卫星通信中的常见干扰及处理措施

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  卫星通信具有传输距离远、覆盖面广、不受地理条件限制、通信频带宽、容量大等优势,在军事通信中得到广泛应用。 但卫星通信受自身特点的限制和环境的影响,不可避免地存在各种干扰,特别是其开放式的系统,使用透明转发器,更容易受到一些不可预见的恶意干扰,下面谈谈常见的几种干扰及其处理措施。

1、地面干扰

  (1)地球站设备的杂波干扰。产生干扰的原因包括:设备杂散指标不合格,工作载波中带有杂波或谐波;调制器、上变频器输出电平过高,或者“功放”工作非线性,出频谱扩散;上变频器、功放的工作点设置不当,造成载波噪声。

  处理好这类干扰需要严格做好设备的入网验证测试,确保杂波功率限制在规定的范围之内。认真研究设备的使用操作说明,正确设置设备的工作点、调整或更换设备,对设备进行合理匹配组合,消除超标杂波。严格按照入网测试时标定功率电平工作,定期进行各环节测试。设备更新时先通电经测试确认指标合格再投入使用。

  (2)电磁干扰。由于地面存在着大量的微波、雷达、无线电视、调频广播、工业电噪声等,这些干扰源串入用户站,通过上行链路发射上星造成上行干扰或串入下行链路造成接收干扰。用户站设备接地不良,接地电阻过高;电缆屏蔽性能差,电缆插头接地不良;链路电平配置不合理。

  所有的卫星地球站在选址时都已经进行过环境电磁测试,都应该符合建站要求。但随着社会的发展,城市建设的扩张,一些原来处于市郊、电磁环境比较好的地球站受到的干扰会越来越多,对于接收用户站来说,所处的环境更是复杂多样,受到电磁干扰随处可见。在日常工作中应经常检查所有设备接地是否可靠,机房总接地电阻满足设备要求,站内连接室内外设备的电缆必须具有良好的屏蔽性能,应采用双屏蔽电缆,接头连接良好。发现干扰及时分析判断,查出干扰来源点,缩小查找范围。

  (3)互调干扰。一般存在于上行站处于多载波工作状态时,由于功放容量储备不足,回退不够,三阶互调分量超过规定,或上行发射功率超标,使卫星转发器被推至非线性工作区,导致下行互调特性恶化。

  处理方法:严格配合卫星入网验证测试,确保上行时三阶互调抑制比满足要求(TWTA:<-24dBc、功放回退约7dB;SSPA:<-27dBc,功放回退约6dB);确保各载波在调制器、上变频输出,功放输入电平严格相等并在功放的线性工作区,加强上行载波监视。

  (4)交叉极化干扰。上行交叉极化干扰是因为地球站天线系统发射交叉极化隔离度没有调整好,导致上行交叉极化分量过大,或天线馈源薄膜受损未能及时更换,有其他物质掉进馈源也会导致交叉极化干扰。接收用户站天线接下来收时极化未调整好,导致下行接收受干扰。因此在上行发射信号时预先和相关卫星测控部门进行天线极化调整和测试,确保发射天线系统的交叉极化隔离度满足主轴方向333dB的要求。经常检查天线馈源的状态,在接收时耐心调整好天线极化,确保所需的接收信号最强时另一极化信号最弱,值得一提的是,对同一副收发两用天线,通常发射极化隔离最好时的极化角并不等于接收极化最好时的极化角,建议在监测自身发射信号或接收同一卫星信号时采用另外一副天线。

2、空间干扰

  (1)邻星干扰。随着卫星通信的高速发展,同步轨道卫星越来越多,卫星间隔由原来的5度左右降低到现在的2.5度左右,因此邻星干扰在我们工作中会逐步增多。邻星干扰有上行干扰;邻星系统个别用户天线口径小,上行电平过高,功率谱密度超出协调指标,邻星个别用户天线偏向被干扰卫星或其旁瓣指向被干扰卫星。下行干扰:干扰卫星和被干扰卫星具有重叠覆盖区,在此区域内,被干扰卫星地球站在接收正常信号的同时,其旁瓣接收到邻星信号。这种干扰与干扰卫星的下行信号功率密度和被干扰地球站天线尺寸有关,随被干扰站天线的尺寸的增加而减少;邻星个别用户载波下行电平过高或接收用户天线未对准,个别用户追求小口径天线也会存在邻星下行干扰。

  (2)相邻信道干扰。用户载波频率分配与相邻信号的频带出现重叠,没有足够的保护带宽;用户,载波频谱特性不符合要求,噪底过高或出现副瓣。在入网测试时必须保证上行载波频谱在分配频带范围内,并确保载波的调制特性符合卫星公司的技术要求。在多载波同一转发器使用时也会出现交调干扰,为避免交调干扰,转发器必须工作在足够的回退点。现在我们国内大多数省台上星节目都是几个节目共用一个转发器,因此同一转发器用户相互之间也应该加强沟通,互相监测,不要随意加大上行功率,以保证转发器工作在线性。

  (3)个别用户不规范操作误发信号干扰。有的卫星地球站入网操作时误操作,频率、速率、纠错、调制设置有误;没有按照程序严格测试即上星;新装设备急于调试,误操作;甚至个别用户私自上载波偷发信号,这些错误动作都会对正常的通信造成影响。 上述三种干扰,作为卫星转发器租用者和广大接收用户,可采取的应对措施不多,我们只有加强检测,发现上述干扰及时通知卫星测控中心,由卫星管理者进行各卫星或转发器使用者之间的协调处理。

3、自然干扰

  (1)雨衰。当电波在传输过程中穿过降雨区域时,雨滴会对电波产生吸收和散射造成衰减。衰减的大小与雨滴半径和波长的比值有关,由于C波段波长一般大于雨滴半径而KU波段波长与雨滴大小相近,所以降雨对C波段影响比较小而对KU波段就非常严重,为降低雨衰的影响,在进行卫星通信时尽可能选择使天线处于高仰角的卫星,这样可以减少降雨时电波穿越的雨区距离。但在降雨量大的地区,如广州等,处于高仰角天线的主反射面会因暴雨而形成积水对电波造成很大的吸收损耗,特别是上行,即使C波段也会超出正常的控制范围,解决的办法唯有在天线主反射面底部钻孔加快积水排放。

  (2)日凌。每年春分和秋分前后,在卫星地球站所在地的每天中午时分,卫星将处在太阳与地球之间的直线上,这时卫星地球站天线在对准卫星的同时也对准太阳,使太阳产生的强大的电磁波是个巨大的噪声源,对其所接收的卫星信号造成干扰从而使接收链路严重恶化甚至中断,这种现象即称为卫星通信的“日凌现象”。日凌只影响卫星的下行链路,发生时间和接收点的地理位置有关,持续时长和天线的工作频率及口径有关。一般来说,春分时,纬度越高地区日凌开始和结束的日期越早,秋分时相反;若两地经度一样,纬度每相差3度日凌开始和结束的日期就会相差1天;如果两地纬度一样,经度由西向东每增加2度日凌开始和结束的时间就会晚1小时。接收频率高,日凌持续时间短;天线口径大,持续时间短。日凌结束后,通信会自动恢复正常。

  (3)电离层闪烁。当电波穿越电离层时,由于电离层结构的不均匀性和随机时变性,造成信号的振幅、相位、到达角等特性短周期变化,形成电离层闪烁。电离层闪烁与工作频率、地理位置和太阳活动情况有关。3GHZ频率以下,电离层闪烁是最为严重的电离层现象。通常,电离层闪烁最严重时发生在春分前后,较为严重在秋分前后。电离层闪烁现象通常持续30分钟到数小时,发生的时间通常在日落后(18:00)至深夜(24:00)结束。虽然电离层闪烁主要发生在3GHZ频率以下,但在4GHZ也有明显的影响。据统计,在4GHZ,电离层闪烁可能造成超过10dB的峰值变化。

  (4)卫星蚀。每年的春季和秋季,在每天的特定时间内,卫星将进行入地球的阴影区域,此时卫星见不到太阳光,太阳能电池不能提供电能,卫星只能依靠蓄电池或燃料电池供电,这一阶段称做“星蚀期”。以前卫星蚀对卫星通信的影响是很严重的,但现在卫星供电系统已经有了很大的改进,在卫星蚀期间备用电源足以保持卫星正常工作,因而不会对卫星通信造成影响。

  这几种自然干扰是天文自然现象,无法避免,但可以采取一定的措施减少对卫星通信的影响,如改进卫星供电系统就安全克服卫星蚀造成的影响。

4、人为干扰

  由于现阶段我们所使用的卫星都是采用透明转发器,对地面传来的信号只是变频转发而不加以任何处理,其主要部件之一是高功放器件,一般为行波管放大器(TWTA)或固态功放(SSPA)。这两种器件最主要的特点是当输入功率小于饱和点时,可以近似地认为工作在线性区,而当输入功率进一步增大超过该电平时,功率放大器就进入饱和区或过饱和区。在过饱和区,不仅输出功率大大降低,而且出现大信号压缩小信号,即所谓的“功率掠夺”现象或“功率占用”,同时由于非线性的因素,还会出现大量寄生互调分量,为避免将卫星上功放推入饱和区或过饱和区,在使用中一般要实行严格的上行功率控制,或在高功放前加限幅器,尽可能使透明转发器可以避免功放工作在过饱和区,但是如果存在恶意的大功率上行干扰,转发器仍然有可能工作在非线性区,依然存在“功率掠夺”现象,致使正常通信业务信号或广播电视信号被压缩。

  法轮功等不法分子对广播卫星实施的恶意干扰。利用卫星透明转发器的弱点,法轮功等不法分子干扰我们的正常卫星电视广播,并采用“功率掠夺”的形式进行非法宣传。从已发生的案例来看,这些恶意干扰的技术含量并不高,使用的也不过是卫星通信的常规设备,这暴露了目前我们卫星通信的弱点。对此,我们要采取积极有效措施和相应的技术手段进行反干扰。作为卫星使用者,在现阶段,对这些非法干扰实施反干扰就要以其人之道还治其人之身,一旦发现有恶意干扰就要立即加大上行功率压制非法信号并通知卫星测控中心和相关部门采取措施,共同打击不法分子的嚣张气焰。非全时卫星用户必要时可以采取在不开通卫星业务时仍然发送载波,占用自己的佥资源,不给不法分子有可乘之机。此外,要认真学习和研究卫星通信新技术,设想未来可能发生的非法干扰方式,结合实际制订应急处理预案,堵截非法信号的传输渠道,保证卫星通信业务正常进行。

作者:杜庆红 王剑利

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