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卫星通信论文5000字

论文栏目:通信论文来源:互联网时间:2017-06-29 14:48

  卫星通信常见干扰及其排除

  摘 要:数字通信作为当今远程通信的主要手段,是通信的重要组成部分。卫星通信受环境和自身因素影响,在应用中会受到各种干扰技术影响。故而,在实际工作中,必须深入研究干扰的处理技术,不断增强抗毁性和抗干扰能力。文章主要论述了卫星通信中的常见干扰以及处理措施,以供参考。更多通信论文相关范文尽在top期刊论文网。

  关键词:通信论文

  卫星通信干扰从来源看,可以分为自然现象干扰、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。当然有些干扰是相互交叉,不可分割的。比如邻星干扰就有可能是由于人为原因,如天线对星不准确造成的。星上中频调频干扰的上行既属于通信线路问题,又与地球站当地电磁环境有关等等。

  自然现象干扰

  1、日凌干扰

  (1)形成原因

  每年的春分和秋分前后,当卫星处于太阳和地球之间时,地球站天线在对准卫星的同时也会对准太阳。此时太阳的强烈辐射噪声会使正常的卫星通信接收受到影响,即为日凌干扰。严重的可能会导致中断,通常称为日凌中断,如图1。

  (2)简要分析

  日凌中断的时间与地球站的地理位置、天线的口径、工作频率有关系。

  对于北半球来说,春分时,地球站的纬度越高,日凌开始和结束的日期越早;秋分时,纬度越高,则日凌开始和结束的日期越晚。地球站的经度则影响着日凌每天开始和结束的时间,在纬度相同的情况下,越往东,每天日凌开始和结束的时间越晚。

  地球站天线的口径越大,其3dB波束带宽就越窄,受到日凌影响的时间就越短。

  地球站天线接收频率越高,其3dB波束带宽就越窄,日凌持续的时间也越短。

  (3)避免办法

  对于日凌干扰,目前尚无有效的方法来避免,一般卫星运营商的业务监测部门都会把各地的日凌时间表发送给用户或者放在网站上,以便用户提前做好准备。

  2、电离层闪烁干扰

  (1)形成原因

  当无线电波通过穿越电离层时,受电离层结构的不均匀性和随机的时变性影响,造成信号的振幅,相位,到达角,极化状态等短周期的不规则变化,形成电离层闪烁干扰。

  (2)简要分析

  电离层闪烁与地球站工作频率、地理位置、地磁活动情况、季节等有关系。

  地磁赤道附近+20o和地磁高纬度区电离层闪烁较为严重。我国长江以南地区和长江以北部分地区属于电离层闪烁活跃地带,如图2。

  电离层闪烁多在春分和秋分时最大,多发生在夜间,春夏季节如果发生的话,引起的衰落和增强很大。据统计,香港在4/6GHz的最大衰落值达9dB。

  (3)避免办法

  由于电离层闪烁幅度的变化比较缓慢,并且受衰落影响的频率范围比较宽,同时电离层不规则区会漂移,因此在电离层闪烁环境下,信息长度越短,受干扰的可能性就越小。所以对付电离层闪烁的有效方法,就是尽可能的采用时间分集或者编码分集的办法,或者适当增加电离层闪烁衰落的储备余量。

  电磁环境干扰

  1、形成原因

  地面微波通信中继信号和雷达信号(主要是C波段)与卫星信号一起被地球站天线接收,对有用信号形成干扰。

  2、判断方法

  当用户接收的卫星信号受到干扰时,如果可能的话,可以关闭该频段载波。如果仍有干扰杂波存在,又排除了邻星等其他干扰的可能性,就有理由怀疑电磁环境干扰的存在。

  一般在新建地球站或者怀疑周围有干扰存在时,可以进行电磁环境测试。测试的大致框图如图3,可以将地面C波段的信号变换成L波段信号,用频谱仪进行观察,如果在相对应的频段出现干扰信号,且大于一定的干扰容限,就可以认定在该频段存在电磁环境干扰。

  但随着社会的发展,城市建设的扩张,一些原来处于市郊、电磁环境比较好的地球站受到的干扰会越来越多。对于接收用户站来说,所处的环境更是复杂多样,电磁干扰随处可见。新建站在做完电磁环境测试以后,不等于以后就没有电磁环境干扰了,要特别注意周围是否有微波塔等中继站的建设,它们经常会造成电磁环境的变化。

  3、避免办法

  (1)寻找屏蔽较好的地方。由于干扰波之和都是直线行进,遇障碍物则会被反射。可以用上图介绍的方法,寻找干扰电波的辐射死角,避开地面电磁环境干扰。

  (2)架设屏蔽网:就是在天线四周架设铁丝网,用来防止干扰波的进入。架设铁丝网时,高度必须超过 LNA,且不应阻挡卫星信号的行进方向。

  (3)在信号进入LNA前加装滤波器,将干扰载波去除。

  以上办法只能针对不太强的电磁环境干扰,对于很强的干扰,最好的方法是回避该频段。也就是在分配卫星频段时,使用户的本地发射和接收频段避开电磁环境测试中测到的干扰频段。

  设备故障干扰

  设备故障所引起的干扰是卫星通信最常见的干扰之一,主要分为卫星故障和地面设备故障两大类,而地面设备故障又分很多种情况。

  1、卫星故障干扰

  卫星故障指的是通信卫星的整星或者某转发器失效或者故障。由于卫星处在恶劣的太空环境,受太阳风暴等宇宙高能粒子“轰击”,卫星的控制器件可能会误操作或者损坏,卫星的姿态也可能受到影响。虽然现代通信卫星大多关键器件都有备份且可以及时切换,但是仍可能有很多意想不到的情况。出现了这种情况,如果是整星故障且不能恢复,就只能转星。如果只是涉及到某个转发器,可以采取换转发器的方法。

  2、地面设备故障干扰

  (1)中频转发干扰

  A.形成原因

  由于地球站的中频电缆接头松脱、虚接、电缆破裂等原因,使中频电缆的收发隔离不好,将接收到的中频信号通过上行中频电缆又重新转发到卫星上,从而对其他用户产生干扰。

  这些干扰在地球站接收频段内的信号很弱时,加上地球站的收发有一定的隔离,通常不会在卫星频谱上显示出来,也就不会对其他用户构成干扰。但是当卫星上有某个用户功率较大时,中频收发隔离不好的地球站就会把这个载波二次转发上来。

  B.判断方法

  可以在怀疑存在转发干扰的转发器上发射一个单载波,如果有某个或者几个地球站的将此载波接收下来后再转发上去,由于多谱勒频移等原因,发射到卫星上的频率会原频率有一点偏差,二次转发的功率也会小很多。一般把频谱仪的分辨带宽设到小于10Hz,就可以看到这些转发干扰。

  C.避免办法

  要避免中频转发干扰就要找到它。

  假定转发器带宽为常见的36MHz,经地球站的ODU或者下变频器,只有ODU或者下变频器设定频率+20~30MHz的载波能够进入中频电缆,即使中频上行频率没有设在70MHz,也只能影响到相邻的转发器。所以查找的目标应该首先考虑本转发器,其次是相邻的转发器。

  查找的方法是让用户将上行功放电源关闭,看本转发器上单载波旁边的转发干扰是否消失。如果消失了,可以再反复关开几次进行验证。如果仍然存在,就可以继续查找其他用户。注意,有时候一个转发器上会同时有几个转发干扰存在,特别是存在VSAT用户的时候。

  找到产生干扰的用户以后,应该让该用户检查收发中频电缆,必要时应该更换,直到彻底解决问题。

  (2)地面调频广播干扰

  地面调频广播干扰与中频转发干扰类似,都是由于中频发射电缆屏蔽不好造成的。

  A.形成原因

  由于地球站上行中频电缆屏蔽不好(包括开裂,接头破损等),地面调频

  广播(频段87~108MHz)通过中频电缆传输到卫星上,对正常信号构成干扰。

  B.判断方法

  在卫星上发现调频广播时,可以用频谱仪(比如HP8563E)监听的办法确定干扰的地点,有的电台可以直接从广播内容中判断出地点。有些少数民族语言电台和外语电台,通过监听也可以大致缩小干扰查找范围。

  C.避免方法

  中频上行时,通过上变频设备时,有一定的带通范围。我们以一个输入输出带宽40MHz的上变频器为例,假设输入信号中心频率为很多用户习惯采用的70MHz中频,对应的接收中心频率为4GHz,则调频广播应该落在4017~4138MHz。所以查找调频干扰来源的时候,一般要在本转发器或者相邻的转发器上来找。

  确认是否是该用户发射的干扰,也只能通过关闭该用户上行功放电源的方法,看卫星上的调频广播是否同时消失。测试时注意一定要关闭功放的电源,有时如果只关闭了上行中频信号源,本地广播仍能通过功放发上卫星,从而错过查出干扰的机会。

  彻底避免调频广播干扰的方法:

  重做或者更换电缆。

  个别没有条件的地区,可以尝试将收发电缆互换(在保证原接收电缆屏蔽良好的情况下),暂时将星上干扰去除,等待有条件时更换电缆。

  在上变频器或者ODU等输入端上加装中频衰减器,减小地面调频信号的强度,同时增加用户中频信号的强度,增加的功率应能抵消中频衰减器的衰减。当然这是在用户的中频发射功率有余量的情况下才能实现。实践中,这种办法对很多不明原因的中频地面干扰有很强的抑制作用。

  (3)交调干扰

  我们在频谱仪上观察到的交调干扰,有转发器产生的交调干扰和地面设备产生的交调干扰两种。

  由转发器和地球站产生的交调干扰都是由地球站引起的,所以将这两种干扰都放在这里一起介绍。

  A.产生原因

  转发器产生交调干扰的原因是多载波工作,使转发器工作在非线性区。

  地球站产生的交调干扰是由地面设备引起的,比如调制解调器、上变频器、功放等,如果上行链路匹配不当,或者由于链路设计问题,没有预留足够的余量,在某些时候,为了达到足够的载噪比以进行接收,将某个设备输出电平提高到非线性区,就会产生交调干扰。

  B.判断方法

  转发器产生交调干扰的判断方法是,让产生交调的用户将发射功率降低,如果交调同时减小直到消失,就基本可以确定是由于用户发射功率过高,导致转发器进入非线性区。

  地球站产生的交调干扰的判断方法是,让产生交调的用户将上行设备功率从中频到射频逐级降低,如果某个设备功率降低以后,导致了交调的减小或者消失,就表明该设备是产生交调的原因。

  C.避免方法

  避免转发器产生交调干扰的方法是,尽量在业务开通测试的时候控制功率,严格按照链路计算的功率上行,不能让某个载波功率过高。

  地球站产生交调干扰的解决方法是,严格做好站内上行设备的测试,使其三阶互调满足规定指标;确保调制解调器,上变频器,功放等有足够的回退,不要工作在非线性区;确保各级上行设备功率匹配良好。

  (4)杂散干扰

  杂散干扰也是经常见到的卫星通信干扰之一。我们经常见到卫星频谱中出现一些不明杂波,有的就是由于地面设备故障产生的杂散干扰。尤其常见于已经不再使用卫星通信的用户,但是其上行设备仍然没有关闭,时间一长,设备出了问题也无人管理,给其他用户造成干扰。

  A.产生原因

  上行设备杂散指标不合格,工作频带内存在杂波或谐波。

  上行设备输出电平设置不合理,工作在非线性区,造成载波噪声或频谱扩散。

  B.判断方法

  如果在卫星转发器上发现不规则的杂波或者噪声,在排除了调频广播、交调等干扰的可能后,有可能就是地面设备产生的杂散。

  C.避免方法

  认真做好新建地球站站内设备的测试,使之合乎标准。

  合理设置上行设备的工作点,并严格执行入网时标定的功率,增加功率应报告卫星公司。

  任何设备的变动应该及时通知卫星公司。

  卫星公司应该及时敦促已经退租或者换星换频率的用户关闭或者更改设备的设置,不要让某一闲置设备长期处于无人过问的状态。

  杂散干扰涉及的频率范围可能会比较广,确定干扰源有一定难度。应该首先查找最近有变动的用户,要求被怀疑的用户关机后检查杂散是否消失是较可行的办法。

  人为原因造成的干扰

  1、同极化干扰

  (1)产生原因

  A.用户没有按照卫星公司分配的频点发射,占用了其他用户的频点,对正常使用的用户造成干扰。

  B.用户没有严格按照卫星公司开通测试时的标定,擅自超功率发射,导致虽然有保护带,仍然对相邻载波造成干扰。

  (2)避免方法

  卫星公司定期核查各用户的发射频率和功率是否适当,遇有其他用户申诉,或者发现超频率范围和超功率使用,应及时制止和纠正。

  2、反极化干扰

  (1)产生原因

  A.由于自然或者机械原因,导致馈源进入其他物质或者极化器角度偏离等,使用户天线极化隔离度变差。

  B.用户固定天线没有调极化就上星。

  C.用户卫星移动天线在每次上星之前,没有调极化。

  D.反极化用户超功率使用,即使极化已经调校合格,也会导致一部分泄漏到正极化,对正极化用户造成干扰。

  (2)判断方法

  让正极化用户关闭载波,如果正极化的载波与反极化的载波频率和带宽均相符合,有理由怀疑是反极化用户带来的干扰。

  让反极化用户关闭载波,如果正极化用户受到的干扰消失,也有理由怀疑是反极化用户带来的干扰。

  以上两种方法可以同时使用,互相验证。

  (3)避免方法

  用户的每副天线上星前,都应进行极化调整。

  用户的天线进行迁移后,要重新进行极化调整。

  用户应严格遵照链路计算的功率发射,不应擅自提高功率。

  3、转发器偷用

  少数非法用户为了私利,在未经卫星公司同意的情况下,偷用卫星频段,甚至占用其他合法用户的频段。通常这种载波的极化都较差,还经常干扰正常用户使用。对非法偷用这一损害广大合法用户权益的行为,应该坚决予以打击。

  避免方法

  可以把合法用户转移到备用频点,对非法用户实施干扰。

  对非法用户实行卫星定位,报当地无线电管理委员会处理。4、恶意干扰

  近年来,出现了法轮功攻击广播电视卫星等一些恶意的干扰事件。对于这些干扰,一定要用行之有效的办法彻底杜绝。

  避免方法

  加大上行功率压制非法信号。

  降低卫星转发器增益档,增加地面发射信号功率。

  加紧研制新型抗干扰卫星,采用点波束、可移动波束天线、转发器输入认证等技术,不给不法分子以可乘之机。

  邻星干扰

  由于卫星轨道资源有限,而同步轨道卫星又越来越多,使原来C频段卫星5度左右的间隔降低为2.5度左右,Ku频段就更加密集。由此而产生的邻星干扰也随之增多。

  邻星干扰主要分为上行和下行邻星干扰。

  1、上行邻星干扰

  (1)产生原因

  邻星用户天线指向偏离,致使本该发往目标卫星的载波,发到了邻星上。

  邻星用户天线旁瓣过高,不符合入网测试标准,将一部分功率带到了邻星上。

  邻星用户天线口径过小,虽然符合入网测试标准,但是需要过高的发射功率,导致其旁瓣发射到了邻星上。

  邻星个别用户发射功率过高。

  (2)判断方法

  将接收天线转往邻星,查看相同频段是否有与干扰载波类型和占用频段相同的载波,如果确实存在,邻星干扰的可能性就很大。

  (3)避免方法

  邻星通常是不同卫星公司甚至不同国家的卫星,出现干扰就需要进行协调解决。避免方法主要是通过邻星卫星公司敦促用户采取以下措施

  让邻星用户重新调整天线指向。

  不让邻星用户使用旁瓣指标超高的天线。

  不要让邻星用户使用口径过小的天线,应该使用链路预算中推荐的最小口径以上的天线。

  调整功率过高的用户的发射电平。

  2、下行邻星干扰

  下行邻星干扰的产生原因和解决方法与上行邻星干扰类似

  (1)产生原因

  用户天线所在区域上空有两颗卫星的覆盖区重叠,致使用户在接收正常信号的同时,旁瓣接收到邻星信号。

  用户天线指向偏离目标卫星,接收到邻星信号(类似于有很多爱好者一锅多星)。

  邻星有用户发射功率过高。

  用户天线口径太小。

  (2)判断方法

  将天线转往邻星,用频谱仪查看是否和干扰载波类型和频段符合。

  (3)避免方法

  尽量使用较大口径的天线。

  将天线对准目标卫星。

  由卫星公司与邻星协调降低邻星发射功率过高用户的发射电平。

  其他干扰

  1、扫频干扰

  卫星通信中,有时会突然遇到一些部分频带甚至全频段的扫频干扰。由于这种干扰涉及的频率范围经常很宽,对正常用户的打击很大,因此应尽快予以消除。

  (1)产生原因

  某个用户设备故障或者失控是最常见的原因。尤其是对已经停用卫星,但是上行设备并未关机,又很长时间无人管理的地球站,最容易发生这种问题。

  个别用户恶意干扰。

  (2)解决办法

  对已经退租或者长时间停用卫星的用户,应该督促他们将所有上行设备断电。

  对个别恶意干扰的用户,可以对其实行定位,掌握充分证据后,追究其法律责任。

  2、单载波干扰

  (1)产生原因

  某个合法用户为调极化而发射,事先未通知卫星公司。

  合法用户在做载波参数变换时,临时将载波变为单载波。

  非法用户恶意干扰。

  (2)避免办法

  单载波干扰中,合法用户误发的情况比较常见。我们只要结合分配给用户的频率以及过去常用这个频段的用户的情况,就不难判断出是哪个用户在使用。

  以上只是笔者结合多年工作在卫星通信业务监测第一线的实践所总结的一点经验,随着卫星技术和通信技术的进步,还会有其他更多更复杂的干扰出现,排除和解决干扰的技术也会不断进步,使卫星通信能够更好地为我们服务。

  作者:胡鑫 刘立华

  通信论文范文文献资源参考:http://www.topqikan.com/tecpaper/tongxinz/

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