷移衛(wèi)星信號接收站來降低干擾。

4.4 抗干擾技術(shù)

4.4.1 抗干擾系統(tǒng)

在現(xiàn)有基礎(chǔ)上優(yōu)化和完善抗干擾技術(shù)，明確相關(guān)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)據(jù)源并將衛(wèi)星信號的載噪比、誤碼率以及強(qiáng)度等控制在合理范圍內(nèi)[8]。下行鏈路信號接收過程中發(fā)生誤碼率不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況，需要調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)門限值，從而降低自動控制對信號傳輸質(zhì)量帶來的干擾影響。如果干擾功率沒有高于原有的門限值但比運(yùn)行值高，會嚴(yán)重影響解碼器的正常運(yùn)作。因此，應(yīng)該及時(shí)啟動抗干擾系統(tǒng)，通過信息自動化保證設(shè)備持續(xù)運(yùn)作。發(fā)生解碼器自動鎖定時(shí)，應(yīng)該及時(shí)調(diào)節(jié)干擾圖像。

4.4.2 空域抗干擾技術(shù)

在廣播電視通信衛(wèi)星信號的傳播過程中，通過空域抗干擾技術(shù)能有效解決多束通信天線產(chǎn)生的干擾。此技術(shù)能在產(chǎn)生干擾信號的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)位信號覆蓋，為信號的正常傳輸提供有力保障[9]。另外，利用LCMV算法建立不同類型的信號接收模型，有利于提高信號的信噪比，降低接收信號的誤碼率。

5 結(jié) 論

如何抑制或者抵消干擾信號始終是眾多廣播電視工作人員和科研人員首要解決的問題。各級政府部門必須提高重視程度，強(qiáng)化對通信衛(wèi)星信號傳輸全過程的監(jiān)管工作。工作人員需要定期學(xué)習(xí)先進(jìn)的理念和技術(shù)，提高自身的綜合能力，從而更好地應(yīng)對信號干擾問題。此外，需積極引入新的科學(xué)技術(shù)，在現(xiàn)有的抗干擾技術(shù)上不斷革新發(fā)展，從而保障信號的清晰度和穩(wěn)定性。