直播星信號干擾預警的實現

劉獻鵬，金燕華

（電子科技大學 航空航天學院 檢測技術與自動化裝置，四川成都 611731）

0 引言

衛星電視具有傳播信號清晰，信號覆蓋面積大，受地形影響小，可靠性高，可多址聯播和接收設備造價低，安裝調試容易等突出優點，使得衛星電視迅速走向千家萬戶。同時由于衛星大多采用透明式轉發器，轉發器作為無人管理的中繼站，主要作用是接收來自地球站的微弱信號，變換頻率和放大后再發回地面。衛星的各項參數以及編碼方式都在國際電聯備案公開，因此很容易受到干擾的影響。本文以北京某電臺直播星信號頻譜檢測項目為基礎，重點探討衛星廣播電視信號的干擾分類以及干擾預警，分析其產生的根源，從而為干擾源的迅速定位提出更有針對性的辦 法。

1 干擾類型及應對措施

由于衛星電視信號在傳輸過程中容易受到各種干擾，所以，我們從分析衛星信號的傳輸過程入手。地球站對電視節目信號進行基帶處理、調制、上變頻、功率放大,變換成適于衛星信道傳輸的形式后，經天線對準衛星發送，衛星則將收到的信號經轉發器變頻、放大后發回地面。各地球站天線接收到衛星轉來的全部信號，經過與發射相應的反變換和處理，從中選出屬于本站的信號分送給有關用戶。其傳輸路徑如圖1所示。

圖1 衛星通信系統及地球站基本組成示意圖

從干擾來源上說，主要分為自然現象干擾、設備故障干擾、地面電磁環境干擾、鄰星干擾與人為原因造成的干擾等，有些干擾是相互交叉。

1.1 自然現象干擾

自然現象的干擾主要包括日凌衛星蝕干擾（如圖2）、雨雪衰以及太陽輻射等。日凌干擾目前尚無有效的方法來避免，一般衛星公司會把各地的日凌時間通知用戶，以便用戶提前做好準備，地球站可通過增大天線口徑和接收靈敏度來縮短日凌干擾的持續時間。低軌道、短周期的人造衛星造成的影響較小，持續時間通常不多于1 h，衛星上的蓄電池一般能夠應付。但對于軌道高、長周期的衛星，一旦出現衛星蝕，可維持數小時，必要時需要關閉衛星上部分設備減少耗電，衛星蝕時溫度會驟降，設計衛星時必須考慮到這一點。雨(雪)衰所導致的接收信號惡化有一個漸變過程，根本原因在于活動于對流層的雨雪會吸收信號能量，這是對流層影響衛星信號的主要根源，可以通過補償上行鏈路的雨(雪)衰損耗和留出足夠的下行鏈路的雨衰備余量，來降低因雨(雪)衰造成的損失。

圖2 靜止衛星星蝕和日凌中斷示意圖

衛星廣播電視傳輸系統形成于開放的、條件惡劣的自然 界環境中，空間段中的一切自然因素對衛星信號的傳播造成的干擾都不容忽視，否則就會影響衛星信號的質量。

1.2 地球站設備的雜波干擾

產生干擾主要因為設備雜散指標不合格，載波中有雜波或諧波；調制器、上變頻器輸電平過高，或者“功放”工作非線性，出現頻譜擴散；上變頻器、功放的工作點設置不當，造成載波噪聲。處理好這類干擾需要嚴格做好設備的入網驗證測試，確保雜波功率限制在額定的范圍內；正確設置設備的工作點、調整或更換設備，對設備進行合理匹配組合，消除超標雜波；嚴格按照入網測試時標定的功率電平工作，定期進行各環節測試，設備更新時先通電經測試確認指標合格再投入使用。

1.3 接收站

返回到地面的衛星信號，受干擾的主要有兩個原因：首先，由于接收站所處的地面空間中分布著各種各樣的地面信號，如大量的地面廣播電視信號、微波信號、雷達系統信號等，相對于返回地面的衛星信號，那些與衛星信號同頻甚至鄰頻的地面信號無形中成了噪聲源和干擾源，降低衛星信號接收的載噪比，使誤碼率升高，信號質量下降；其次衛星信號的覆蓋范圍是有限的，衛星接收站能否合理選址，將直接影響到接收站接收衛星信號的效果。

1.4 星間干擾

隨著衛星通信的高速發展，同步軌道衛星越來越多，衛星間隔由原來的5度左右降低到現在的2.5度左右，極大的提高了鄰星干擾的概率。解決辦法就是軌位協調，衛星用戶必須嚴格遵守衛星業務的操作規范。

1.5 人為干擾

由于現階段我們所使用的衛星都是采用透明轉發器，人為干擾主要是對星上轉發器實施干擾，主要有堵塞式干擾和插播干擾兩種形式。堵塞式干擾是指強占轉發器的功率，將轉發器全部阻塞，使通過該轉發器的電視廣播或通信業務全部癱瘓。其干擾源的頻譜可以與正常信號重疊，也可以不重疊。插播干擾，即利用 “功率掠奪”插播非法信號，使正常工作的接收臺站收到干擾方的非法信號。對于這類非法干擾方式，我們要結合實際制訂應急處理預案，堵截非法信號的傳輸渠道，保證衛星通信業務正常進行，確保廣大觀眾正常收聽和收看衛星廣播電視節目。

2 衛星數字電視信號檢測預警

目前，人們對監測技術的關注度越來越高，監測系統也已經被廣泛地應用到了多個領域，其有著不可替代的地位。電視監測，是指與測量和電視監視密切關聯的，能夠在電視系統正常運行時對其播出通路進行檢查以發現通路故障的一種監測技術。過去，在電視系統中監測只是作為其中的一部分，而不是一個獨立的系統，而在目前的廣播電視系統中，監測已經以一個獨立的系統存在，負責廣播電視的監測工作。從電視節目的攝取到傳輸到用戶接收機的每一個步驟都要監測電視信號的傳輸狀況。監測不僅可以隨時對電視信號的播出質量進行檢查，還可以快速判斷信號在傳輸過程中是否中斷，還能快速的找到故障出現的位置，從而能夠及時做出干預或調整，確保電視信號的傳輸質量。

根據測試，正常的衛星數字電視信號在 沒有嚴重的外界干擾信號時信號的功率和信噪比是比較穩定的，但是當受到強烈干擾時，接收到的衛星電視信號的功率和信噪比會發生明顯的變化，所以設計檢測軟件以這兩個參數作為檢測的主要參考依據。

3 軟件設計模塊實現

本軟件設計的生成模板的流程如圖3所示。

圖3 軟件流程

信號處理硬件平臺是采用一套PXI模塊來實現。在信號質量較好，信號穩定的情況下，按下儀器邊菜單StandardModule將調用軟件GenerateStandardMoudle（）函數從硬件采集20幀數據，每采集一幀將與上一幀數據做平均，直至取完20幀計數器減為0，把20幀數據的平均值加上或者減去一定的閾值（本文設置的為3dB）分別生成上下標準模板，如圖4所示。

生成模板后軟件要調用IdentifyMoudleFreq（）函數識別模板的參數，例如載波個數，載波3dB帶寬，載波中心頻率等。因為是實時監控，每采集一幀信號都要經過FreqIdentify（）函數識別與生成模板相同的信號的參數，然后經由JudgeOverBorder（）函數判決載波數目是增或者減，載波功率值是否超出上或者下模板，載波3dB帶寬是否超出干擾容限，是否偏移等。當監測系統判別有異常信號時自動報警，報警標志下方會顯示相應的報警類型（標志為0時無干擾報警1時有干擾 2 表示同一類型干擾報警結束）則上報給監控中心。

圖4 未生成模板時信號均方檢波頻譜

圖5 生成模板后具有報警功能

信號分析模塊（圖6）實時監測并處理調制后的信號信息。接到監控中心或網絡通信模塊下發的信號頻率和帶寬信息，從DSP獲取信號的符號率、調制類型信息，繪制信號的星座圖，計算信號的誤差矢量幅度（EVM）信息。如圖6所示，當產生新載波干擾時，信號分析模塊能信息新載波的參數，對于干擾的迅速查處排除，具有重要的作用。

圖6 信號分析模塊對新載波分析結果圖

4 結束語

經長期測試該系統和軟件平臺對于有信號干擾時能迅速準確報警，無疏漏無漏報，同時將有干擾報警時將干擾信號出現的時間以及干擾類型寫入數據庫，用戶可以隨時調取監控結果。這樣一來形成全程監控，全方位保證了衛星廣播電視的優質服務。

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