廣播電視通信衛(wèi)星的抗干擾方案與應(yīng)用意義研究

范惠玲

（國(guó)家新聞出版廣電總局無(wú)線電臺(tái)管理局中央廣播電視塔，北京 100142）

0 引 言

廣播電視通信衛(wèi)星很容易受到外界干擾，因?yàn)閺V播電視通信衛(wèi)星傳播范圍廣泛且傳達(dá)功率較高，所以信息傳播的距離較遠(yuǎn)會(huì)導(dǎo)致干擾問(wèn)題，因此廣播電視通信衛(wèi)星在信息傳輸中的抗干擾問(wèn)題是必須要解決的重點(diǎn)問(wèn)題。為了提高廣播媒介傳播的信號(hào)質(zhì)量，滿足人們對(duì)廣播電視節(jié)目提出的傳播要求，應(yīng)結(jié)合實(shí)際的廣播衛(wèi)星干擾問(wèn)題，制定切實(shí)可行的廣播衛(wèi)星抗干擾方案，為廣播電視通信衛(wèi)星的穩(wěn)定性提供保障。

1 廣播電視通信衛(wèi)星的工作原理

廣播電視衛(wèi)星信號(hào)傳輸系統(tǒng)運(yùn)行中可滿足大容量傳輸和大面積覆蓋的要求，有著較高的傳輸功率，可以達(dá)到遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)的目的。廣播電視通信衛(wèi)星可分為地面和空間兩個(gè)不同的部分，地面構(gòu)成部分也就是地球站，通信衛(wèi)星為空間部分，在空間結(jié)構(gòu)中是接收和發(fā)送信號(hào)的中繼站。由于衛(wèi)星所處的位置距離地球有著較遠(yuǎn)的距離，因此衛(wèi)星的覆蓋面積輻射范圍廣，信號(hào)可以在覆蓋范圍中傳輸和接收。整個(gè)衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的工作就是在通信衛(wèi)星和地球站之間接收和發(fā)送信號(hào)，具有較強(qiáng)的先進(jìn)性優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)[1]。

2 廣播電視衛(wèi)星的干擾因素

2.1 自然環(huán)境因素

對(duì)廣播電視通信衛(wèi)星造成干擾的因素有很多，其中自然環(huán)境因素是最為常見的干擾因素之一，如降雨、降雪以及日凌等對(duì)廣播電視通信衛(wèi)星的干擾均十分常見。遇到雨水天氣時(shí)，通信衛(wèi)星受雨水影響可能表現(xiàn)出信號(hào)持續(xù)下降情況，衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)受到極大影響，接收信號(hào)的效率下降，對(duì)于上行和下行信號(hào)的載噪比形成了直接影響。降雪也會(huì)干擾廣播電視通信衛(wèi)星的運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生了降雪情況時(shí)，降雪和化雪的過(guò)程會(huì)影響通信信號(hào)的傳輸質(zhì)量。因?yàn)樵诨┻^(guò)程中，冰雪聚集在了天線饋源的位置，使得廣播電視通信衛(wèi)星通信信號(hào)的接收與發(fā)射均受到了一定的影響，導(dǎo)致通信信號(hào)的傳輸效率有所降低，并且上下行鏈路的輻射功率過(guò)高對(duì)通信衛(wèi)星的信號(hào)傳輸形成干擾作用。日凌時(shí)，地球站會(huì)出現(xiàn)同時(shí)對(duì)準(zhǔn)通信衛(wèi)星和太陽(yáng)的情況，因此傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)吸收大量的太陽(yáng)噪聲并傳送至地球站，導(dǎo)致信號(hào)的質(zhì)量降低，甚至可能引起設(shè)備故障和信號(hào)中斷等現(xiàn)象[2]。

2.2 轉(zhuǎn)發(fā)器因素

在實(shí)際的廣播電視通信衛(wèi)星運(yùn)行過(guò)程中，外界因素的干擾會(huì)對(duì)信號(hào)傳播造成影響，使轉(zhuǎn)發(fā)器的正常運(yùn)行受到阻礙，包括惡意干擾問(wèn)題和交調(diào)干擾問(wèn)題。其中通信衛(wèi)星大功率發(fā)射時(shí)所受到的針對(duì)性干擾可判斷是否為惡意干擾，一旦出現(xiàn)該種情況，廣播電視播出可受到阻礙，降低廣播電視在播的信噪比，發(fā)生黑屏現(xiàn)象。信號(hào)的接收失敗，干擾信號(hào)可將廣播信號(hào)參數(shù)模擬出來(lái)，形成對(duì)正常信號(hào)的非法干擾。同時(shí)干擾電波可影響接收端，直接影響正常信號(hào)的接收，接收端最終接收的為干擾源發(fā)射的信號(hào)，這種惡意干擾所帶來(lái)的影響極為明顯。交調(diào)干擾問(wèn)題指的是上行用戶一直處于多載波運(yùn)作的情況下發(fā)生的干擾問(wèn)題，此時(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器難以正常運(yùn)行和工作，并且隨著上行電平的提升，信號(hào)的接收質(zhì)量和交互特性會(huì)出現(xiàn)持續(xù)降低的情況。

2.3 接收系統(tǒng)因素

干擾廣播電視通信衛(wèi)星信號(hào)的因素有很多，接收系統(tǒng)因素作為常見因素之一，直接降低了廣播電視通信衛(wèi)星信號(hào)的傳播質(zhì)量。接收系統(tǒng)中包含多個(gè)其他的子系統(tǒng)，如雷達(dá)系統(tǒng)、微波以及地面無(wú)線電視調(diào)頻廣播等，除此之外，民用電氣設(shè)備和某些公共通信基站也是接收系統(tǒng)中的一員。此類設(shè)施的運(yùn)行和正常使用中出現(xiàn)的電磁波干擾問(wèn)題會(huì)對(duì)廣播電視通信衛(wèi)星的信號(hào)傳輸和干擾電磁波的同一頻率形成影響，此類干擾信號(hào)將影響信號(hào)的下行鏈路，混入其中干擾接收站接收正常信號(hào)。接收信號(hào)的載噪比和誤碼率逐漸提高，使衛(wèi)星信號(hào)的傳播質(zhì)量受到負(fù)面干擾，甚至可引起信號(hào)突然中斷等異常情況。廣播電視通信衛(wèi)星的接收質(zhì)量會(huì)受到通信衛(wèi)星信號(hào)接收站中基礎(chǔ)設(shè)施的影響，例如長(zhǎng)時(shí)間缺少有效的保養(yǎng)和維修措施會(huì)使接收設(shè)備的性能出現(xiàn)異常問(wèn)題，對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的接收質(zhì)量形成了成了干擾和不利影響[3]。廣播電視衛(wèi)星干擾的主要因素如圖1所示。

3 廣播電視衛(wèi)星干擾的表現(xiàn)形式

3.1 衛(wèi)星信號(hào)的直觀干擾

通信衛(wèi)星系統(tǒng)的正常運(yùn)行中產(chǎn)生的單載波和窄帶信號(hào)在廣播電視通信衛(wèi)星信號(hào)中形成了干擾，在干擾信號(hào)增強(qiáng)下，接收站所獲取的信號(hào)受到影響，所以數(shù)字信號(hào)分析中信號(hào)有馬賽克表現(xiàn)，即信號(hào)模糊，無(wú)法被有效識(shí)別出來(lái)。若發(fā)現(xiàn)聲音有間斷情況或徹底沒(méi)有聲音，對(duì)模擬信號(hào)分析，有明顯噪點(diǎn)問(wèn)題，將會(huì)出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，無(wú)法分辨正常的圖像。

3.2 數(shù)字頻譜的干擾

對(duì)單載波信號(hào)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，正常信號(hào)上有單載波頻譜疊加，單載波功率增加，降低了感染信號(hào)頻譜幅度，這在很大程度上降低了衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量，廣播電視系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。當(dāng)正常的信號(hào)頻率和干擾信號(hào)中心的頻率相一致，并且進(jìn)行了信號(hào)的同時(shí)發(fā)送活動(dòng)時(shí)，會(huì)在正常的信號(hào)下行鏈路中傳遞干擾信號(hào)，對(duì)正常信號(hào)傳輸質(zhì)量形成干擾。信號(hào)發(fā)送功率較低，分辨頻率會(huì)給接收站造成較高的難度，降低了正常信號(hào)的頻率幅度。

3.3 數(shù)字電視圖像干擾

廣播電視通信傳輸資源被使用時(shí)，因模式相同，會(huì)出現(xiàn)數(shù)字電視圖像干擾問(wèn)題。通常情況下，此類干擾現(xiàn)象和正常信號(hào)的強(qiáng)弱之間有著密切關(guān)聯(lián)，干擾信號(hào)越弱，所出現(xiàn)的正常信號(hào)則越強(qiáng)，反之將會(huì)降低正常信號(hào)[4]。

4 廣播電視通信衛(wèi)星的抗干擾方案和應(yīng)用意義

4.1 轉(zhuǎn)發(fā)器的抗干擾方案

轉(zhuǎn)發(fā)器和信號(hào)接收質(zhì)量之間有著密切的關(guān)系，轉(zhuǎn)發(fā)器的運(yùn)行情況在很大程度上直接決定了廣播電視通信衛(wèi)星信號(hào)的接收質(zhì)量，因此應(yīng)保證衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，將可能對(duì)正常信號(hào)形成的干擾和影響最大程度地降低甚至消除。通常情況下，轉(zhuǎn)發(fā)器抗干擾的方案中，可通過(guò)多種方式提高轉(zhuǎn)發(fā)器的抗干擾性。例如，在提高廣播電視節(jié)目上行效率時(shí)，使用大功率的發(fā)射機(jī)，提高功率，以達(dá)到抗衡惡意干擾源的目的。在地球站上安裝高增益發(fā)射天線，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)廣播電視通信衛(wèi)星的抗干擾方案實(shí)施，此類抗干擾方式的惡意干擾抵抗效果增強(qiáng)。轉(zhuǎn)發(fā)器運(yùn)行中，可使地球站大功率上行信號(hào)不斷提升，以此使轉(zhuǎn)發(fā)器運(yùn)行要求更加穩(wěn)定，信號(hào)傳輸過(guò)程中可能會(huì)受到其他外來(lái)因素的干擾，使抗干擾能力的通信衛(wèi)星需要暫時(shí)關(guān)閉轉(zhuǎn)發(fā)器，所以需對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)器上行功率進(jìn)行嚴(yán)格把控，確保上行載波電平被控制在一定的范圍內(nèi)。保證調(diào)制解調(diào)器及發(fā)射機(jī)預(yù)留出充足的退余量，維護(hù)轉(zhuǎn)發(fā)器信號(hào)傳輸過(guò)程不受干擾，能夠在限行區(qū)內(nèi)進(jìn)行正常穩(wěn)定的運(yùn)行。轉(zhuǎn)發(fā)器的抗干擾方案是保證轉(zhuǎn)發(fā)器穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施，提高了廣播電視通信衛(wèi)星信號(hào)的接收質(zhì)量，消除正常信號(hào)可能受到的影響和干擾。為廣播電視通信衛(wèi)星示意如圖2所示。

圖2 廣播電視通信衛(wèi)星示意圖

4.2 空間環(huán)境與自然環(huán)境的抗干擾方案

廣播電視通信衛(wèi)星的信號(hào)傳輸質(zhì)量在很大程度上都是受到了自然環(huán)境空間環(huán)境等因素的影響，因此要制定相應(yīng)的抗干擾方案，將相關(guān)措施落實(shí)到實(shí)際的廣播電視通信衛(wèi)星信號(hào)傳輸中，提高信號(hào)傳輸?shù)挠行浴ａ槍?duì)雨衰問(wèn)題時(shí)，可以預(yù)測(cè)雨衰情況，利用通信衛(wèi)星接收到的信號(hào)數(shù)據(jù)調(diào)解接收站信號(hào)的發(fā)送功率，根據(jù)實(shí)際情況使信號(hào)功率得到增強(qiáng)，保證信噪比在雷雨天氣時(shí)的正常運(yùn)行。信號(hào)強(qiáng)度的變化和晴朗天氣時(shí)有所不同，因此要適當(dāng)調(diào)節(jié)天線仰角，提高仰角度數(shù)，把控的合理性和科學(xué)性使雨衰對(duì)廣播電視通信衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量造成的影響最小化。對(duì)于降雪結(jié)束后的廣播電視通信衛(wèi)星抗干擾方案，則需要及時(shí)清理主反射面和天線饋源表面的積雪，使用大功率的吹風(fēng)機(jī)保證清雪速度有所提高，達(dá)到抗雪災(zāi)的目的。該抗干擾方案的應(yīng)用下能夠結(jié)合實(shí)際的自然環(huán)境和空間環(huán)境等增強(qiáng)信號(hào)功率，保證廣播電視通信衛(wèi)星的良好信號(hào)傳輸質(zhì)量[5]。

4.3 接收系統(tǒng)的抗干擾方案

廣播電視通信衛(wèi)星的實(shí)際運(yùn)行中，分析干擾源可以找出接收信號(hào)時(shí)受到的干擾因素，并且制定相應(yīng)的防治措施降低干擾。例如，通信衛(wèi)星信號(hào)接收天線建設(shè)場(chǎng)地選擇空曠場(chǎng)所，確保周邊無(wú)障礙物阻擋，降低通信衛(wèi)星信號(hào)收發(fā)所受到的影響。安裝時(shí)保證信號(hào)的傳輸不受阻擋，另外要保證該區(qū)域內(nèi)沒(méi)有高強(qiáng)度的磁場(chǎng)，對(duì)于干擾信號(hào)和接收信號(hào)頻率差值高于10 MHz的情況，需要將濾波器裝置安裝在LNA前端，為信號(hào)傳輸?shù)男枨筇峁┍Ｕ希岣呖垢蓴_的效果。在接收天線的前端安置高頻頭，選擇靈敏度較強(qiáng)和高頻化的高頻頭安置其中，可以提高抗干擾的效果[6]。當(dāng)出現(xiàn)大強(qiáng)度的微波干擾問(wèn)題時(shí)，可以調(diào)整接收天線的方向，向微波傳播方向的相反方向調(diào)整接收信號(hào)，將干擾信號(hào)最大程度的屏蔽掉，通過(guò)增設(shè)建筑物等方式保證良好的抗干擾效果。除以上方式外，為了達(dá)到抗干擾的目的，可通過(guò)將衛(wèi)星信號(hào)接收站遷移到合適的位置達(dá)到理想的抗干擾目標(biāo)。接收系統(tǒng)的抗干擾方案是保證信號(hào)傳輸不受阻擋的重要路徑，屏蔽掉干擾信號(hào)，提高抗干擾能力，保證接收系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行。

4.4 優(yōu)化抗干擾技術(shù)

運(yùn)用抗干擾技術(shù)需要在現(xiàn)有的抗干擾技術(shù)基礎(chǔ)之上進(jìn)行更進(jìn)一步的完善和優(yōu)化，明確抗干擾的標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)指標(biāo)，控制衛(wèi)星信號(hào)的誤碼率強(qiáng)度和載噪比等，合理分析數(shù)據(jù)源，保證衛(wèi)星信號(hào)的各項(xiàng)指標(biāo)處于合理范圍內(nèi)。接收下行鏈路信號(hào)過(guò)程中出現(xiàn)誤碼率等異常問(wèn)題時(shí)，需要對(duì)節(jié)點(diǎn)門限制進(jìn)行調(diào)解，以此使外部干擾對(duì)信號(hào)傳輸所帶來(lái)的干擾影響控制到最小程度。而在門限值設(shè)置方面，若是干擾功率沒(méi)有超出該限值，但是高出了運(yùn)行值，那么解碼器的正常運(yùn)作會(huì)受到影響。此時(shí)要運(yùn)用信息自動(dòng)化的技術(shù)保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)作，啟動(dòng)抗干擾系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)解碼器自動(dòng)鎖定的情況時(shí)及時(shí)對(duì)干擾圖像進(jìn)行調(diào)整。空域抗干擾技術(shù)應(yīng)用下，有助于解決廣播電視通信衛(wèi)星信號(hào)傳播過(guò)程中出現(xiàn)的多數(shù)通信天線干擾問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)位的信號(hào)覆蓋，保證信號(hào)的正常穩(wěn)定傳輸。抗干擾技術(shù)的優(yōu)化探索中，將原有的抗干擾技術(shù)實(shí)現(xiàn)了更進(jìn)一步地改進(jìn)和完善，將衛(wèi)星信號(hào)各項(xiàng)指標(biāo)控制在合理范圍內(nèi)，降低外部干擾對(duì)信號(hào)傳輸帶來(lái)的負(fù)面影響，避免出現(xiàn)廣播電視通信衛(wèi)星信號(hào)傳播過(guò)程中的不穩(wěn)定問(wèn)題[7-10]。

5 結(jié) 論

廣播電視信號(hào)中的抗干擾工作始終是值得媒體行業(yè)高度重視的重點(diǎn)問(wèn)題，針對(duì)廣播電視信號(hào)中的干擾問(wèn)題，應(yīng)從廣播電視通信衛(wèi)星的干擾因素作為重要的切入點(diǎn)，打破地域和時(shí)間等因素的限制，最大程度地消除對(duì)廣播電視通信衛(wèi)星造成的干擾，加強(qiáng)對(duì)廣播電視通信衛(wèi)星抗干擾技術(shù)的不斷探索，運(yùn)用多元技術(shù)的交叉融合提高廣播電視信號(hào)傳輸?shù)倪\(yùn)行效果，提高其穩(wěn)定性，降低信號(hào)廣播衛(wèi)星受到的干擾，推進(jìn)廣播電視產(chǎn)業(yè)未來(lái)更好的發(fā)展。