卫星通信的干扰分类和分析方法

卫星通信的干扰分类和分析方法

一、概述

无论任何通信系统，包括电缆，光纤，微波，卫星等通信系统，都存在受到干扰的可能。卫星通信系统是一种开放系统，相对于其它通信方式较易受到干扰。

卫星干扰的特点：

• 定位和排除难度大

• 卫星覆盖范围广

• 卫星转发器具有开放性

• 各卫星网络内的发射地球站数量众多

• 经常性

卫星干扰问题存在于卫星的整个寿命期间，需要卫星运营商和用户长期共同的关注。用户应该经常对自己的系统进行检查，排除产生干扰的隐患。发现干扰后，卫星运营商和用户应共同配合并采取积极措施查找干扰。

二、卫星通信可能出现的主要干扰及其分析

• 日凌干扰

地球自转的轨道平面与太阳的公转轨道平面成23.5度的倾斜角，因此每年太阳会在3月21日（春分）及9月23日（秋分）时经过地球赤道上空。地球同步轨道通信卫星位于离地球赤道上空约36,000公里的轨道位置上，与地球保持同步转动。因此，每年春分和秋分前后，在卫星地球站所在地的每天中午时分，卫星将处在太阳与地球之间的直线上。这时卫星地球站天线在对准卫星的同时也对准太阳，使太阳产生的强大的电磁波直接投射在地球站天线上。由于太阳产生的电磁波频谱很宽，因此，对地球站来说，该电磁波是一个巨大的噪声源，对其所接受的卫星信号造成干扰从而使接收链路严重恶化甚至中断，这种现象即称为卫星通信的“日凌现象”。

由此可见，日凌现象是卫星通信系统遇到的一种无法避免的自然现象。但日凌只影响卫星地球站的下行链路，不影响其上行链路。它每年均会集中发生二次，即春分（3月21日）和秋分（9月23日）期间，每次约延续6天左右。每次发生时，卫星地球站会连续数天在同一时段内出现接收信号质量下降或通讯中断现象，持续的时间一般为10分钟左右。因此，为保证卫星通信系统的稳定运行，应准确预测出日凌发生的日期和时间，以便及时采取有效措施防范和降低日凌现象对卫星通信电路的干扰。

• 邻星干扰

邻星干扰和两个因素密切相关，相邻卫星以及天线的旁瓣特性。

• 天线的旁瓣（副瓣）

任何形状，任何口径的抛物面天线都会存在几个或多个瓣（如下图所示），其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。从图中我们可以看出：

• 抛物面天线具有很强的指向性，辐射能量的绝大部分集中于主瓣； • 在旁瓣上也存在相应的能量辐射；

• 旁瓣能量辐射的强度可以用天线的旁瓣特性描述；卫星通信天线的旁瓣特性应满足ITU-RS.580中的要求；

• 接收和发射的旁瓣特性基本相同，因此一般而言天线的口径越小，也就越容易受到邻星的干扰和对邻星造成干扰。

• 相邻的卫星

天然的静止卫星轨道只有一条，它属于世界各国共用，对它的要求是必须尽可能地容纳各国所需发射的静止卫星。因此，静止通信卫星的轨道位置是非常珍贵的，资源十分有限。以东经57度至183度为例，在126度的赤道弧线上现共有各种频段的通信卫星97颗，平均每间隔1.3度一颗星。

如果两颗卫星的通信频段和服务区都相同，在理论上必然存在相临卫星间的干扰。两颗卫星的轨道位置间距越近彼此间的相互干扰就越大。因此，卫星的轨道位置不能由各国任意占用，而是和无线电频谱一样，由国际电信联盟（ITU ）的频率登记委员会（IFRB ），根据有关的国际协约—《无线电规则》负责进行管理与协调。一般而言，通信频段和服务区都相同的两颗邻星，其轨道位置间距应不低于2.0度。

• 邻星干扰示意图

综上所述，由于卫星通信天线除了主瓣方向有较高的增益以外，旁瓣方向也存在着一定的增益，当天线主瓣指向通信卫星A 的同时，其旁瓣方向的增益在客观上对相邻卫星B 的同频段业务造成了干扰；同理在接收A 卫星下行信号的同时，也必然会收到相邻卫星B 同一频段的下行信号。两者的不同在于主瓣的增益要远大于旁瓣增益。因此邻星干扰是不可避免的，但是可以通过增加地面天线的口径，扩大相邻卫星的轨道间距等措施加以限制。

为了保障卫星通信正常、有序的进行，将邻星干扰控制在一个合理的可接受的范围内，两颗邻星的操作者应按国际电联的要求，在发射卫星前完成干扰协调。满足相邻卫星间干扰协调要求的各种接入将受到国际电联和各成员国相应法律条文的保护。

人为的邻星干扰可分为三类

• 上行邻星干扰

地球站的上行功率谱密度对于邻星的辐射（泄漏）超出了两颗卫星相互协调的规定。

造成上行邻星干扰的原因，一般来讲是因为该地球站的发射天线口径较小，发射功率过大或天线指向的偏差。

• 下行邻星干扰

相邻卫星的下行功率谱密度超过了两颗卫星相互协调的规定。

造成下行邻星干扰的原因，一般来讲是因为个别地面站的发射功率超出了允许的范围。值得一提的是，小口径天线的波束宽，容易受到下行干扰。

• 上下行邻星干扰

上行邻星干扰和下行邻星干扰共同作用、相互叠加的干扰。

•反极化干扰

为了充分利用频率资源，卫星通信中常采用极化隔离频率复用技术，它是指两个波束的指向区域可能是重叠的并且使用相同的频率，但通过使用的极化方式来实现信号之间的隔离，即一个信号波用水平极化，另一个信号波用垂直极化；或一个信号用右旋极化，另一个信号用左旋极化。

在实际应用中完全正交的信号是不可能存在的，即不同极化且频率相同的信号之间会产生相互干扰。因此，各个卫星公司对极化隔离度都有具体而严格的规定，亚洲卫星公司的指标为：主波束的-1dB 等值线内，交叉极化隔离度不小于30dB 。

但是，即使通过开通测试满足要求的地球站，随着时间的推移，也会由于各种原因造成极化隔离度下降带来极化干扰。如：

a. 地球站搬迁。任何地球站的搬迁均需要重新进行极化隔离度和发射功率的标定；

b. 地球站天线指向误差过大；

c. 极化器挪位，由于各种原因造成极化器偏离原来的位置；

d. 天线馈源膜损坏，馈源填充其它物质。

• 互调干扰

在卫星通信中，卫星和地球站的高功率放大器（HPA ）都是非线性设备。当有多个载波同时需要HPA 放大时，由于其幅度和相位的非线性，就会在输出信号中出现各种新的频率分量（即通常所说的互调产物），当这些组合频率成分落在工作频带内，便会对有用信号造成干扰，产生所谓的互调干扰。

• 相邻信道干扰

在同一卫星转发器内, 通信载波是按照频率的高低顺序排列的, 相邻载波间部分频谱互相交叠而产生的干扰称为临信道干扰。产生临信道干扰的原因主要有：

a. 地面站的滤波不完全

不同设备厂商所推出的设备其滤波器的滚降特性都不尽相同，矩形滤波器只能在理论上实现，因此滤波器的优劣直接影响分配带宽和实际占用带宽，如果实际占用带宽大于分配带宽就有可能产生干扰。

b. 地面载波存在频率漂移

两个相邻载波，如果出现相对的频率漂移，只要漂移的幅度大于载波间的保护带，就有可能产生相互的干扰。

产生频率漂移的主要原因如下：

• 多普勒频移（Doppler frequency shift）

由于通信卫星的摄动，导致了通信卫星和地面站之间存在一定的相对运动。根据多普勒定律其产生的频偏计算如下：

C 波段 ＝ 6x10x （3.8/3 x10）

＝76Hz

FDF=Fo（Vr / C ） u 波段 ＝ 14x109x

（3.8/3x108）＝177Hz

Vr ：卫星相对于地面站的最大相对速度

• 频率稳定度

任何地球站发射载波的频率稳定度都是和调制设备、射频设备本振的频率稳定度、卫星转发器的频率稳定度相关联的。一般来说载波的频率稳定度在10x10-6这个数量级上。

c. 其他站的寄生发射。

对于工作频带相近的地球站来说，其发射机的寄生发射（地面站功放输出回退越小，其寄生发射就越严重。）可能会落入其相邻载波的分配频带内，从而造成干扰。亚洲卫星公司规定调制载波的峰值（最大值）与两边的频谱再生噪底的差值应大于26dB

• 地面站电磁环境干扰

由于卫星的广播特性，所有位于卫星波束覆盖区内同频段工作的地面通信系统都由可能会与卫星通信系统产生相互同频干扰，干扰的大小与载波功率谱密度、使用的频率、通信天线的地点、口径、指向等因素有关。 98

• 地球站设备异常导致对转发器的干扰

由于地球站设备故障或连接电缆损坏、老化，而产生的杂散、自激、转发等异常状态会对卫星转发器造成各种形式的干扰。

a. 调频电台干扰

由于地面调频广播使用88MHz-108MHz ，而相当一部分地球站使用70MHz 或140MHz 中频作为地面设备调制器和变频器输入输出接口的通信频率。因此，如果地球站与周围环境的隔离不好，就有可能将本地调频广播信号与自身的中频信号一起变频、放大、发射到卫星转发器口面，从而造成了调频干扰。

b. 转发干扰

转发干扰是由于地球站收发隔离不满足要求，将接收到的信号转发到卫星转发器，从而造成对整个转发器甚至相邻转发器的干扰。

其判断依据为误码率剧烈恶化，载噪比却略有增加。

可用如下方法加以验证

• 在受到干扰的转发器带宽内发射未调制载波；

• 使用频谱分析仪监测该未调制波的下行信号，频率带宽的设置应尽量的窄（≤10KHz ）；

• 观察该未调制波是否光滑、洁净。

• 如果发现有经常性的毛刺产生，同时将发射频率转换至其它转发器毛刺消失。则可判断为该转发器受到转发干扰。

c. 自激干扰

自激干扰是指由于地球站射频设备出现状态异常，恰好使某级放大电路产生正反馈从而导致自激产生，即在没有中频激励的情况下，产生了载波输出从而对卫星转发器造成的干扰。干扰载波的频率、信号强度有可能随着时间、温度的变化而变化。

三、干扰源的分类

• 卫星通信不可避免的干扰（interference ）

卫星通信系统本身就是一种开放系统，加之轨道资源有限，因此在客观上该通信系统就存在着诸多不可避免的干扰，如日凌干扰、邻星干扰、反极化干扰、互调干扰、临信道干扰等干扰通常都是不能克服的。但是除了日凌干扰外，其他

的干扰的强度都是可以控制的，也是可以估算的，只要通信网络规划合理、使用正确，卫星系统的通信质量是可以得到充分保障的。

• 不规范操作或误发干扰（jamming ）

不规范操作或误发干扰是指由于操作者的疏忽、判断不正确或设备故障从而对卫星造成的干扰。大部分卫星干扰都是由于上述原因引起的。因此，一支专业水准较高且具有敬业精神的运营队伍，是卫星通信网络正常稳定运行的保障。

• 恶意干扰（intrusion ）

由于某种政治军事目的或商业企图或个人好恶或者几种因素的组合，而有计划、有目的、有组织的对卫星进行干扰或盗用。此种恶意干扰严重违反了国际惯例，应予禁止并遭受谴责。