直播星信号干扰预警的实现

刘献鹏，金燕华

（电子科技大学 航空航天学院 检测技术与自动化装置，四川成都 611731）

0 引言

卫星电视具有传播信号清晰，信号覆盖面积大，受地形影响小，可靠性高，可多址联播和接收设备造价低，安装调试容易等突出优点，使得卫星电视迅速走向千家万户。同时由于卫星大多采用透明式转发器，转发器作为无人管理的中继站，主要作用是接收来自地球站的微弱信号，变换频率和放大后再发回地面。卫星的各项参数以及编码方式都在国际电联备案公开，因此很容易受到干扰的影响。本文以北京某电台直播星信号频谱检测项目为基础，重点探讨卫星广播电视信号的干扰分类以及干扰预警，分析其产生的根源，从而为干扰源的迅速定位提出更有针对性的办 法。

1 干扰类型及应对措施

由于卫星电视信号在传输过程中容易受到各种干扰，所以，我们从分析卫星信号的传输过程入手。地球站对电视节目信号进行基带处理、调制、上变频、功率放大,变换成适于卫星信道传输的形式后，经天线对准卫星发送，卫星则将收到的信号经转发器变频、放大后发回地面。各地球站天线接收到卫星转来的全部信号，经过与发射相应的反变换和处理，从中选出属于本站的信号分送给有关用户。其传输路径如图1所示。

图1 卫星通信系统及地球站基本组成示意图

从干扰来源上说，主要分为自然现象干扰、设备故障干扰、地面电磁环境干扰、邻星干扰与人为原因造成的干扰等，有些干扰是相互交叉。

1.1 自然现象干扰

自然现象的干扰主要包括日凌卫星蚀干扰（如图2）、雨雪衰以及太阳辐射等。日凌干扰目前尚无有效的方法来避免，一般卫星公司会把各地的日凌时间通知用户，以便用户提前做好准备，地球站可通过增大天线口径和接收灵敏度来缩短日凌干扰的持续时间。低轨道、短周期的人造卫星造成的影响较小，持续时间通常不多于1 h，卫星上的蓄电池一般能够应付。但对于轨道高、长周期的卫星，一旦出现卫星蚀，可维持数小时，必要时需要关闭卫星上部分设备减少耗电，卫星蚀时温度会骤降，设计卫星时必须考虑到这一点。雨(雪)衰所导致的接收信号恶化有一个渐变过程，根本原因在于活动于对流层的雨雪会吸收信号能量，这是对流层影响卫星信号的主要根源，可以通过补偿上行链路的雨(雪)衰损耗和留出足够的下行链路的雨衰备余量，来降低因雨(雪)衰造成的损失。

图2 静止卫星星蚀和日凌中断示意图

卫星广播电视传输系统形成于开放的、条件恶劣的自然 界环境中，空间段中的一切自然因素对卫星信号的传播造成的干扰都不容忽视，否则就会影响卫星信号的质量。

1.2 地球站设备的杂波干扰

产生干扰主要因为设备杂散指标不合格，载波中有杂波或谐波；调制器、上变频器输电平过高，或者“功放”工作非线性，出现频谱扩散；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额定的范围内；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的功率电平工作，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。

1.3 接收站

返回到地面的卫星信号，受干扰的主要有两个原因：首先，由于接收站所处的地面空间中分布着各种各样的地面信号，如大量的地面广播电视信号、微波信号、雷达系统信号等，相对于返回地面的卫星信号，那些与卫星信号同频甚至邻频的地面信号无形中成了噪声源和干扰源，降低卫星信号接收的载噪比，使误码率升高，信号质量下降；其次卫星信号的覆盖范围是有限的，卫星接收站能否合理选址，将直接影响到接收站接收卫星信号的效果。

1.4 星间干扰

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，极大的提高了邻星干扰的概率。解决办法就是轨位协调，卫星用户必须严格遵守卫星业务的操作规范。

1.5 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，人为干扰主要是对星上转发器实施干扰，主要有堵塞式干扰和插播干扰两种形式。堵塞式干扰是指强占转发器的功率，将转发器全部阻塞，使通过该转发器的电视广播或通信业务全部瘫痪。其干扰源的频谱可以与正常信号重叠，也可以不重叠。插播干扰，即利用 “功率掠夺”插播非法信号，使正常工作的接收台站收到干扰方的非法信号。对于这类非法干扰方式，我们要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，确保广大观众正常收听和收看卫星广播电视节目。

2 卫星数字电视信号检测预警

目前，人们对监测技术的关注度越来越高，监测系统也已经被广泛地应用到了多个领域，其有着不可替代的地位。电视监测，是指与测量和电视监视密切关联的，能够在电视系统正常运行时对其播出通路进行检查以发现通路故障的一种监测技术。过去，在电视系统中监测只是作为其中的一部分，而不是一个独立的系统，而在目前的广播电视系统中，监测已经以一个独立的系统存在，负责广播电视的监测工作。从电视节目的摄取到传输到用户接收机的每一个步骤都要监测电视信号的传输状况。监测不仅可以随时对电视信号的播出质量进行检查，还可以快速判断信号在传输过程中是否中断，还能快速的找到故障出现的位置，从而能够及时做出干预或调整，确保电视信号的传输质量。

根据测试，正常的卫星数字电视信号在 没有严重的外界干扰信号时信号的功率和信噪比是比较稳定的，但是当受到强烈干扰时，接收到的卫星电视信号的功率和信噪比会发生明显的变化，所以设计检测软件以这两个参数作为检测的主要参考依据。

3 软件设计模块实现

本软件设计的生成模板的流程如图3所示。

图3 软件流程

信号处理硬件平台是采用一套PXI模块来实现。在信号质量较好，信号稳定的情况下，按下仪器边菜单StandardModule将调用软件GenerateStandardMoudle（）函数从硬件采集20帧数据，每采集一帧将与上一帧数据做平均，直至取完20帧计数器减为0，把20帧数据的平均值加上或者减去一定的阈值（本文设置的为3dB）分别生成上下标准模板，如图4所示。

生成模板后软件要调用IdentifyMoudleFreq（）函数识别模板的参数，例如载波个数，载波3dB带宽，载波中心频率等。因为是实时监控，每采集一帧信号都要经过FreqIdentify（）函数识别与生成模板相同的信号的参数，然后经由JudgeOverBorder（）函数判决载波数目是增或者减，载波功率值是否超出上或者下模板，载波3dB带宽是否超出干扰容限，是否偏移等。当监测系统判别有异常信号时自动报警，报警标志下方会显示相应的报警类型（标志为0时无干扰报警1时有干扰 2 表示同一类型干扰报警结束）则上报给监控中心。

图4 未生成模板时信号均方检波频谱

图5 生成模板后具有报警功能

信号分析模块（图6）实时监测并处理调制后的信号信息。接到监控中心或网络通信模块下发的信号频率和带宽信息，从DSP获取信号的符号率、调制类型信息，绘制信号的星座图，计算信号的误差矢量幅度（EVM）信息。如图6所示，当产生新载波干扰时，信号分析模块能信息新载波的参数，对于干扰的迅速查处排除，具有重要的作用。

图6 信号分析模块对新载波分析结果图

4 结束语

经长期测试该系统和软件平台对于有信号干扰时能迅速准确报警，无疏漏无漏报，同时将有干扰报警时将干扰信号出现的时间以及干扰类型写入数据库，用户可以随时调取监控结果。这样一来形成全程监控，全方位保证了卫星广播电视的优质服务。

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