衛(wèi)星廣播電視信號(hào)傳輸過程中的干擾因素與對(duì)策研究

孫美芝

【摘要】在步入二十一世紀(jì)之后，各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都在廣泛應(yīng)用衛(wèi)星技術(shù)。利用衛(wèi)星技術(shù)進(jìn)行信號(hào)傳輸具有覆蓋范圍廣、速度快與性能好等特點(diǎn)，目前也成為了廣播電視行業(yè)中的主要傳播方式之一。然而，在衛(wèi)星傳播過程中也會(huì)出現(xiàn)各種各樣的干擾因素，導(dǎo)致廣播電視信號(hào)傳輸質(zhì)量并不理想。同時(shí)，廣播電視也是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚慕M成部分，而當(dāng)廣播電視信號(hào)受到干擾時(shí)，只有提前發(fā)現(xiàn)問題并通過進(jìn)一步分析找到解決方案，才能夠有效提高廣播電視信號(hào)傳輸質(zhì)量。對(duì)此本文將介紹廣播電視信號(hào)的主要傳輸方式，結(jié)合最為常見的信號(hào)干擾因素進(jìn)行分析，并提出科學(xué)合理的防范對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星廣播電視信號(hào);接收設(shè)備;軟件抗干擾技術(shù);廣播電視行業(yè)

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.11.003

衛(wèi)星廣播電視具有調(diào)試簡(jiǎn)單、造價(jià)低、信號(hào)清晰且傳播速度高等優(yōu)點(diǎn)。其具體內(nèi)容包含著社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)與文化等多方面重要領(lǐng)域，是各個(gè)國(guó)家政治宣傳與維持發(fā)展局勢(shì)穩(wěn)定的重要設(shè)施。而廣播電視臺(tái)要想保證節(jié)目順利播出，提高節(jié)目播出質(zhì)量，就必須要保持全程信號(hào)的穩(wěn)定性，盡可能地減少信號(hào)在傳輸途中所受到的干擾。然而，由于衛(wèi)星廣播本身就具有較為明顯的開放性特點(diǎn)，所以信號(hào)在傳輸過程中經(jīng)常會(huì)受外界各種因素干擾，從而影響著電視節(jié)目的播出質(zhì)量。而只有采取科學(xué)合理的措施有效改善這一現(xiàn)象，才能夠全面提高電視節(jié)目的播出質(zhì)量，為廣播電視行業(yè)的創(chuàng)新穩(wěn)定發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

1. 衛(wèi)星廣播信號(hào)的基本傳輸流程與主要方式

常見的衛(wèi)星廣播電視信號(hào)傳輸主要是由上行發(fā)射系統(tǒng)、地面接收系統(tǒng)與星載轉(zhuǎn)發(fā)器三大系統(tǒng)部分組成。其中，上行發(fā)射系統(tǒng)主要作用就是對(duì)節(jié)目源信號(hào)進(jìn)行調(diào)整和放大，經(jīng)過處理之后將其發(fā)射到衛(wèi)星上，再由星載轉(zhuǎn)發(fā)器將信號(hào)傳輸?shù)降孛嫔?，地面接收系統(tǒng)會(huì)將信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和放大處理，這樣一來人們就可以在顯示器上觀看到轉(zhuǎn)發(fā)的電視節(jié)目。我國(guó)當(dāng)前衛(wèi)星廣播信號(hào)頻率干擾情況分析如表1所示。

1.1 上行發(fā)射系統(tǒng)

廣播電視信號(hào)首先會(huì)通過視頻處理電路和伴音處理電路兩條路徑來進(jìn)行混合處理，生成最原始的基帶信號(hào)，隨后再被調(diào)制成中頻載波波段信號(hào)，經(jīng)過放大處理之后利用天線發(fā)射到衛(wèi)星上。

1.2 地面接收系統(tǒng)

此系統(tǒng)是用戶用來直接接收信號(hào)的裝置，一般都是由天線、高頻頭和衛(wèi)星接收器三部分組成。這些組成部分擁有獨(dú)立的功能，三者之間可以形成一個(gè)接收整體。其中，天線可以用來直接接收衛(wèi)星廣播信號(hào)，在與高頻頭相連接之后對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行放大處理，并結(jié)合衛(wèi)星接收機(jī)的設(shè)備需求將信號(hào)轉(zhuǎn)化為第一中頻信號(hào)，最后由衛(wèi)星接收機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.3 星載轉(zhuǎn)發(fā)器

此設(shè)備可以理解為衛(wèi)星廣播信號(hào)傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站，當(dāng)接收到上行發(fā)射系統(tǒng)所發(fā)出的中頻諧波之后，就會(huì)將其進(jìn)行及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，形成大面積的覆蓋。星載轉(zhuǎn)發(fā)器通常都會(huì)擁有多種轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，可以轉(zhuǎn)發(fā)不同頻段的廣播信號(hào)，像C、Ku等波段信號(hào)。

2. 衛(wèi)星廣播信號(hào)在傳輸過程中的常見干擾因素

在衛(wèi)星廣播信號(hào)經(jīng)歷上行發(fā)射、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)以及下行傳輸流程中，每個(gè)流程都會(huì)面臨諸多不確定因素，這些外在影響因素都會(huì)影響衛(wèi)星廣播信號(hào)的最終傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性。從衛(wèi)星廣播電視信號(hào)傳輸期間的干擾因素來看，基本是來自于兩個(gè)方面：一是自然環(huán)境影響因素;二是技術(shù)設(shè)備不完善導(dǎo)致的干擾因素。

2.1 外界自然干擾因素

首先是雨雪天氣。由雨雪天氣所造成的廣播電視信號(hào)干擾主要就是人們常說的雨衰和雪衰。雨衰指的是電磁波在傳輸?shù)接晁兄笠鸬男盘?hào)衰弱，具體包括雨滴所引起的吸收衰弱和散射衰弱。通過實(shí)際研究工作表明，廣播電視信號(hào)工作頻率越高，那么雨衰所造成的損耗就越大，對(duì)電磁波信號(hào)所造成的干擾也就越明顯。而雪衰就是電磁波在雪中的信號(hào)衰減問題，或者是天線外表面形成了較厚的積雪和水凝結(jié)物，導(dǎo)致電磁波傳輸信號(hào)大大減弱。也就是說，不管是雨衰還是雪衰都會(huì)嚴(yán)重干擾衛(wèi)星電視廣播信號(hào)的傳輸效率，其衰減現(xiàn)象會(huì)隨著電磁波頻率的不斷提高而逐漸增加，比如對(duì)Ku信號(hào)頻段的影響就要明顯大于C頻段。

其次是電離層干擾。這種干擾問題會(huì)直接影響衛(wèi)星信號(hào)傳輸中的低頻信號(hào)，這是由于電離層當(dāng)中充滿了電子，可以看作是一個(gè)等離子導(dǎo)體，如果有電磁波信號(hào)傳輸就會(huì)產(chǎn)生相互作用。一方面在法拉第極化旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響下，極化旋轉(zhuǎn)量和信號(hào)頻率的平方成反比。另一方面，電離層閃爍情況也會(huì)對(duì)廣播電視信號(hào)的傳輸強(qiáng)度和相位造成干擾，干擾所造成的波動(dòng)會(huì)隨著頻率減小而不斷增大。

最后就是太陽輻射干擾。在太陽輻射尤其是太陽風(fēng)暴的影響下，大量的紫外線與X射線等輻射能量會(huì)劇烈增加，衛(wèi)星表面會(huì)附著大量的電磁物質(zhì)，這時(shí)在一些曲面或特殊絕緣面之間充電，這就是太空艙充電現(xiàn)象。當(dāng)電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，衛(wèi)星上的絕緣材料就會(huì)被擊穿，從而發(fā)生絕緣層放電信箱，某些PCB電路、電子元器件就會(huì)遭到破壞。另外，如果衛(wèi)星倉(cāng)計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存單元周圍出現(xiàn)了大量的高電量粒子，就很有可能會(huì)轉(zhuǎn)變成存儲(chǔ)單元的狀態(tài)，由無到有，這就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)控制程序與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤，發(fā)出偽指令。通常情況下，這些偽指令不會(huì)帶來十分嚴(yán)重的影響，但有時(shí)也會(huì)觸發(fā)導(dǎo)致太空艙飄離地球。

2.2 技術(shù)干擾因素

一是節(jié)目源所帶來的影響。節(jié)目源是廣播電視所發(fā)射出的源點(diǎn)，如果節(jié)目源在制作與存儲(chǔ)方面操作不合理，那么整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)故障問題，觀眾所接收到的電視信號(hào)就會(huì)中斷。而且節(jié)目錄制中的電流與電壓也會(huì)十分不穩(wěn)定，當(dāng)左右揚(yáng)聲器播放不一致時(shí)，就會(huì)對(duì)衛(wèi)星廣播電視信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性造成影響，進(jìn)而影響整體電視畫面質(zhì)量。

二是天線所帶來的影響。從信號(hào)傳播衰減原因角度來看，電磁波頻率不能超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，天線必須要保證大小一致的口徑，否則就會(huì)出現(xiàn)天線主波束較寬，干擾信號(hào)接收量較大。同時(shí)，地面分布的微波信號(hào)、雷達(dá)系統(tǒng)信號(hào)等，都會(huì)與同頻甚至瀕臨的地面型號(hào)形成噪聲源和干擾源，對(duì)衛(wèi)星廣播電視信號(hào)的各項(xiàng)傳輸指標(biāo)造成影響。像信號(hào)質(zhì)量下降和誤碼率等等。三是星載轉(zhuǎn)發(fā)器影響。一方面是衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器有時(shí)候會(huì)同時(shí)接收服務(wù)區(qū)內(nèi)合法或非法用戶的射頻信號(hào)。如果載波頻率和轉(zhuǎn)發(fā)器接收頻率界限相符合，非法用戶就會(huì)盜用轉(zhuǎn)發(fā)器，在衛(wèi)星空閑轉(zhuǎn)發(fā)器頻道上發(fā)射出非法信號(hào)與相關(guān)節(jié)目。另一方面就是轉(zhuǎn)發(fā)器在實(shí)際使用過程中也會(huì)出現(xiàn)一些故障問題，這些技術(shù)故障會(huì)對(duì)衛(wèi)星發(fā)射器信號(hào)傳輸過程帶來很大影響。四是惡意干擾設(shè)備所產(chǎn)生的影響。對(duì)于衛(wèi)星廣播信號(hào)干擾問題中最嚴(yán)重的情況就是來自對(duì)方惡意攻擊，這種攻擊主要分為欺騙式干擾和阻塞式干擾。其中，阻塞式干擾具有較強(qiáng)的壓制性，通過發(fā)射功率較大的單載波干擾信號(hào)來干擾某一路廣播電視載波，讓這一路廣播電視載波的信噪明顯低于接收設(shè)備的調(diào)節(jié)門限，從而導(dǎo)致信號(hào)中斷，也就是黑屏現(xiàn)象。而欺騙式干擾是一種強(qiáng)干擾方式，也被稱為非法圖像干擾，干擾者主要是利用和正常廣播電視相同的參數(shù)，在衛(wèi)星上的同一拼點(diǎn)發(fā)射大功率來調(diào)制正常廣播電視載波，從而出現(xiàn)圖像馬賽克情況，帶來的影響十分惡劣。

3. 衛(wèi)星廣播電視信號(hào)在傳輸過程中的防干擾對(duì)策

3.1 定期維護(hù)信號(hào)接收設(shè)備

為了有效保證衛(wèi)星廣播電視的信號(hào)傳輸效率，必須要重點(diǎn)解決地面接收設(shè)備在運(yùn)行期間所存在的干擾因素，合理架設(shè)天線架等設(shè)施，針對(duì)各種干擾信號(hào)進(jìn)行評(píng)比，盡可能地減少地面信號(hào)運(yùn)行設(shè)備所帶來的干擾影響。在天線架安裝過程中，可以選擇城市周邊區(qū)域，進(jìn)而減少對(duì)城市內(nèi)部所帶來的干擾影響。在此期間，工作人員應(yīng)該對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行科學(xué)且系統(tǒng)的分析，從而能夠精準(zhǔn)判斷干擾源所在位置，了解衛(wèi)星廣播電視信號(hào)在傳輸過程中的干擾源類型，進(jìn)而提高衛(wèi)星信號(hào)的傳輸質(zhì)量。另外，如果地面信號(hào)傳輸設(shè)備所受干擾影響十分嚴(yán)重，那么工作人員就要采取人工方式來盡可能地降低信號(hào)干擾程度，定期對(duì)地面接收設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，避免衛(wèi)星信號(hào)在傳輸期間出現(xiàn)故障問題，使地面信號(hào)接收設(shè)備能夠高效運(yùn)行。當(dāng)工作人員針對(duì)信號(hào)干擾源展開排查工作時(shí)，一定要精準(zhǔn)分析信號(hào)干擾情況，從而順利播放廣播電視節(jié)目。

3.2 預(yù)判惡劣天氣，雙重備份傳輸信號(hào)

一旦出現(xiàn)雨雪等惡劣天氣，衛(wèi)星廣播電視信號(hào)傳輸質(zhì)量就會(huì)大大下降，但這些自然影響因素又是不可避免的，所以相關(guān)人員一定要采取相應(yīng)的措施來減少外界自然因素對(duì)信號(hào)傳輸造成的干擾，從而提高廣播電視信號(hào)傳輸質(zhì)量與效率。在此期間，信號(hào)接收中心一定要對(duì)未來天氣狀況進(jìn)行科學(xué)判斷，從而做出精準(zhǔn)預(yù)判，結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果來調(diào)整地球站信號(hào)接收天線的仰角，從而規(guī)避信號(hào)在傳輸期間所出現(xiàn)的雨衰和雪衰影響。但從目前實(shí)際情況來看，針對(duì)星蝕期和日凌期現(xiàn)象很難進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，這就需要工作人員對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行雙重備份，提高地球站的信號(hào)傳輸穩(wěn)定性。在此之后，工作人員還應(yīng)該在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)地球站和衛(wèi)星之間的通信系統(tǒng)，從而保證廣播電視信號(hào)后期傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

3.3 全面掌握信號(hào)傳輸設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)

為了能有效改善設(shè)備對(duì)廣播電視信號(hào)傳輸所造成的影響，工作人員必須要全面且及時(shí)地掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，從而能夠在問題剛出現(xiàn)時(shí)就進(jìn)行科學(xué)處理，制定出針對(duì)性的設(shè)備排除方案，有效解決信號(hào)傳輸設(shè)備在運(yùn)行期間所存在的問題。同時(shí)，還要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定要求，避免受工作交接的影響出現(xiàn)設(shè)備故障問題。不管是檢修還是維護(hù)工作都要做好相應(yīng)的記錄，以此來為后期設(shè)備運(yùn)行提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，為用戶帶來更高質(zhì)量的廣播電視節(jié)目。

4. 衛(wèi)星廣播電視信號(hào)傳輸抗干擾技術(shù)

4.1 天線系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

加強(qiáng)衛(wèi)星廣播電視信號(hào)抗干擾能力的有效措施就是空間濾波技術(shù)，此技術(shù)的核心就是利用干擾和信號(hào)在空間特性方面的區(qū)別，通過天線設(shè)計(jì)來提高整個(gè)信號(hào)傳輸系統(tǒng)的空間鑒別能力和濾波能力，降低甚至消除天線對(duì)干擾能力的接收。在此過程中，一是可以采用增益高且波束較窄的天線，通過增加天線增益來強(qiáng)化抗干擾能力，在此基礎(chǔ)上還可以對(duì)衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)發(fā)射多波束天線。二是可以利用SLB和SLC技術(shù)，降低系統(tǒng)在旁瓣受到信號(hào)干擾的幾率。三是利用天線自適應(yīng)抗干擾技術(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)天線波束形狀，讓波束主瓣的最大值方向可以接收更多的回波能量，減少干擾能量的接收量，從而讓信干比變得最大。

4.2 信號(hào)壓制抗干擾技術(shù)

在此技術(shù)應(yīng)用過程中國(guó)，主要是以應(yīng)用低增益轉(zhuǎn)化器、強(qiáng)化上行器發(fā)射信號(hào)以及利用MCPC上行信號(hào)三種方法為主。在這些抗干擾方法具體應(yīng)用過程中，可以通過強(qiáng)化上行功率強(qiáng)度來加強(qiáng)信號(hào)，從而對(duì)其他非法干擾信號(hào)進(jìn)行防范。并且還可以利用MCPC上行信號(hào)來取代單載波信號(hào)，降低用戶接受射頻信號(hào)的強(qiáng)度。在使用低增益轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，可以對(duì)增益最小值和范圍數(shù)值進(jìn)行合理控制，從而加強(qiáng)信號(hào)抗干擾能力。也就是說，通過信號(hào)壓制抗干擾技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以實(shí)現(xiàn)多路單載波信號(hào)傳輸，還能夠全面提升衛(wèi)星廣播電視信號(hào)傳輸過程中的抗干擾能力。

4.3 隔離抗干擾技術(shù)

在隔離抗干擾技術(shù)應(yīng)用時(shí)，其核心技術(shù)主要是頻率隔離抗干擾技術(shù)與信號(hào)處理隔離抗干擾技術(shù)。在頻率隔離抗干擾技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中，主要是在上行信號(hào)受到干擾，轉(zhuǎn)發(fā)器會(huì)改變信號(hào)傳播頻率，從而有效避免非法信號(hào)帶來的干擾。也可以利用對(duì)面上行站改變信號(hào)發(fā)射頻率。由轉(zhuǎn)發(fā)器來完成信號(hào)接收與轉(zhuǎn)發(fā)。在信號(hào)處理隔離抗干擾技術(shù)應(yīng)用期間，主要是通過對(duì)信號(hào)加密以及使用擴(kuò)頻裝置來完成信號(hào)轉(zhuǎn)化，用戶在接收到信號(hào)之后可以完成逆操作，從而用來接收有價(jià)值的廣播電視信號(hào)。

4.4 軟件抗干擾技術(shù)

雖然通過硬件抗干擾能力可以提高衛(wèi)星廣播電視網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，但也會(huì)使系統(tǒng)的復(fù)雜程度與建設(shè)成本有所增加。所以在使用硬件抗干擾技術(shù)的同時(shí)，還要配合軟件抗干擾技術(shù)，使二者之間能夠相互補(bǔ)償，這樣不僅可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，還能夠有效降低成本。在現(xiàn)有的廣播電視網(wǎng)絡(luò)，軟件抗干擾技術(shù)整體可以分為以下幾個(gè)方面：一是出口編碼閉鎖。當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)干擾時(shí)，系統(tǒng)控制設(shè)備CPU就會(huì)執(zhí)行一系列的非預(yù)期指令，這樣就會(huì)使系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)很多操作失誤問題，所以必須要采取一定的措施來處理這些預(yù)期之外的指令，常用的方法就是在系統(tǒng)控制程序當(dāng)中設(shè)置多個(gè)編碼和標(biāo)志，在遇到干擾情況時(shí)，需要多個(gè)指令和編碼來執(zhí)行非預(yù)期指令。二是設(shè)施軟件陷阱。在廣播電視系統(tǒng)運(yùn)行期間，一旦出現(xiàn)信號(hào)干擾問題，程序指令就會(huì)導(dǎo)致相對(duì)應(yīng)的程序指針PC造成破壞，整個(gè)軟件系統(tǒng)無法順利運(yùn)行，廣播電視網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)很多錯(cuò)誤。對(duì)此，可以設(shè)計(jì)軟件陷阱，在具體操作過程中，在系統(tǒng)控制程序中每隔幾十條指令來設(shè)置單元空操作，從而在遇到干擾時(shí)，讓失控程序掉入到陷阱當(dāng)中。

綜上所述，近些年廣播電視行業(yè)取得了良好的發(fā)展效果，不僅使人們也與生活變得更加豐富，同時(shí)也成為了當(dāng)前文化建設(shè)工作中的重要內(nèi)容。為了保證衛(wèi)星廣播電視節(jié)目播出質(zhì)量不受影響，則必須要針對(duì)各種干擾因素進(jìn)行分析研究，從而采取科學(xué)合理的抗干擾技術(shù)與相關(guān)措施來降低廣播電視節(jié)目播出成本，為廣播電視行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

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