廣播電視通信衛(wèi)星的抗干擾技術(shù)探究

李程飛

（作者單位：國家廣電總局監(jiān)管中心）

通信衛(wèi)星所在的空間位置，決定了信號傳輸必然受到自然、設(shè)備、人為等方面因素的干擾。所以，我國廣播電視領(lǐng)域工作者需要不斷對衛(wèi)星傳輸技術(shù)加以研究，基于衛(wèi)星通信效率、質(zhì)量提升目標(biāo)，找準(zhǔn)引發(fā)通信衛(wèi)星干擾問題的因素，并一一擊破。

1 廣播電視通信衛(wèi)星概述

1.1 衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

衛(wèi)星通信可以理解為是地球上不同的無線電通信站（地球站）間基于衛(wèi)星這一中繼站的信號轉(zhuǎn)發(fā)來實現(xiàn)高效率的通信。所以，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的必要組成部分就包括地球站和衛(wèi)星。衛(wèi)星通信主要是通過地表通信站來采集信號，借助微波形式開展大規(guī)模的信號傳輸，以便實現(xiàn)全面信號覆蓋[1]。衛(wèi)星通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用還依賴于抗干擾技術(shù)的不斷升級發(fā)展，從而為衛(wèi)星通信質(zhì)量的提高提供優(yōu)質(zhì)的保障[2]。

衛(wèi)星通信的設(shè)備部署極為靈活，且通信覆蓋范圍廣、容量大，支持遠(yuǎn)距離通信，甚至無須過多考慮地域、地形等地面條件。這些優(yōu)點均決定了衛(wèi)星通信的可靠性、廣泛適用性，也促成了相應(yīng)的通信產(chǎn)業(yè)鏈。在其產(chǎn)業(yè)鏈中，衛(wèi)星、火箭等的大工業(yè)制造屬于上游產(chǎn)業(yè)，也是由少數(shù)國家掌握關(guān)鍵技術(shù)且重點關(guān)注的產(chǎn)業(yè)；衛(wèi)星通信行業(yè)屬于中游產(chǎn)業(yè)；廣播電視、日常類型通信等則為下游產(chǎn)業(yè)（衍生產(chǎn)業(yè)），如互聯(lián)網(wǎng)接入、跨洋通信、視頻廣播等。

1.2 通信衛(wèi)星在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著我國傳媒事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，社會各界對傳媒技術(shù)也提出了較高的要求和標(biāo)準(zhǔn)[3]。評價廣播電視衛(wèi)星節(jié)目質(zhì)量的一大標(biāo)準(zhǔn)就是衛(wèi)星信號的強(qiáng)弱和接收節(jié)目的流暢程度[4]。當(dāng)前，我國對廣播電視衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用比較廣泛，衛(wèi)星傳輸和傳統(tǒng)的微波傳輸方式不同，在距離上比較遠(yuǎn)，傳輸質(zhì)量也比較高，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益也比較突出[5]。廣播電視衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)可細(xì)分為許多組成部分，包括轉(zhuǎn)發(fā)器、發(fā)射地球站、接收地球站、空間段、同步衛(wèi)星等。其中，轉(zhuǎn)發(fā)器、地球站的功能具有代表性，二者均用于信號傳輸。廣播電視通信衛(wèi)星工作原理如圖1所示。轉(zhuǎn)發(fā)器不能脫離衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)獨立工作，它在運行時要對來自發(fā)射地球站的信號進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)處理（變頻、調(diào)制等），繼而轉(zhuǎn)遞給接收地球站。地球站的相應(yīng)設(shè)備中含有實際工作所需的多樣化裝置，包括轉(zhuǎn)發(fā)器裝置。

圖1 廣播電視通信衛(wèi)星工作原理圖例

衛(wèi)星通信在軍事、航空、數(shù)字電視與廣播等方面發(fā)揮著舉足輕重的作用，但是微波波段的衛(wèi)星通信系統(tǒng)本身面臨著非常多的干擾因素，如何提高其抗干擾能力是現(xiàn)代衛(wèi)星通信系統(tǒng)需要解決的重要問題[6]。為使廣播和電視節(jié)目播放更加流暢，應(yīng)提升廣播電視衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的信號傳輸質(zhì)量，以保證其傳輸過程中的穩(wěn)定性。但由于衛(wèi)星傳輸?shù)拈_放性特點，其很容易受到一些外部因素和內(nèi)部因素的干擾[7]。所以，研發(fā)更先進(jìn)的廣播電視通信衛(wèi)星抗干擾技術(shù)十分有必要。

2 廣播電視通信衛(wèi)星的干擾因素

2.1 自然因素的干擾

首先，廣播電視衛(wèi)星通信信號容易被太陽輻射所干擾[8]。這體現(xiàn)在普通的太陽輻射并不能造成衛(wèi)星信號不穩(wěn)，但是太陽輻射有其自身的規(guī)律與周期，當(dāng)爆發(fā)太陽風(fēng)暴時，則會對衛(wèi)星通信產(chǎn)生干擾[9]。具體而言，太陽風(fēng)暴狀態(tài)下，通信衛(wèi)星的表面會累積較多的帶電粒子，從而破壞通信衛(wèi)星外表絕緣材料，致使其內(nèi)部電子器件發(fā)生損壞，無法正常工作。例如，太陽風(fēng)暴使衛(wèi)星內(nèi)部的存儲單元發(fā)生變化，從而不能按照既定程序進(jìn)行信號傳輸，甚至出現(xiàn)偽指令現(xiàn)象，此時的衛(wèi)星通信無法正常實現(xiàn)，而且會啟動衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的自我保護(hù)機(jī)制，促使衛(wèi)星通信系統(tǒng)關(guān)機(jī)。

其次，廣播電視衛(wèi)星通信信號容易因星蝕、日凌現(xiàn)象出現(xiàn)而受到干擾。星蝕或日凌出現(xiàn)時，如果恰好衛(wèi)星運行到相應(yīng)星體（或太陽）與接收地球站的直線連接點上[10]，那么接收站接收的下行信號就會受到星體噪聲（或太陽噪聲）的干擾，淹沒在噪聲之中，無法被接收。由此，正在進(jìn)行的通信就會突然中斷[11]。在該類型干擾中，地球站的上行信號接收所受影響不大。

再次，廣播電視衛(wèi)星通信信號在傳輸過程中容易因下雨的氣候環(huán)境而受到干擾，產(chǎn)生所謂的雨衰。衛(wèi)星通信信號屬于帶電的電波，當(dāng)其在雨中傳播時，雨滴會對電波進(jìn)行吸收、散射，繼而降低電波的傳輸能力，造成雨衰。雨衰程度與降雨強(qiáng)度呈正相關(guān)。降雨較強(qiáng)烈時，波束仰角將一并增大，所以會造成較大幅度的電波衰減[12]。

最后，廣播電視衛(wèi)星通信信號會受到一定的電離層干擾。在大氣空間中，電離層是不可忽視的存在。該層大氣中電子廣泛存在，形成了一個天然的“等離子導(dǎo)體”，當(dāng)有電磁信號穿過該大氣層時，就會出現(xiàn)散射、折射等情況[13]，進(jìn)而影響信號傳輸穩(wěn)定性。

2.2 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的干擾

源自衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的干擾細(xì)分為交調(diào)干擾、惡意干擾兩種情況。

其一，交調(diào)干擾，該干擾類型也被稱作阻塞式干擾。當(dāng)信號傳輸?shù)纳闲杏脩籼幱诙噍d波、窄帶運行的狀態(tài)，就容易造成轉(zhuǎn)發(fā)器實際運行不滿足于運行要求，而其上行電波也會超出既定的可承載范圍。由此，轉(zhuǎn)發(fā)器的調(diào)頻性能會難以良好發(fā)揮，最終影響到地球站接收信號的穩(wěn)定性與質(zhì)量[14]。

其二，惡意干擾。該類型干擾由人為制造。干擾主體方會發(fā)射出功率超大的單載波形式的信號，以故意引起電視載波信噪比的下降[15]，最后致使信號接收的一端發(fā)生黑屏故障。該干擾過程中，干擾主體方是主動的一方，會利用具體的電視節(jié)目信號參數(shù)，通過非法節(jié)目信號的強(qiáng)勢插入來干擾正常的節(jié)目信號功率，從而使轉(zhuǎn)發(fā)器不能正常工作。

2.3 接收系統(tǒng)的干擾

廣播電視通信衛(wèi)星的接收系統(tǒng)均設(shè)在地面，而地面上的情況較為復(fù)雜，可能存在多種源頭的電波干擾和調(diào)頻廣播信號干擾等[16]。例如，居民電氣設(shè)備電磁波、微波、雷達(dá)信號等，均會干擾衛(wèi)星通信信號。其形成干擾的條件是干擾信號與廣播電視通信衛(wèi)星信號處在相同頻率之下，此時的接收載噪比和誤碼率都處于持續(xù)上升中，會造成信號不穩(wěn)定甚至信號中斷。

當(dāng)然，想要保證信號接收質(zhì)量，就必須保證接收系統(tǒng)的接收設(shè)備硬件條件過硬，不能出現(xiàn)鏈路電平配置不合理、接收天線極化調(diào)整不當(dāng)、電纜屏蔽線不足等現(xiàn)象。否則，接收系統(tǒng)實際所受干擾而帶來的負(fù)面影響將更大。

3 廣播電視通信衛(wèi)星的抗干擾技術(shù)應(yīng)用

3.1 有效應(yīng)對自然因素干擾

太陽輻射、星蝕、日凌干擾目前還做不到進(jìn)行有效的技術(shù)控制[17]，更依賴于對前瞻性信息的把握來提前采取預(yù)防措施。以日凌為例，衛(wèi)星公司可以在探知日凌時間后，預(yù)先通知用戶，繼而采取應(yīng)急方案：其一，適時關(guān)閉自動提升功率功能，使系統(tǒng)不會在日凌過程中誤提功率；其二，條件允許時，接收站可及時切換大口徑接收天線，以有效增強(qiáng)接收系統(tǒng)的靈敏性，使系統(tǒng)所受日凌干擾的時間縮短；其三，在日凌期間及時切換地面通路節(jié)目源，以確保電視節(jié)目播出不受太大影響。

對于雨衰問題，技術(shù)人員可采取建立替代性異地地球站的方式來解決。即當(dāng)發(fā)生強(qiáng)降雨時，替代性異地地球站就能夠執(zhí)行節(jié)目代播職能，使電視節(jié)目的播出不受影響。其中，技術(shù)人員對上行功率的控制，可以結(jié)合利用接收站發(fā)射信號和衛(wèi)星信號來科學(xué)推算出上行鏈路雨衰值[18]，由此來適當(dāng)增加地球站的發(fā)射功率。當(dāng)然，雨衰發(fā)生在冬春季時也會以雪衰的形式出現(xiàn)。例如，當(dāng)?shù)孛娣e雪凹凸不平且存在融化現(xiàn)象時，天線饋源和主反射面的電磁波將會受到雪水作用影響，從而產(chǎn)生強(qiáng)弱不同的電波吸收、散射效果，由此，衛(wèi)星天線口面場分布函數(shù)的均勻性就無法保證，其相應(yīng)的信號接收效果也會不佳[19]。

3.2 提高衛(wèi)星地球站抗干擾性能

衛(wèi)星地球站處于受干擾狀態(tài)時，技術(shù)人員可利用以下策略進(jìn)行抗干擾控制：其一，主動更換信號接收功能更強(qiáng)的接收設(shè)備，以有效提高信號功率儲備；當(dāng)出現(xiàn)強(qiáng)干擾時，則及時對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的接收機(jī)增益效果進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其降低，以提升信號發(fā)射功率，進(jìn)而在一定程度上改善強(qiáng)干擾情況。其二，數(shù)字通信是通信的重要組成成分，也是現(xiàn)有遠(yuǎn)程通信手段之一[20]，可以運用技術(shù)手段為數(shù)字信號加密，從而有效避免信號參數(shù)被利用的情況出現(xiàn)，確保廣播電視用戶能夠正常地接收到正規(guī)的廣播電視信號。其三，不斷調(diào)節(jié)地球站大功率上行信號強(qiáng)度，使其與轉(zhuǎn)發(fā)器形成配合，有效達(dá)到轉(zhuǎn)發(fā)器的功率要求。

3.3 提升轉(zhuǎn)發(fā)器抗干擾能力

其一，技術(shù)人員可以在地球站安裝高增益發(fā)射天線，使其能夠基于強(qiáng)功率的發(fā)射來對抗非法目的的信號干擾，從而順勢提升上行功率。其二，盡量保持轉(zhuǎn)發(fā)器的滿功率和強(qiáng)信號狀態(tài)，使其抗干擾能力得到保障。其三，充分利用具備突出抗干擾功能的衛(wèi)星進(jìn)行常規(guī)信號傳輸，并且結(jié)合實際的抗干擾需要來調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)器的開閉狀態(tài)。其四，適度調(diào)整上行功率的控制策略，并注意控制轉(zhuǎn)發(fā)器上行載波電平。這需要技術(shù)人員為發(fā)射機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等預(yù)留足夠的回退余量，從而確保轉(zhuǎn)發(fā)器的工作質(zhì)量。

3.4 衛(wèi)星地球站監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾處理

衛(wèi)星地球站監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，得益于計算機(jī)技術(shù)的跨越式發(fā)展，其中融合了一定的抗干擾技術(shù)。相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)中使用的抗干擾技術(shù)主要為碼流比對抗干擾技術(shù)和水印對比抗干擾技術(shù)。

其一，就碼流比對抗干擾技術(shù)而言，表現(xiàn)為進(jìn)行衛(wèi)星下行傳輸流、廣播電視節(jié)目源對比，同時合理分析信號精準(zhǔn)度，如果發(fā)生干擾情況，系統(tǒng)就要在最短時間內(nèi)發(fā)出預(yù)警信號，從而進(jìn)一步提升上行功率，由此來控制干擾程度。需要注意的是，碼流比對抗干擾技術(shù)必須以專業(yè)的儀器設(shè)備為載體來獲取。其二，就水印對比抗干擾技術(shù)而言，表現(xiàn)為對衛(wèi)星地球站轉(zhuǎn)發(fā)后的下行水印、電視臺發(fā)送端傳輸流復(fù)用器的水印所產(chǎn)生的影響進(jìn)行判斷，如果發(fā)現(xiàn)了干擾信號，系統(tǒng)就要及時發(fā)出預(yù)警。以上兩種抗干擾技術(shù)的實際應(yīng)用，需要技術(shù)人員基于對實際通信情況的綜合分析來恰當(dāng)選擇。

除建立地球站自身的監(jiān)控系統(tǒng)外，我國也統(tǒng)一建立了相應(yīng)的監(jiān)測中心，這與相關(guān)部門近年來接到有關(guān)衛(wèi)星被干擾的投訴案件越來越多有一定關(guān)系。例如，當(dāng)一些衛(wèi)星通信公司發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器受到不明原因的干擾后，往往會嚴(yán)格對干擾問題進(jìn)行分析與排查，包括分析其與用戶及其他衛(wèi)星運營商合作的關(guān)系，排查是否為人為原因、電磁原因、網(wǎng)內(nèi)設(shè)備原因、鄰衛(wèi)星原因等引起的干擾。若排查后仍不能確切找到干擾原因，衛(wèi)星公司即可依據(jù)相應(yīng)的法律條例向國家無線電管理機(jī)構(gòu)提出相關(guān)的干擾投訴，繼而由國家無線電管理機(jī)構(gòu)分派人力，組織監(jiān)測中心的專業(yè)人員開展監(jiān)測工作。當(dāng)國家無線電監(jiān)測中心完成初步排查、定位后，就能夠?qū)⒖偨Y(jié)后的結(jié)果上報給上級國家無線電管理機(jī)構(gòu)。這一上級機(jī)構(gòu)會將結(jié)果繼續(xù)轉(zhuǎn)交給干擾問題發(fā)生所在的省、自治區(qū)、直轄市的下級管理機(jī)構(gòu)，由他們負(fù)責(zé)具體落實后續(xù)的干擾查處和應(yīng)對工作。如果在具體的干擾查處、應(yīng)對工作中發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重違規(guī)甚至涉嫌犯罪的行為，相應(yīng)地區(qū)的無線電管理機(jī)構(gòu)則要將其事件處理的性質(zhì)升級，報送給公安機(jī)關(guān)或國家安全機(jī)關(guān)來處理。

4 預(yù)防干擾的舉措

在具體的抗干擾實踐中，人工操作方面的預(yù)防效應(yīng)也不容忽視。技術(shù)人員需遵循“從我做起、預(yù)防為主”的原則，在工作實踐中以實際行動來預(yù)防通信衛(wèi)星受到干擾。技術(shù)人員可合理開展預(yù)防干擾操作，主要針對轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。為有效減少衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器可能遭受的干擾，技術(shù)人員要調(diào)動用戶主動配合的積極性，搞好上行發(fā)射前的每一項檢查與測試工作。具體可包括：

其一，做好入網(wǎng)測試。在地球站設(shè)備投入使用前，請電視用戶提供天線性能指標(biāo)，并嚴(yán)格按照相應(yīng)的衛(wèi)星入網(wǎng)要求進(jìn)行設(shè)備入網(wǎng)測試，對設(shè)備雜散、調(diào)制特性、互調(diào)特性、功率/頻率穩(wěn)定度進(jìn)行測試；其二，做好電磁檢查，檢查設(shè)備接地、系統(tǒng)鏈路電平狀態(tài)，快速排除接地電阻高、線路屏蔽差、插頭接觸不良等因素引起的電磁干擾；其三，做好上星標(biāo)定，在每次上行發(fā)射前，與衛(wèi)星公司控制中心做好聯(lián)系，有效進(jìn)行上星標(biāo)定。

5 結(jié)語

廣播電視衛(wèi)星通信的有效性較大程度上依賴于衛(wèi)星信號的抗干擾效果，所以通信衛(wèi)星技術(shù)人員需要在抗干擾實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，積極利用有效的技術(shù)措施來控制干擾，從自然因素方面、轉(zhuǎn)發(fā)器方面、地球站信號接收方面以及監(jiān)測方面采取措施，盡可能降低干擾因素對衛(wèi)星通信的影響。