通用的衛(wèi)星地球站抗干擾技術(shù)及實現(xiàn)方法

廣播電視的衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)采用開放的、無線遠(yuǎn)程、點對面的傳輸模式，極易受到干擾。文章結(jié)合我國衛(wèi)星地球站的實際情況，針對衛(wèi)星廣播電視的信號傳輸特點，對干擾現(xiàn)象進行了分析，對抗干擾技術(shù)進行了研究，提出了一種通用的衛(wèi)星地球站抗干擾技術(shù)及其實現(xiàn)方法。

廣播電視衛(wèi)星傳輸是利用衛(wèi)星作為中繼站的一點對多點的無線傳輸，因其具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋面大、傳輸質(zhì)量高、容量大等特點，近20年來在我國廣播電視事業(yè)中得到蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。但衛(wèi)星傳輸也存在以下不足：受雨衰和日凌影響，會造成傳輸信號的嚴(yán)重衰減或停傳；衛(wèi)星傳輸信道一般為開放式工作，極易受到干擾或侵害。2002年以來，我國有關(guān)衛(wèi)星廣播電視節(jié)目曾多次受到非法信號的惡意干擾，造成嚴(yán)重后果，如何保障衛(wèi)星廣播電視的運行安全和信息安全問題已引起社會的普遍關(guān)注。

國內(nèi)地球站尤其是對于擔(dān)負(fù)多衛(wèi)星傳輸任務(wù)的地球站，雖已投資更新了大功率上行設(shè)備，具備了抗干擾的基本條件，但由于缺乏配套的抗干擾軟件和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，致使實現(xiàn)抗干擾的技術(shù)手段落后。僅靠傳統(tǒng)的人工監(jiān)測頻譜儀和電視圖像來發(fā)現(xiàn)干擾、判斷干擾、處理干擾是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這些傳統(tǒng)的手段不能保證干擾的及時發(fā)現(xiàn)，不能保證每個處理人員主觀綜合判斷的正確性，不能保證每次處理得恰當(dāng)和及時。面對以上問題，一個有效的方法就是對監(jiān)視信號的主觀評價客觀化，對一般干擾的經(jīng)驗判斷通過多點監(jiān)測和科學(xué)的、智能化的綜合判斷方法，對設(shè)備或系統(tǒng)的操作自動化，盡量減少傳輸對人的依賴。

本文結(jié)合我國的實際情況，針對衛(wèi)星廣播電視的信號傳輸特點，對干擾現(xiàn)象進行了分析，對抗干擾技術(shù)進行了研究，提出了一種通用的衛(wèi)星地球站抗干擾技術(shù)及其實現(xiàn)方法。

1、干擾現(xiàn)象分析

1.1干擾成因

現(xiàn)有的國內(nèi)衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)普遍采用的是透明轉(zhuǎn)發(fā)器和單波束賦形收發(fā)天線。并且，因為地球靜止軌道位置資源和無線頻率資源有限，所以衛(wèi)星的空間位置和工作頻率必須向國際電聯(lián)申報并要符合國際規(guī)定，其參數(shù)包括電視信號的編碼方式都是公開的。

以上方案的特點是轉(zhuǎn)發(fā)器對接收端全部服務(wù)區(qū)“敞開”。它能接收和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)區(qū)內(nèi)合法用戶被指配的頻率、帶寬和調(diào)制方式形成的射頻信號，同時能接收和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)區(qū)內(nèi)非法用戶所發(fā)送的具有一定帶寬、功率及任何調(diào)制形式的射頻干擾信號，只要它的載波頻率在轉(zhuǎn)發(fā)器接收頻率范圍內(nèi)。

另外，衛(wèi)星廣播電視的頻帶利用方式通常由SCPC(單路單載波)和MCPC(多路單載波)兩種方式。采用SCPC方式，多套節(jié)目可以通過頻率分配共用同一衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，節(jié)省大量的地面節(jié)目接收設(shè)施，但是由于多載波上行存在互調(diào)干擾，轉(zhuǎn)發(fā)器功率回退較多，功率利用率不高，而且由于每個載波間需要足夠的保護頻帶，頻帶利用率也不高，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器較易受到其他載波信號的干擾，安全性較低。而MCPC方式下，多套節(jié)目共用一個完整的轉(zhuǎn)發(fā)器經(jīng)由同一上行站上行，由于單一載波上行，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率資源可以得到充分利用，而且節(jié)省了多載波上行時的頻率保護間隔，轉(zhuǎn)發(fā)器可工作在飽和狀態(tài)，安全得到了最大限度的保護，但也相應(yīng)增加了地面信號引接設(shè)施。

因此，現(xiàn)有的衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)較易受到非法信號的干擾。并且傳輸體制采取SCPC較MCPC更易受到非法信號的干擾。

1.2干擾類型及應(yīng)對措施

(1)從干擾來源上說，主要分為自然現(xiàn)象干擾、設(shè)備故障干擾、地面電磁環(huán)境干擾、鄰星干擾與人為原因造成的干擾等，有些干擾是相互交叉。

自然現(xiàn)象干擾主要包括日凌干擾、雨雪衰等。日凌干擾目前尚無有效的方法來避免，一般衛(wèi)星公司會把各地的日凌時間通知用戶，以便用戶提前做好準(zhǔn)備，地球站可通過增大天線口徑和接收靈敏度來縮短日凌干擾的持續(xù)時間。而雨(雪)衰所導(dǎo)致的接收信號的惡化有一個漸變過程，可以通過補償上行鏈路的雨(雪)衰損耗和留出足夠的下行鏈路的雨衰備余量，來降低因雨(雪)衰造成的損失。

設(shè)備故障干擾主要包括衛(wèi)星故障干擾和地面設(shè)備故障干擾兩大類。衛(wèi)星設(shè)備故障干擾可以通過及時切換備份器件，嚴(yán)重時轉(zhuǎn)星或者更換轉(zhuǎn)發(fā)器來解決。而地面設(shè)備故障干擾又分為中頻轉(zhuǎn)發(fā)干擾、地面調(diào)頻廣播干擾、交調(diào)干擾、雜散干擾等。前兩者都是屬于中頻引入的干擾，可通過衛(wèi)星公司協(xié)助排查干擾源以及地球站做好相應(yīng)的系統(tǒng)或傳輸線路的電磁屏蔽工作來減小受干擾的可能性。雜散干擾可通過衛(wèi)星公司改變受影響轉(zhuǎn)發(fā)器的增益檔設(shè)置、地球站相應(yīng)提高上行功率來減少干擾影響。交調(diào)干擾可通過地球站嚴(yán)格控制上行功率以及確保調(diào)制解調(diào)器、上變頻器、發(fā)射機等有足夠的預(yù)留回退余量來解決。

地面電磁環(huán)境干擾主要包括微波通信中繼信號干擾、雷達信號干擾等，可以通過電磁檢測和頻率協(xié)調(diào)，以及電磁屏蔽手段來解決問題。

鄰星干擾主要分為鄰星上行干擾和下行干擾。前者一般需要衛(wèi)星公司協(xié)調(diào)鄰星運營商予以解決，而后者則需要地球站調(diào)整天線指向、改善天線方向圖性能、降低上行功率來解決。

人為原因造成的干擾主要包括人為失誤、同極化干擾、反極化干擾、轉(zhuǎn)發(fā)器盜用以及惡意干擾等。人為失誤是可以避免的，辦法是通過建立完善的管理制度、制定全面細(xì)致的故障預(yù)案以及增強系統(tǒng)的智能化和自動化水平減少對人的依賴來改進。同極化干擾可通過衛(wèi)星公司對各用戶的超頻率范圍和超功率使用及時制止和糾正來解決。反極化干擾的解決則要求用戶在天線上星前或遷移后進行極化調(diào)整并且嚴(yán)格控制上行功率。轉(zhuǎn)發(fā)器盜用可以通過把合法用戶轉(zhuǎn)移到備用頻點，并對非法用戶實行衛(wèi)星定位來保護衛(wèi)星合法用戶利益。對于惡意干擾，一定要通過降低衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器增益檔，加大上行功率壓制非法信號、加速研制新型抗干擾衛(wèi)星等辦法徹底杜絕。

(2)從干擾鏈路上說，分為上行干擾與下行干擾兩種。上行干擾是對衛(wèi)星透明轉(zhuǎn)發(fā)器實施干擾，是目前對衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)的主要干擾方式。干擾方利用上行地球站天線，對準(zhǔn)選定的某顆靜止衛(wèi)星，發(fā)射已調(diào)制的射頻信號，盜用該衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的頻率/功率資源，以進行非法信號的傳輸；發(fā)射已調(diào)制或未調(diào)制的大功率射頻信號，阻塞該衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器，以使正常的信號傳輸不能進行或傳輸質(zhì)量下降；發(fā)射比正常信號功率大得多的已調(diào)制的射頻信號，強行衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器傳輸非法信號，并在破譯密碼基礎(chǔ)上使用戶接收機收到非授權(quán)的非法信號所含的圖像等信息。下行干擾是指干擾地面站正常信號的接收，干擾方利用大功率無線電發(fā)射設(shè)備，對某顆靜止衛(wèi)星的下行信號直接進行干擾，使對準(zhǔn)該衛(wèi)星的相關(guān)地面站不能收到正常信號或接收質(zhì)量下降，要達到有效干擾，技術(shù)復(fù)雜，代價太大，一般不可取。

(3)從干擾手段上說，又有數(shù)字電視圖像干擾和載波或窄帶信號干擾之分，前者是指用非法圖像干擾，采用和正常廣播信號同樣的參數(shù)，使正常圖像出現(xiàn)“馬賽克”或“黑屏”，當(dāng)正常圖像的衛(wèi)星上行信號由于某種原因中斷時，則出現(xiàn)完整的非法干擾圖像；后者是指用單載波或窄帶的惡意干擾，頻譜表現(xiàn)為單載波或窄帶疊加在正常信號上，造成傳輸質(zhì)量的下降，嚴(yán)重時也可能導(dǎo)致正常圖像出現(xiàn)“馬賽克”，但不會出現(xiàn)非法圖像和聲音。

1.3干擾過程

了解干擾成因和類型以后，我們再來分析干擾發(fā)生時，衛(wèi)星下行信道參數(shù)變化情況。當(dāng)天氣晴好、無外界干擾、上行系統(tǒng)正常工作時，上行功率和下行信道參數(shù)均在正常范圍。出現(xiàn)自然干擾、設(shè)備故障或人為失誤時，下行誤碼率變差，載噪比下降。干擾以單載波或窄帶形式出現(xiàn)時，下行信道參數(shù)變化情況類似，但從頻譜儀上可觀察到到單載波(或窄帶)尖峰。而當(dāng)干擾信號傳輸帶寬、符號率、調(diào)制方式、頻率等與正常信號傳輸數(shù)據(jù)相同情況下，對占用一個完整轉(zhuǎn)發(fā)器的MCPC信號載波，因工作在轉(zhuǎn)發(fā)器飽和區(qū)，疊加干擾信號的正常信號下行電平基本不變，下行頻譜無明顯變化；對占用部分轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬的MCPC載波或SCPC載波，疊加干擾信號后，若正常信號上行功率不變，下行信道參數(shù)將出現(xiàn)一個變化過程，具體如下。

第1階段：干擾輕微時，信道誤碼率上升，接收電平不變，載噪比略有下降，圖像解調(diào)正常；

第2階段：干擾較嚴(yán)重，干擾功率越來越接近正常功率，信道誤碼率上升，接收電平不變，載噪比變低，圖像出現(xiàn)“馬賽克”、“靜幀”或“黑場”；

第3階段：干擾功率與正常功率電平基本相同，誤碼率大幅上升、載噪比變的更低但接收電平不變，將出現(xiàn)信號失鎖，正常信號將完全不能解調(diào)，圖象出現(xiàn)“黑屏”；

第4階段：干擾功率繼續(xù)加大，高于正常信號功率，但是還沒有強到解碼器的解調(diào)門限，正常信號將淹沒在干擾信號中，接收頻譜電平比正常信號傳輸時高，誤碼率差，信號失鎖或偶爾鎖定，干擾圖像將出現(xiàn)“靜幀”或“馬賽克”現(xiàn)象；干擾功率繼續(xù)增加，將出現(xiàn)干擾圖像，誤碼率較前一階段好轉(zhuǎn)，解碼器將鎖定干擾信號，信號強度升高，載噪比增加。

若干擾信號功率足夠大，有可能直接進入第4階段。