衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)常見的干擾及處置措施

盧崇麟

國家廣播電視總局六四一臺 福建省 泉州市 362100

1 概 述

衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)采用的轉(zhuǎn)發(fā)器分為透明轉(zhuǎn)發(fā)器和處理轉(zhuǎn)發(fā)器，處理轉(zhuǎn)發(fā)器除進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)信號外，還具有信號處理功能，進(jìn)行的信號變換和處理，可對干擾進(jìn)行有效的過濾。然而，廣播電視衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)采用的透明轉(zhuǎn)發(fā)器只單純完成轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，轉(zhuǎn)發(fā)器通過接收上行傳輸信號、再進(jìn)行低噪聲放大、下變頻，最后經(jīng)過高功率放大輸出到下行衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)發(fā)到信號覆蓋區(qū)。由于對500MHz 工作頻帶內(nèi)的任何信號都是“透明”通路，必然對干擾信號也進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā)。常見的干擾分為外部干擾和內(nèi)部干擾。

2 外部干擾

2.1 鄰星干擾

近年來隨著衛(wèi)星通信需求量的不斷增長，使地球同步軌道衛(wèi)星的數(shù)量不斷增加，國際電信聯(lián)盟要求的軌道間隔為6 度，隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星功率受限的情況有較大的改善，衛(wèi)星的下行EIRP（等效全向輻射功率)有較大的提高，使得小口徑天線可以收到鄰星的干擾信號。在相鄰衛(wèi)星重疊覆蓋的區(qū)域，被干擾接收站天線旁瓣可以接收到同頻的鄰星下行信號，造成對正常接收信號的干擾。此外，由于廣播電視衛(wèi)星業(yè)務(wù)所使用轉(zhuǎn)發(fā)器增益檔較鈍，當(dāng)上行功率提升時，容易產(chǎn)生鄰星干擾。若上行站發(fā)射天線較小，旁瓣電平較高，高功放輸出的功率較大時，上行站的信號可能會干擾鄰星的正常信號?；蛘哂捎诓僮魇д`，使上行天線偏向鄰星進(jìn)行功率發(fā)射。圖1所示為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)A和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)B之間的鄰星干擾。

處置措施：1.提高衛(wèi)星天線的尺寸，降低半功率角，或選用旁瓣電平較低的接收天線。2.各上行站按入網(wǎng)測試的標(biāo)定功率運行，嚴(yán)禁超功率發(fā)射載波。3.定期對各站上行發(fā)射天線進(jìn)行自動跟蹤，確保天線始終對準(zhǔn)衛(wèi)星。

圖1 鄰星干擾示意圖

圖2 鄰信道干擾示意圖

圖3 載波頻譜不符合要求示意圖

2.2 鄰信道干擾

由于相鄰載波間沒有足夠的保護(hù)間隔、上行載波頻譜不符合要求，或者由于衛(wèi)星的功率受限造成轉(zhuǎn)發(fā)器工作在非線性區(qū)，使得轉(zhuǎn)發(fā)器互調(diào)分量超標(biāo)，上述情況均會造成鄰信道干擾。圖2為鄰信道干擾示意圖，該圖呈現(xiàn)的是相鄰載波間沒有足夠的保護(hù)間隔造成干擾的情況。圖3為上行載波頻譜不符合要求的示意圖，是功放回退值不同時所呈現(xiàn)的頻譜。

處置措施：1.各載波間留有足夠的保護(hù)帶寬。2.上行載波頻譜要符合要求，尤其要保證載波-30dB的帶寬不超過1.35倍的傳輸速率，控制好肩帶指標(biāo)。3.要確保上行系統(tǒng)的三階互調(diào)指標(biāo)，在速調(diào)管高功放額定功率回退7dB時不超過-29dBc。4.帶內(nèi)雜散要滿足-55dBc 的要求。5.在上行頻段5925MHz到6425MHz范圍內(nèi)的任意4kHz 頻段中不超過4dBw/4KHz（不包括互調(diào)產(chǎn)物）。帶外互調(diào)在上行頻段5925MHz 到6425MHz范圍內(nèi)的任意4kHz頻段中不超過15dBw/4KHz，否則對相鄰信道或其他轉(zhuǎn)發(fā)器產(chǎn)生干擾。

2.3 日凌干擾

衛(wèi)星運行到太陽和接收站之間并在一條直線上時，接收站天線正對準(zhǔn)衛(wèi)星和太陽的現(xiàn)象稱為日凌。發(fā)生的規(guī)律是，在北半球日凌發(fā)生在春分前和秋分后的幾天的中午，每次持續(xù)數(shù)分鐘。在春分和秋分當(dāng)日，衛(wèi)星星下點的接收站會發(fā)生日凌。日凌會對衛(wèi)星下行信號產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾或者中斷，但是日凌對上行傳輸信號并未造成影響。在同一地點使用同樣口徑的衛(wèi)星接收天線，Ku波段的日凌持續(xù)時間比C 波段的短。大口徑天線相較于小口徑天線，日凌影響持續(xù)時間短。日凌的持續(xù)時間與太陽的日輪直徑和天線的波束寬度有關(guān)。

處置措施。1.上行站在日凌發(fā)生前將功率自動提升系統(tǒng)設(shè)置為手動，結(jié)束后恢復(fù)為自動狀態(tài)。2.下行接收站根據(jù)需要設(shè)置異地回傳信號減少對下行接收的影響。3.通過多星并發(fā)同樣的節(jié)目減少對下行接收的影響。4.有條件的接收站，選用較大口徑的接收天線，縮短日凌持續(xù)時間。

2.4 電離層干擾

衛(wèi)星信號在傳輸時，通過了平流層、對流層、電離層，最后進(jìn)入自由空間傳播。電離層對電磁波具有選擇性，只有超過一定頻率才可以穿透電離層傳播，低于一定的頻率會被電離層反射，阻擋其通過。如短波發(fā)射就是利用電離層的反射進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)?，衛(wèi)星傳輸?shù)妮d波頻率必須是L 波段以上才能傳輸。電離層對衛(wèi)星傳輸信號產(chǎn)生折射、散射、閃爍以及法拉第旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

電離層對衛(wèi)星通信信號的影響之一就是法拉第極化旋轉(zhuǎn)。衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)上行天線的軸向極化隔離度要大于33dB，也就是要求天線在接收正極化信號時，收到的反極化干擾信號要小于33dB。極化旋轉(zhuǎn)帶來的影響，一方面是極化的損耗，另一方面表現(xiàn)為對反極化信號的干擾，降低了極化隔離度。傳輸信號極化旋轉(zhuǎn)正比于電離層中的離子數(shù)和磁場強(qiáng)度，反比于信號頻率的平方根。對于頻率較低的信號影響較大，頻率越高影響越小，對于C 波段的衛(wèi)星信號的極化旋轉(zhuǎn)通常在幾度之內(nèi)。對于4/6GHz衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)而言，上行傳輸造成4 度的極化旋轉(zhuǎn)，下行傳輸會造成9 度的極化旋轉(zhuǎn)。

電離層對衛(wèi)星通信信號的另一個影響為電離層閃爍，是由于電離層密度的不均勻性和隨機(jī)性，對傳輸信號產(chǎn)生幅度和相位的變化的現(xiàn)象。電離層閃爍在南北極地區(qū)最為嚴(yán)重，在赤道區(qū)域呈現(xiàn)較強(qiáng)的規(guī)律性，出現(xiàn)時間為晚上6 點到次日凌晨6 點左右，太陽的紫外線、X 射線增多時，電離層變厚，電離層閃爍嚴(yán)重，對傳輸信號影響最大。對電波影響規(guī)律為頻率較低時影響較大，頻率較高時影響減小，在C 波段最多可能造成10dB的信號衰減。

處置措施：利用圓極化進(jìn)行衛(wèi)星通信，如中星9號和中星9A直播衛(wèi)星，采用了圓極化傳輸方式，有效規(guī)避了極化旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的干擾。

圖4 雜散測試示意圖

3 內(nèi)部干擾

3.1 極化干擾

衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)為提高頻譜利用率，采用正交極化方式進(jìn)行傳輸，在線極化時采用垂直和水平極化，在圓極化時采用左旋圓極化和右旋圓極化的極化方式，實現(xiàn)頻帶資源的高效利用，極化隔離度是客觀衡量正交隔離的技術(shù)指標(biāo)，如上所述正交隔離度必須達(dá)到33dB 的要求。衛(wèi)星天線在正式使用前需通過衛(wèi)通公司的入網(wǎng)測試，測試之后，饋源位置要固定好，記錄好數(shù)值，一般將天線控制器的極化角設(shè)置隱藏，以免由于誤動作使極化角發(fā)生改變，造成極化干擾。

處置措施：如果天線極化隔離度變差，或者超功率發(fā)射載波，就會對反極化用戶的傳輸信號產(chǎn)生干擾，這時就必須通過衛(wèi)通公司重新調(diào)整極化，標(biāo)定上行功率。

3.2 雜散干擾

由于地球站的各環(huán)節(jié)電平設(shè)置不合理，中頻噪聲和載波邊帶不斷放大進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)器，雜散在時間上和頻譜上不具有規(guī)律性，分為帶內(nèi)雜散和帶外雜散，如果帶內(nèi)雜散超過-55dBc，就會影響自身業(yè)務(wù)的傳輸，導(dǎo)致信號劣化。帶外雜散超過-65dBc，會干擾其他轉(zhuǎn)發(fā)器上的載波信號。圖4 是雜散測試示意圖，從圖中可以看出，所測的干擾沒有超出指標(biāo)范圍。

處置措施：衛(wèi)通公司可調(diào)整受干擾轉(zhuǎn)發(fā)器的增益檔設(shè)置，將其設(shè)置的比較鈍，降低靈敏度，來減少干擾影響。因為雜散在時間上、頻率上和幅度上的隨機(jī)性、不確定性強(qiáng)，上行站可以通過切換備用設(shè)備來排除干擾。

內(nèi)部干擾可能存在其他類型的干擾，本文只介紹了其中典型的2種，其余的不再贅述。