广播电视通信卫星的抗干扰技术探究

李程飞

（作者单位：国家广电总局监管中心）

通信卫星所在的空间位置，决定了信号传输必然受到自然、设备、人为等方面因素的干扰。所以，我国广播电视领域工作者需要不断对卫星传输技术加以研究，基于卫星通信效率、质量提升目标，找准引发通信卫星干扰问题的因素，并一一击破。

1 广播电视通信卫星概述

1.1 卫星通信产业现状

卫星通信可以理解为是地球上不同的无线电通信站（地球站）间基于卫星这一中继站的信号转发来实现高效率的通信。所以，卫星通信系统的必要组成部分就包括地球站和卫星。卫星通信主要是通过地表通信站来采集信号，借助微波形式开展大规模的信号传输，以便实现全面信号覆盖[1]。卫星通信技术的广泛应用还依赖于抗干扰技术的不断升级发展，从而为卫星通信质量的提高提供优质的保障[2]。

卫星通信的设备部署极为灵活，且通信覆盖范围广、容量大，支持远距离通信，甚至无须过多考虑地域、地形等地面条件。这些优点均决定了卫星通信的可靠性、广泛适用性，也促成了相应的通信产业链。在其产业链中，卫星、火箭等的大工业制造属于上游产业，也是由少数国家掌握关键技术且重点关注的产业；卫星通信行业属于中游产业；广播电视、日常类型通信等则为下游产业（衍生产业），如互联网接入、跨洋通信、视频广播等。

1.2 通信卫星在广播电视领域的应用

随着我国传媒事业的稳定发展，社会各界对传媒技术也提出了较高的要求和标准[3]。评价广播电视卫星节目质量的一大标准就是卫星信号的强弱和接收节目的流畅程度[4]。当前，我国对广播电视卫星传输系统的应用比较广泛，卫星传输和传统的微波传输方式不同，在距离上比较远，传输质量也比较高，社会效益和经济效益也比较突出[5]。广播电视卫星传输系统可细分为许多组成部分，包括转发器、发射地球站、接收地球站、空间段、同步卫星等。其中，转发器、地球站的功能具有代表性，二者均用于信号传输。广播电视通信卫星工作原理如图1所示。转发器不能脱离卫星传输系统独立工作，它在运行时要对来自发射地球站的信号进行相应的技术处理（变频、调制等），继而转递给接收地球站。地球站的相应设备中含有实际工作所需的多样化装置，包括转发器装置。

图1 广播电视通信卫星工作原理图例

卫星通信在军事、航空、数字电视与广播等方面发挥着举足轻重的作用，但是微波波段的卫星通信系统本身面临着非常多的干扰因素，如何提高其抗干扰能力是现代卫星通信系统需要解决的重要问题[6]。为使广播和电视节目播放更加流畅，应提升广播电视卫星传输系统的信号传输质量，以保证其传输过程中的稳定性。但由于卫星传输的开放性特点，其很容易受到一些外部因素和内部因素的干扰[7]。所以，研发更先进的广播电视通信卫星抗干扰技术十分有必要。

2 广播电视通信卫星的干扰因素

2.1 自然因素的干扰

首先，广播电视卫星通信信号容易被太阳辐射所干扰[8]。这体现在普通的太阳辐射并不能造成卫星信号不稳，但是太阳辐射有其自身的规律与周期，当爆发太阳风暴时，则会对卫星通信产生干扰[9]。具体而言，太阳风暴状态下，通信卫星的表面会累积较多的带电粒子，从而破坏通信卫星外表绝缘材料，致使其内部电子器件发生损坏，无法正常工作。例如，太阳风暴使卫星内部的存储单元发生变化，从而不能按照既定程序进行信号传输，甚至出现伪指令现象，此时的卫星通信无法正常实现，而且会启动卫星转发器的自我保护机制，促使卫星通信系统关机。

其次，广播电视卫星通信信号容易因星蚀、日凌现象出现而受到干扰。星蚀或日凌出现时，如果恰好卫星运行到相应星体（或太阳）与接收地球站的直线连接点上[10]，那么接收站接收的下行信号就会受到星体噪声（或太阳噪声）的干扰，淹没在噪声之中，无法被接收。由此，正在进行的通信就会突然中断[11]。在该类型干扰中，地球站的上行信号接收所受影响不大。

再次，广播电视卫星通信信号在传输过程中容易因下雨的气候环境而受到干扰，产生所谓的雨衰。卫星通信信号属于带电的电波，当其在雨中传播时，雨滴会对电波进行吸收、散射，继而降低电波的传输能力，造成雨衰。雨衰程度与降雨强度呈正相关。降雨较强烈时，波束仰角将一并增大，所以会造成较大幅度的电波衰减[12]。

最后，广播电视卫星通信信号会受到一定的电离层干扰。在大气空间中，电离层是不可忽视的存在。该层大气中电子广泛存在，形成了一个天然的“等离子导体”，当有电磁信号穿过该大气层时，就会出现散射、折射等情况[13]，进而影响信号传输稳定性。

2.2 卫星转发器的干扰

源自卫星转发器的干扰细分为交调干扰、恶意干扰两种情况。

其一，交调干扰，该干扰类型也被称作阻塞式干扰。当信号传输的上行用户处于多载波、窄带运行的状态，就容易造成转发器实际运行不满足于运行要求，而其上行电波也会超出既定的可承载范围。由此，转发器的调频性能会难以良好发挥，最终影响到地球站接收信号的稳定性与质量[14]。

其二，恶意干扰。该类型干扰由人为制造。干扰主体方会发射出功率超大的单载波形式的信号，以故意引起电视载波信噪比的下降[15]，最后致使信号接收的一端发生黑屏故障。该干扰过程中，干扰主体方是主动的一方，会利用具体的电视节目信号参数，通过非法节目信号的强势插入来干扰正常的节目信号功率，从而使转发器不能正常工作。

2.3 接收系统的干扰

广播电视通信卫星的接收系统均设在地面，而地面上的情况较为复杂，可能存在多种源头的电波干扰和调频广播信号干扰等[16]。例如，居民电气设备电磁波、微波、雷达信号等，均会干扰卫星通信信号。其形成干扰的条件是干扰信号与广播电视通信卫星信号处在相同频率之下，此时的接收载噪比和误码率都处于持续上升中，会造成信号不稳定甚至信号中断。

当然，想要保证信号接收质量，就必须保证接收系统的接收设备硬件条件过硬，不能出现链路电平配置不合理、接收天线极化调整不当、电缆屏蔽线不足等现象。否则，接收系统实际所受干扰而带来的负面影响将更大。

3 广播电视通信卫星的抗干扰技术应用

3.1 有效应对自然因素干扰

太阳辐射、星蚀、日凌干扰目前还做不到进行有效的技术控制[17]，更依赖于对前瞻性信息的把握来提前采取预防措施。以日凌为例，卫星公司可以在探知日凌时间后，预先通知用户，继而采取应急方案：其一，适时关闭自动提升功率功能，使系统不会在日凌过程中误提功率；其二，条件允许时，接收站可及时切换大口径接收天线，以有效增强接收系统的灵敏性，使系统所受日凌干扰的时间缩短；其三，在日凌期间及时切换地面通路节目源，以确保电视节目播出不受太大影响。

对于雨衰问题，技术人员可采取建立替代性异地地球站的方式来解决。即当发生强降雨时，替代性异地地球站就能够执行节目代播职能，使电视节目的播出不受影响。其中，技术人员对上行功率的控制，可以结合利用接收站发射信号和卫星信号来科学推算出上行链路雨衰值[18]，由此来适当增加地球站的发射功率。当然，雨衰发生在冬春季时也会以雪衰的形式出现。例如，当地面积雪凹凸不平且存在融化现象时，天线馈源和主反射面的电磁波将会受到雪水作用影响，从而产生强弱不同的电波吸收、散射效果，由此，卫星天线口面场分布函数的均匀性就无法保证，其相应的信号接收效果也会不佳[19]。

3.2 提高卫星地球站抗干扰性能

卫星地球站处于受干扰状态时，技术人员可利用以下策略进行抗干扰控制：其一，主动更换信号接收功能更强的接收设备，以有效提高信号功率储备；当出现强干扰时，则及时对卫星转发器的接收机增益效果进行调节，使其降低，以提升信号发射功率，进而在一定程度上改善强干扰情况。其二，数字通信是通信的重要组成成分，也是现有远程通信手段之一[20]，可以运用技术手段为数字信号加密，从而有效避免信号参数被利用的情况出现，确保广播电视用户能够正常地接收到正规的广播电视信号。其三，不断调节地球站大功率上行信号强度，使其与转发器形成配合，有效达到转发器的功率要求。

3.3 提升转发器抗干扰能力

其一，技术人员可以在地球站安装高增益发射天线，使其能够基于强功率的发射来对抗非法目的的信号干扰，从而顺势提升上行功率。其二，尽量保持转发器的满功率和强信号状态，使其抗干扰能力得到保障。其三，充分利用具备突出抗干扰功能的卫星进行常规信号传输，并且结合实际的抗干扰需要来调整转发器的开闭状态。其四，适度调整上行功率的控制策略，并注意控制转发器上行载波电平。这需要技术人员为发射机、调制解调器等预留足够的回退余量，从而确保转发器的工作质量。

3.4 卫星地球站监控系统的抗干扰处理

卫星地球站监控系统的应用，得益于计算机技术的跨越式发展，其中融合了一定的抗干扰技术。相应的监控系统中使用的抗干扰技术主要为码流比对抗干扰技术和水印对比抗干扰技术。

其一，就码流比对抗干扰技术而言，表现为进行卫星下行传输流、广播电视节目源对比，同时合理分析信号精准度，如果发生干扰情况，系统就要在最短时间内发出预警信号，从而进一步提升上行功率，由此来控制干扰程度。需要注意的是，码流比对抗干扰技术必须以专业的仪器设备为载体来获取。其二，就水印对比抗干扰技术而言，表现为对卫星地球站转发后的下行水印、电视台发送端传输流复用器的水印所产生的影响进行判断，如果发现了干扰信号，系统就要及时发出预警。以上两种抗干扰技术的实际应用，需要技术人员基于对实际通信情况的综合分析来恰当选择。

除建立地球站自身的监控系统外，我国也统一建立了相应的监测中心，这与相关部门近年来接到有关卫星被干扰的投诉案件越来越多有一定关系。例如，当一些卫星通信公司发现卫星转发器受到不明原因的干扰后，往往会严格对干扰问题进行分析与排查，包括分析其与用户及其他卫星运营商合作的关系，排查是否为人为原因、电磁原因、网内设备原因、邻卫星原因等引起的干扰。若排查后仍不能确切找到干扰原因，卫星公司即可依据相应的法律条例向国家无线电管理机构提出相关的干扰投诉，继而由国家无线电管理机构分派人力，组织监测中心的专业人员开展监测工作。当国家无线电监测中心完成初步排查、定位后，就能够将总结后的结果上报给上级国家无线电管理机构。这一上级机构会将结果继续转交给干扰问题发生所在的省、自治区、直辖市的下级管理机构，由他们负责具体落实后续的干扰查处和应对工作。如果在具体的干扰查处、应对工作中发现了严重违规甚至涉嫌犯罪的行为，相应地区的无线电管理机构则要将其事件处理的性质升级，报送给公安机关或国家安全机关来处理。

4 预防干扰的举措

在具体的抗干扰实践中，人工操作方面的预防效应也不容忽视。技术人员需遵循“从我做起、预防为主”的原则，在工作实践中以实际行动来预防通信卫星受到干扰。技术人员可合理开展预防干扰操作，主要针对转发器进行相关设置。为有效减少卫星转发器可能遭受的干扰，技术人员要调动用户主动配合的积极性，搞好上行发射前的每一项检查与测试工作。具体可包括：

其一，做好入网测试。在地球站设备投入使用前，请电视用户提供天线性能指标，并严格按照相应的卫星入网要求进行设备入网测试，对设备杂散、调制特性、互调特性、功率/频率稳定度进行测试；其二，做好电磁检查，检查设备接地、系统链路电平状态，快速排除接地电阻高、线路屏蔽差、插头接触不良等因素引起的电磁干扰；其三，做好上星标定，在每次上行发射前，与卫星公司控制中心做好联系，有效进行上星标定。

5 结语

广播电视卫星通信的有效性较大程度上依赖于卫星信号的抗干扰效果，所以通信卫星技术人员需要在抗干扰实践中不断总结经验，积极利用有效的技术措施来控制干扰，从自然因素方面、转发器方面、地球站信号接收方面以及监测方面采取措施，尽可能降低干扰因素对卫星通信的影响。