空间干扰对卫通站接收的影响及解决措施

胡 钰

（河北神舟卫星通信股份有限公司,河北 石家庄 050200）

0 引言

众所周知,卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电波,在两个或多个地面站之间进行的通信。与其他通信手段相比,卫星通信最大的优点是电波传播不受地球表面环境条件的影响,不仅通信信号质量好而且在卫星波束覆盖范围内可以随时随地建设新的地面站,易于网络的扩充,但是由于卫星通信的特殊性,其电波易于受到来自空间的同频或异频干扰。常见的电磁干扰主要分为中波干扰、短波干扰、雷达干扰、微波干扰等等,通过良好的系统屏蔽及接地,细致的站址堪察等手段能够有效地避免此类干扰的发生。

近年来,随着国内经济建设的不断繁荣,国内、国际航班越来越密集,航线航路越来越繁忙,而卫星通信也得到了快速的发展,成为国际、国内信息高速公路的重要组成部分。日益繁忙的空中走廊对卫星通信的影响比较突出的显现出来。特别是一些位于经济比较发达地区、建设年代比较久远、任务比较繁忙的卫星通信地面站在遇到某些疑难问题或转星以后似乎更应该考虑一下空间干扰的问题。

1 地面站卫通链路瞬断现象分析

近一段时间来,国内某卫通网内的多条卫通链路出现了瞬断情况,严重影响了通信链路的使用。瞬断反映为卫星调制解调器的短暂失锁,一般为几秒,少数为十几秒,失锁后又迅速恢复。链路瞬断有时是对某一方向,有时是对多个方向同时发生,发生的频率并不高,有时一天几次,有的时候持续几天都没有,这对故障的最终定位造成了困难。

在排除了设备、系统参数、线路连接、电源系统等故障后,自然而然将问题归结于干扰。为了对故障现象进行复现,使用摄像机监视下变频器的输入端及输出端频谱。系统连接及测试点（A点、B点）如图1所示。

图1 系统连接及测试点图

通过长时间的设备监测,发现链路瞬断时地面站下变频器的中频输出频谱大幅下降,在排除了同频干扰的可能后,经过进一步的频谱观察分析发现卫星链路的瞬断具有以下一些特点:

①卫星链路的瞬时中断是由接收信号的瞬间波动引起的;②瞬断时中频信号的大幅变化与射频信号的波动相关联;③瞬断时整个转发器的信号都会出现大幅波动;④瞬断在时间上有一些规律,一般集中在白天,从午夜到凌晨这段时间出现的概率很小。

那么会不会是星上干扰呢?在与卫星运营商协商后基本排除了星上干扰的可能,为了进一步从侧面验证该问题,将地面站天线分别指向不同的2颗卫星,2颗卫星的空间指向相差近90°,瞬断现象仍然存在,从而排除了星上干扰的可能。

通过上述观察分析,判断链路的瞬断并非是信号中断,而是大信号阻塞。造成瞬断的最可能来自空间干扰,且是一个功率非常大的干扰。因为每次发生瞬断时,频谱仪所监测的全频段的载波都会大幅下降,甚至降到噪底,不仅仅是所使用的频段,包括整个转发器,以致于相邻转发器上的载波都会大幅下降。这个干扰影响的不是频率,而是功率。可以设想,当这个干扰突发时,迅速把下变频器推到饱和,占用大量功率,同时与星上接收信号造成大的交调,引起噪声起伏,造成通信中断。

为了更好地验证上述判断,对地面站下变频器的1dB压缩点输入电平、变频增益以及正常接收情况下变频器入口处的接收功率等指标进行测试,测试情况如下:

①下变频器增益:45.5dB;

②下变频器1dB压缩点输入电平:-19dBm;

③下变频器1dB压缩点输出电平:-25.3dBm;

④下变频器入口电平:-20.5dBm。

从测试结果可以看出,在正常接收信号时下变频器入口处的接收功率（具体值为:-20.5dBm）已接近下变频器1dB压缩点输入电平（具体值为:-19dBm）。经过分析可知,由于所用卫星的星上功率较大,下变频器在正常工作的情况下已接近饱和,如果再有大的外来信号,一定会引起下变频器的深度饱和。

2 干扰源的查找

经过多次观察这个干扰并不在工作的转发器频段以及相邻的转发器频段内。为了更好地查知干扰频点,将地面站另一幅天线偏离卫星指向方向一个角度,使有用信号刚好进不来,从而更清晰地捕捉干扰信号。通过这种方法,成功地记录下干扰的频段和电平,并与正常载波信号相比对,在发生时间和持续时长上验证了干扰和瞬断的一一对应关系。

根据观测结果,该干扰主要分布在卫星信标频率的上端,成梳状脉冲波,其频率范围是4190～4378MHz,边沿整齐,最大电平比信标电平高出30dB,在4254～4346MHz频带上能量更大。该干扰出现间隔从1分钟到10几分钟不等,持续时间从几十秒到数分钟不等。多数情况下,该干扰的电平并不高,所以不会造成变频器饱合,只有干扰电平幅度突然上升几十个分贝时,才会引起地面站调制解调器的瞬断。

在确定了干扰频点后,查找干扰源就成了当务之急,经过当地无委4辆干扰监测车的撒网式排查,最终确定干扰源为一种叫做无线电高度表的民航机载雷达测高设备,该设备在飞机起降时工作。工作频率4200～4400MHz,发射信号为调频连续波,工作高度0～600m。

3 空间干扰排除措施

由于机载无线电高度表的工作频率是正常分配给民航使用的,它在工作时对卫星通信系统产生的干扰是卫星地面站本身无法抑制的带外干扰,地面站只得通过外加部件等手段来解决干扰问题。具体的措施主要包括:外加射频衰减器、外加窄带滤波器或外加宽带滤波器等。

3.1 外加射频衰减器

由于造成地面站卫通链路瞬断的主要原因是下变频器饱和,为了使其退出饱和区,最简单的办法就是在低噪声放大器与下变频器间串接射频衰减器,外加射频衰减器方法如图2所示。该措施已在某地面站得到了应用,部分缓解了链路瞬断问题。但是,串接衰减器同样降低了正常接收信号的强度,减小了地面站接收信号的动态范围,尤其是在终端很多的地面站,有可能使调制解调器的接收电平太低而无法满足要求。

图2 外加射频衰减器法

3.2 外加窄带滤波器

为了更好地解决机载无线电高度表对卫星地面站接收系统造成的干扰,可以在地面站接收系统低噪声放大器之后接入一个带宽比较窄的带通滤波器,抑制由于无线电高度表发射的无线电波对地面站接收系统的干扰。窄带滤波器方法如图3所示。典型实例为接入一个带宽只覆盖一个转发器的带通滤波器。带通滤波器工作原理如图4所示。

图3 窄带滤波器方法

图4 带通滤波器工作原理图

从图3可以看出,采取这种措施的优点是简单、好实现,但极不灵活,系统换转发器时需要重新定制滤波器。

3.3 外加宽带滤波器

较好的方案是设计一个500MHz的宽带滤波器,滤除卫星使用频带外的信号,但是一个通带500MHz全频段边沿陡峭的滤波器是很难实现的。在此,可以利用射频开关控制一组滤波器（多个不同带宽的滤波器）来共同完成通带内的滤波工作。宽带滤波器方法如图5所示。

图5 宽带滤波器方法

采用宽带滤波器的解决方法即有效地滤除了带外干扰,又对卫星使用全频段进行了分段滤波,克服了窄带滤波器使用不灵活的弊端,是解决空间干扰问题的首选。

4 结束语

空间干扰对卫星通信产生的影响已不容忽视,针对卫星地面站链路瞬断的实例,通过对故障现象、原因进行深入剖析,进一步给出了有效的解决办法,对于工程技术人员今后的工程实践将有很大帮助。

[1]吕海寰,蔡剑铭,甘仲民,等.卫星通信系统[M].北京:人民邮电出版社,1999.

[2]杨运年.VSAT卫星通信网[M].北京:人民邮电出版社,1998.

[3]王平.浅谈卫星通信系统干扰监测和处理[M].数字通信世界,2009（5）:73-76.