卫星地球站网络系统瞬变干扰防护

+ 广东省广播电视技术中心卫星地球站 戴宾

在过去的十几年，卫星地球站监视和控制技术发生了飞跃的变化，由硬连接到小型机、微机，发展到现在的高速以太网监控系统。以太网监控系统以其速度快、容量大的优势，有效地对播出信号和设备状态实现全覆盖监控，可以及时发现信号异常和设备故障，及时报警并自动切换备份，大大提高了播出系统的可靠性和节目的传输质量，逐渐成为整个播出传输系统的“大脑”，承担着自动分析处置的重任，成为播出系统的重要组成部分。但以太网的采用也带来了一些新问题，如网管计算机一些偶然的、莫名奇妙的死机、键盘锁定、鼠标失踪，系统误报警、误发指令、设备无缘故倒换等等。

综合近年来网管系统出现的问题，发现了一个之前常被忽视的问题，也就是系统内部线缆之间的瞬变电压干扰对网管系统的影响。系统内各种耦合作用产生的瞬变电压浪涌可能会对网络系统的通信接口造成严重损坏，或者将不正确电压电平解析为错误的指令而导致设备工作异常。网络设备故障引发的网络通信障碍是导致播出控制事故的重要原因之一，也是控制系统网络化后带来的新问题。

一、瞬变干扰的产生

任何导体，只要有电流通过，在它的周围就会产生磁场，磁场又会对周围的导体产生感应，并产生感应电动势，因此导体中的电流同样也会对其它导体产生磁感应干扰。如果将一个导体置于另一个导体产生的磁场内，只要磁场发生变化，就会在这个导体上产生感应电流。在机房设备系统内部错综复杂的布线中彼此相邻的各种信号电线电缆之间也会由于磁场耦合产生瞬变电压干扰，自然也会产生干扰或被干扰。

卫星地球站设备系统内线缆主要有三类：1.是电源线；2.信号线，有视音频电缆，中频、射频线缆等；3.网管控制线，包括 RS-232、RS-422、以太网线缆等。耦合可能是由于电源线引起的，也可能发生在数据线与数据线之间（串扰）。这些干扰如尖峰脉冲、浪涌和瞬变浪涌电压等会干扰、影响设备，使其性能降低甚至损坏。对于计算机网络系统工作信号电平而言，瞬变电压浪涌是指在非常短的时间内偏离正常电压电平的现象，这种不期望发生的偏离电压可能会导致计算机等设备无法正常运行甚至出现故障。而且，系统内瞬变电压浪涌的产生原因复杂，任何设备系统都不能避免瞬变电压的干扰。

线路间或闪电产生的耦合作用是两种常见的网络系统瞬变电压产的原因，但是还有许多其他耦合的因素对设备系统内的数据及其他电子设备造成损害，不同来源产生的感应耦合作用通常是网络系统瞬变干扰的原因。

二、瞬变干扰的危害

瞬变干扰对设备网络系统的危害有:设备损坏，或由于不正确电压电平发出错误的信号而导致设备无法正常运行。

1. 瞬间大幅度超过正常工作的电压造成的元件和电路的损害，这包括高电平的瞬变电压导致设备立即出现故障的所有情况，通常会伴随明显的物理损坏，如电路板或元件烧毁等明显迹象。一般来说，I/O接口电路比较容易受损。随着电子工业设计的精益求精及生产工艺技术的提高，以及节能降耗的需要，这些元件的工作电压在设计上就已经越来越低，如一些处理器常用的 5VDC 工作电压已经降低到 3.3VDC，并且可能还会继续降低，但意味它们可以承受的电压变动范围也同时降低了，因此对瞬变电压干扰就更为敏感。由微处理器和其他集成电路 (IC)驱动的设备尤其容易受到瞬变电压浪涌的危害。

2.计算机网络系统通信交流是通过数字信号传输进行，这些数字信号都是一些特定频率、幅度的电压脉冲。有时，瞬变电压干扰可能在特定频率上接近这些电压脉冲，这会导致计算机将这些假的脉冲解析为命令。假命令又会导致很多逻辑错误，表现为键盘锁定、程序崩溃或系统锁定或对设备发出错误指令等。如RS-485收发器共模电压范围为-7～+12V，只有这个电压范围内，网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。对计算机网络系统来说，不同线缆之间的串扰是通信的一个威胁，如果有太多的串扰，信号传输的错误率就会增加，而延长网络响应时间和降低网络的吞吐量。当数据包通过线缆进行传输时，遇到串扰，就会丢包，丢包现象严重时，数据通信能力就会下降甚至网络中断。局限于计算机网络知识和网络系统故障的了解，我们对网管网络引起的故障往往未能做出正确的判断，更不能准确迅速处断，甚至还会造成故障损失的扩大。

三、瞬变干扰的防护

同抑制电磁干扰一样，对于网络系统瞬变电压干扰的防护也采取消除干扰源、切断传播途径和保护电磁敏感设备这三个步骤来进行，采用的方法依然是良好的屏蔽和接地。在规划建设或设备系统安装进行综合布线时应严格按照《电子信息机房设计规范》的要求进行。

1.在系统网络布线上，采用分类加屏蔽的方式。将电源、信号、网管控制线缆分开布置，并设置金属线槽或线管。同一个金属线槽中 ,对槽内各类线缆设金属挡板隔离。注意数据线、信号线远离电源线、荧光灯、避雷导体、马达、可控硅调光调压等干扰源。

2.采用高质量的屏蔽良好的线材（六类以上等级双绞线）、信号转换器，最好采用光纤作为信号传输介质，特别是经室外的远程遥控系统。采用胶合的电源线 ,以降低由平行的电源线产生的磁场。尽量采取对胶线的缠绕方式来克服大电流电源线电磁场耦合产生的磁场。

3.采用瞬变电压分层保护方法，首先是对进出机房的各种金属管、电缆、引入线应在进出口处与防雷接地装置相连；电缆进出线应在进出口处将电源金属外皮、钢套管等与电气设备接地相连，控制进入设备机房的高输入浪涌。然后对机房内所有设备整机和系统接地,接地线必须能流过很大的电流，控制系统内部电线和数据线中的瞬变电压。必要时对系统中的关键部位或易受影响的设备，如微波收发信机，采用瞬变电压和浪涌的防护器件，如压敏电阻,使瞬变电压浪涌通过压敏电阻旁路到子系统地和大地,从而让进入系统中的瞬变电压和浪涌幅度大大降低。

在日常工作中，加强对网络交换设备工作状态的监控，如交换机各端口流量的的检测，发现异常及时查找原因。如果网管系统引起的设备异常往往是同一网管系统内的多个设备同时出现异常，因此在出现这种现象时就要迅速检查网管网络状态。

四、相关案例

1、编码器（TANDBERG5720）主备同时出现告警，解码监测显示图像马赛克逐步增多，后出现静帧、黑场，信号源正常，断开网管网线后编码器正常。故障原因为网络交换机故障造成网络内出现异常数据流，编码器网络口反复处理大量占用资源以至死机，更换交换机后正常。

2、NEWTEC调制器原采用以太网接口网管控制，逢雷电显示接口信号报警，自动频繁切换备机，输入信号正常。在我们对设备系统进行全面接地整改后再没出现上述情况。

3、我站大镇岗机房远程控制通讯以前采用多股线电缆作为传输介质，控制电脑经常死机，而且雷雨天气经常将雷电干扰传入机房，干扰设备甚至产生故障，改光缆传输后这些现象极少出现。

结束语

广播电视传输系统中有很大一部分瞬变电压是在系统设施内部的数据线信号线网络中产生的，因此有必要重视系统内数据、信号线瞬变干扰的危害和预防。任何导线都是瞬变电压的潜在载体，在任何系统设施内都会存在许多可以产生感应耦合的因素。当今计算机处理器和设备集成电路所需的电压阈限越来越低，这意味着即使是非常小的电压干扰，均可能在网管系统产生错误的指令，进而危及我们的播出传输。