卫星广播通信中降低三阶交调干扰的方法研究

李茜

【摘要】随着卫星数字广播技术的不断发展，卫星通信对固定频段内同时并发双载波甚至是多个载波的需求场合越来越多，而在对有限带宽内进行双载波跨转发器并发方案实施过程中，三阶交调对双载波的发射和接受质量都有巨大的影响。首先阐述卫星广播电视通信系统的特点，然后说明三阶交调是如何产生的以及对卫星通信系统的影响，最后通过测量三阶交调相关指标来降低交调干扰对卫星通信的影响。

【关键词】卫星广播电视;三阶交调;射频指标;

中图分类号：TN92                     文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.02.008

在卫星广播电视通信中，会有在有限带宽固定频率下同时发送双载波上星的场合，而如何合理解决交调失真，是提升卫星带宽利用率的重要手段之一。

当两个不同频率的信号通过一个射频器件时，射频器件的非线性会导致这两个信号之间相互影响，而这样的影响被称为交调干扰。它们之间产生的交调产物即为交调失真，交调失真会降低系统频谱利用率，对卫星通信系统的发射接收质量都有巨大影响。

1. 卫星广播电视通信系统的特点

卫星广播电视是利用地球同步通信卫星作为中继站，向服务区转发功率较大的广播电视信号，使得广大听众和观众能够用较为简单的接收天线和接收机收听和收看广播和电视节目。卫星广播电视通信对比传统通信方式，具有通信距离远，覆盖面积广泛，通信频带宽、传输容量大，接收信息操作方便等多个优点。

卫星广播电视系统是由卫星广播电视上行系统和下行接收系统组成的。卫星站上行接收系统首先将电视播出部传送过来的光信号进行光电转换，输出的电信号经基带分配送入编码器进行信源编码，用复用器进行加扰，再送入调制器中进行信道编码和调制，转换出的中频信号通过上变频器转换成指定的发射频率后送入高频功率放大器中进行功率放大，最后用波导馈线送到发射天线上行至卫星转发器。卫星接收站主要用来接收卫星转发的下行信号，经过下变频、解调、信道中放、低噪声放大等环节生成中频信号，再经过中放、解调和视频音频处理还原出视频和音频信号。

我国卫星广播电视系统大多采用的是DVB-S传输标准，选择MPEG-2或者AVS+的标准进行编码，使用QPSK调制方式，采用卷积码和RS码的级联编码方式进行前向差错控制。

2. 三阶交调的产生和影响

在卫星广播电视系统需要同时发射双载波去卫星转发器时，两个不同频率的载波信号通过合路器去天馈射频系统进行发射的过程中不可避免的会产生交调干扰，其中三阶交调对双载波的发射和接受质量有巨大的影响。

交调是指当两个不同频率的信号f1和f2在经过一个非线性系统后，产生频率分量m*f1±n*f2（m，n=0，1，2……）的现象，其中m+n的值被称作分量的阶，当m+n=3时，2f1-f2和2f2-f1被称作三阶交调分量。

双载波信号经过上变频和高功放后的交调分量情况如图1所示。

由图1可以看出，三阶交调分量2f1-f2和2f2-f1的频率与输入的射频信号频率f1和f2最相近，落入接收频段内，很难用滤波器滤除，同时，三阶交调的幅度比更高阶的交调都高出很多，使得三阶交调在射频性能指标中成为非常重要的指标，必须避免它对卫星广播电视系统造成严重的干扰。

3. 射频指标和如何避免三阶交调

在射頻系统中通常使用的交调指标有IP3三阶截获点（IIP3、OIP3）。

IP3（Third-order Intercept Point）即三阶截获点，表示为一阶交调信号增益曲线与三阶交调信号增益曲线相等时的功率。它是一个理论值，作为线性度或失真性能的参数，IP3的数值越大表示线性度越好，系统的失真也越小。IP3包括IIP3和OIP3，即IIP3（Input Third-order intercept point）输入三阶截获点和OIP3（Output Third-order intercept point）输出三阶截获点。

如图2所示，当输入功率逐渐增加至IIP3时，一阶交调信号的增益曲线与三阶交调信号的增益曲线相交，对应的输出功率为OIP3。

一阶交调增益曲线的斜率就是被测设备的增益G，而用3G表示三阶交调信号的增益曲线斜率，也就是三阶交调的输出功率是一阶交调输出功率的三倍，当输出功率等于IIP3时，对应的一阶交调和三阶交调的输出功率都等于OIP3，两者的输出功率相等，Pi为输入功率，a为一阶增益曲线在输入功率为Pi时的输出功率，b点为三阶增益曲线在输入功率为Pi时的输出功率，可将一阶交调增益曲线的直线方程表示为：

OIP3-a=G（IIP3-Pi）                       （1）

三阶交调增益曲线的直线方程表示为：

OIP3-b=3G（IIP3-Pi）                       （2）

由公式（1）和（2）可得：

OIP3=a+（a-b）/2=a+1/2 IMD3                 （3）

IIP3=OIP3-G                           （4）

其中IMD3=a-b，即三阶交调失真，是输出载波电平与三阶交调信号的电平之差③。而在相关技术规范中要求，三阶交调失真IMD3≤-34dBc，一般正常工作时要达到-34dBc。

因此，我们可以通过调节射频系统的输出功率等相关参数来调整三阶交调失真IMD3的值，从而大大降低三阶交调干扰对卫星通信系统的影响。

三阶交调的测量方法和框图如图3所示。

按照测试框图，分别设置射频信号源f1、f2的频率和输出功率，调整好频谱分析仪的范围（SPAN）、分辨率、中心频率、衰减电平、参考电平等参数，记录被测功率放大器的电压、电流，调整射频信号源的输出功率并在频谱分析仪测得f1或f2的输出功率，记为a的值，继续调整频谱分析仪测得2f1-f2或2f2-f1的输出功率，记为b的值，计算出三阶交调失真IMD_3的值，根据结果不断调整f1、f2的频率和输出功率等相关参数，最终使得IMD_3的值符合技术要求，确保卫星广播电视通信系统的正常工作。

除了调节设备的相关功率电平，还要严格做好防水防尘的保护，保证无源器件之间的连接牢固，尽可能采用铜制材料的外导体电缆，导线与设备之间也应采用紧密的螺纹式连接方式，设备连接前要对接头内部进行清理保证干净无堵塞，这些措施可以有效的减少交调干扰的产生。

4 结论

通過实验测量计算，可以降低三阶交调干扰，在固定频段内同时并发双载波至卫星转发器，大幅降低了卫星租用宽带，高效的传输上星，通过调整设备的输出功率，可以提高射频指标，确保三阶互调失真值符合技术规范要求，保证卫星广播电视通信系统的正常运行。

参考文献：

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