广播电视卫星传输技术
一、卫星通信的优势
利用卫星传输广播电视节目是卫星应用技术的重大发展，卫星通信同现在常用的电缆通信、微波通信等相比，有较多的优点，具体表现在以下几个方面：
●卫星通信的传播距离远。
同步通信卫星可以覆盖最大跨度达一万八千公里的区域。在这个覆盖区的任意两点都可通过卫星进行通信，而微波通信一般是50公里左右设一个中继站，一颗同步通信卫星的覆盖距离相当于300多个微波中继站。
●卫星通信路数多、容量大。一颗现代通信卫星，可携带几十个转发器，可提供几十路电视和成千上万路电话。
●卫星通信质量好、可靠性高。卫星通信的传输环节少，不受地理条件和气象的影响，可获得高质量的通信信号。
●卫星通信运用灵活、适应性强。它不仅能实现陆上任意两点间的通信，而且能实现船与船、船与岸上、空中与陆地之间的通信，它可以组成一个多方向、多点的立体通信网。
●成本低。在同样容量、同样距离的条件下，卫星通信和其他通信设备相比，耗费的资金少，卫星通信系统的造价并不随通信距离的增加而提高，随着设计和工艺的成熟，成本还在不断降低。
二、卫星电视广播系统组成
卫星电视广播系统主要由四部分组成：上行发射站、星载转发器、测控站、地球接收站。上行发射站把节目制作中心送来的信号（可以是数字电视信号、数字广播、视频、音频、中频信号等）加以处理，经过调制，上变频和高功率放大，通过定向天线向卫星发射上行C、Ku波段信号；同时也接收由卫星下行转发的微弱的微波信号，监测卫星转播节目的质量。星载转发器用于接收地面上行站送来的上行微波信号（C波段为6GHz，Ku波段为14GHz），并将它放大、变频、再放大后，发射到地面服务区内。因此，星载转发器实际上是起一个空间中继站的作用，它应以最低附加噪声和失真传送电视广播信号。地面接收站接收来自卫星的信号，经过低噪声放大，下变频为中频信号、中频信号经过调频、解调后得到基带信号，分别送到视频恢复电路和伴音解调电路，重新得到正常的视频信号和伴音信号，直接送到电视监视器或电视机，重现彩色图像和重放伴音，也可以重新调制到电视频道上传送给用户。
三、广播电视卫星传输技术原理
（一）上行发射站
首先，经过视频处理电路处理后的视频信号与经过伴音处理电路处理的伴音信号相加混合成基带信号，然后对中频载波进行调制，将输入的基带信号变为70MHz的中频调谐波。中频信号再经过上变频，变为指定的发射频率后，送到高频功率放大器进行放大，再由发射天线发射给卫星。上行发射站可向卫星传送一路或多路信号，通常采用主瓣波束较窄的大口径发射天线发射，以提高上行站的抗干扰能力。
1．视频信号处理过程
①预加重技术
调制信号在接收端解调时，白噪声电平随频率的升高呈线性增长，这种变化规律称为调制波的三角噪声特性，它使图像信号的高频成分容易受到噪声的影响。为了提高图像信号高频端的信噪比，改善三角噪声特性，减少传输信号的微分增益和微分相位失真，在视频信道中对图像信号进行预加重处理。所谓预加重就是在发送端将图像信号先送入预加重网络，由于预加重网络具有高端增益高、低端增益低的特性，使得图像信号的高频成分得到增强。
②能量扩散技术
在带有行、场同步信号的视频信号中，大多数时间里信号电平都处于黑白电平上；而中间电平的时间较短。用这种视频信号对载波进行频率调制，就会造成频谱能量在两侧过于集中，分布不均匀，致使与它共用频段的某些地面通信受到较大干扰。为了减少这种干扰，在发射功率受到限制的同时，也应对信号频谱能量加以扩散。为此，人为将一个频率大约为30Hz的三角波加入基带信号中，组成复合信号。用此复合信号对载波进行调频，便可使信号频谱能量扩散，使其均匀分布。
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2．伴音信号处理过程
①伴音信号的模拟传输方式
模拟传输方式首先将伴音信号中高于视频信号的上限频率的伴音副载波进行频率调制，然后与经过预加重和能量扩散处理的图像信号，按照频分复用的方式进行相加混合成基带信号，再对中频载波进行调频。伴音信号的模拟传输采用FM-FM（两次调频）的传输方式。
②伴音信号的数字传输方式
数字传输过程首先将伴音信号进行模/数转换，即将伴音信号经过取样、量化、编码的一系列过程，将模拟的声音信号变为数字码流，并将多路数字化后的伴音信号按时分复用方式合成为一路数字信号，然后经过信号压缩、前向纠错编码及加扰码等一系列处理后，再对高于图像最高频率的伴音副载波进行相位调制。如此得到的伴音调制信号再与经过处理的图像信号合成为基带信号，最后一起对中频载波进行调制。
（二）星载转发器
在电视广播卫星上有C、Ku波段转发系统，它接收来自上行发射站的信号，并且向卫星电视广播地面接收站转发下行信号，实质上是一个安装在赤道上空的中继站，其工作原理与地面差转机类似。它由收、发天线、转发器和电源组成。转发器又由高灵敏度的宽带低噪声放大器、变频器、C、Ku波段功率放大器等组成，是决定卫星电视广播质量的关键。
星载转发器在电路结构上一般有两种方式：一是直接变频式，它将上行的微波频率经过一次变频，变为下行微波频率。
另一种为二次变频式，它将上行的微波频率变化为中频，经放大后再变频为下行频率。直接变频式电路简单，但由于工作频率高，因而对元器件要求高。二次变频式电路工作于中频，对元器件要求不高，容易实现高增益和AGC控制。
（三）地面接收站
卫星电视接收站由天馈部分、高频头、卫星接收机等部分组成。天线接收来自卫星的信号，通过高频头将微弱的电磁波信号进行低噪声放大，并将它变换为频率为950～1450MHz的第一中频信号。中频信号经过电缆送到卫星接收机进行解调。选台器从950～1450MHz的输入信号中选出所要接收的某一电视频道的频率，并将它变换为固定的第二中频频率（通常为479.5MHz），经中频放大和解调后得到包含视频和伴音信号在内的复合基带信号。视频信号送到视频恢复电路先经过去加重处理。所谓的去加重处理，实际上是让视频信号通过一个频率响应特性与预加重频响特性相反的无源二端口网络，从而抵消预加重网络对信号产生的频谱畸变，恢复原本信号。由于在发射端对信号进行了能量扩散处理，即在视频信号中加入了30Hz的三角波扩散信号。因此必须在接收端进行能量去扩散处理，去除叠加在视频信号上的三角波信号，恢复视频信号的原来特性，得到正常的视频信号。伴音信号送到伴音解调器经过放大、副载波解调，去加重后得到正常的伴音信号。
四、我国卫星广播电视现状与发展方向
我国卫星广播电视的现状是：模拟电视与数字电视节目并存；C波段卫星电视与Ku波段卫星电视并存；数字加密电视与数字非加密电视并存。
今后应尽快建立广播卫星频段的大功率直播卫星系统（DBS）。Ku波段DBS的发展主要体现在以下三个方面：
1．采用更大功率容量的Ku波段卫星开展直播卫星／直播到户（DBS／DTH）业务。使广大用户使用0.4m甚至更小口径的接收天线，即可收到数十套至上百套丰富多彩的广播电视节目。
2．试播HDTV。将高清晰度电视节目通过直播卫星向全国发送，在大、中城市和有条件接收的地方，可用小型卫星接收天线进行高清晰度电视的集体和个人接收。
3．依靠卫星网络进行多功能开发利用，并与地面有线网络结合开拓多媒体市场，建立综合信息服务平台，开展新闻采集（SNG）和数据广播等业务。逐步向用户提供视频点播（VOD）、互联网接入、家中银行、实时信息发布、远程诊疗、远距离教学、电视会议、电视购物等多种服务。
第2节影响广播电视卫星安全传输的主要问题及基本应对
由上节介绍可见，广播电视的卫星传输系统是一个开放的无线远程点对面传输模式，上行站的工2
作状态、地面到卫星的空间环境状态、卫星的工作状态及地面单收站的工作状态均直接影响到广播电视节目卫星传输的效果；其中上行站、上行站到卫星的空间环境及卫星的状态异常对广播电视的节目传输产生的是面的影响，应给予更多的重视。
1.上行站影响卫星传输的主要因素及克服办法
上行站的异常产生的是一个面的影响，因此上行站的安全播出是广播电视卫星传输的基本保障之一。影响上行站安全播出的主要因素有：
(1)人为失误
包括操作失误、责任心不到位，未及时发现异态并采取挽救措施、业务不过硬造成的处理不当或处理不及时、维护检修不到位造成的设备故障。人为失误是可以杜绝的，办法是完善的管理制度、全面细致的故障预案、令行禁止的工作作风和一丝不苟的工作责任心。 尤其是面对当前法轮功的疯狂干扰，卫星传输的安全播出工作必须做实做细。处理突发事件 的原则是有效抵御干扰，减少影响、缩短停播。围绕这一原则找出解决问题的关键：
重在衔接：在处理突发事件时，主备设备之间、主备系统之间、部门之间的无缝衔接，是减少影响的关键。衔接程序要科学严谨，衔接手段要完善，衔接责任要明确，要求要高，管理要严格，考核要精确，对接才能准确无误，达到尽可能减少影响，缩短停劣播的目的。
重在反应：在处理突发事件时，反应迅速、处理果断，是避免重大事故的关键。反应快是建立在责任心强的基础上，值班三心二意往往不能及时发现问题。处理果断是建立在业务功底强的基础上，业务不熟练，技术不过硬往往延误处理时间。因此，一线值班员的政治素质和业务素质在很大程度上决定了停播时间和影响大小。
重在方法：在处理突发事件时，清晰的处理程序，简洁的操作步骤，简练的口令是争取时间的关键。在日常工作中就要按照尽可能减少影响，缩短停播的原则，善于总结，善于积累，通过每一次停播事故改进维护流程，制定准确、简明、有效、实用的应急处理预案和操作卡片，通过科学的方法达到有效抵御干扰，减少影响，缩短停播的目的。
(2)设备故障
单机设备故障是不可避免的，但可以通过系统备份策略、快速故障维护来避免或缩短因其造成的传输中断或传输质量下降。
上行站作为点对面的卫星传输的一个核心环节，为保证传输的不间断和高质量，需要有必要的系统在线冗余配置，故障情况下上行设备的主备切换是及时恢复或避免传输异常的有效手段。
设备故障的快速恢复主要靠平时严格深入的业务培训和各种故障演练等措施提高维护人员的业务素质，从而快速恢复设备或系统故障达到目标。
(3)电磁干扰
主要靠电磁检测、频率协调以及电磁屏蔽手段解决问题。
常见的电磁干扰为中波干扰、短波干扰、手机机站干扰、雷达干扰、电焊机产生的电磁干扰、微波干扰等。中波干扰主要影响地球站的基带处理系统和电源系统，主要的克服措施是良好的系统或机房屏蔽及屏蔽接地；短波干扰主要影响高速数字基带系统和L波段窄带传输线路，对于采用L波段ODU的地球站，由于该种设备一般需要由室内单元馈送一个L波段的本振信号，单频本振信号往往由于受短波干扰而给整个上行系统引入强大噪声，严重影响系统信噪比指标，比较有效的措施是机房屏蔽和馈线屏蔽，或采用半钢(铜皮屏蔽)电缆；雷达干扰多表现为对卫星C波段下行信号(4GHz)的干扰，由于此类干扰信号直接由接收天线引入卫星传输系统，地球站或卫星单收站一般无法克服，只能通过国家无委的频率协调解决，如果地球站或卫星单收站离干扰较远且有一定夹角也可通过适当加大接收天线口径解决；电焊机工作时会产生高频电磁弧，较近时会对卫星接收L波段的信号产生干扰，正常传输时一般应避免电焊机在卫星接收区近距离工作；c波段卫星信号很可能受到地面微波信号的干扰，但现实中由于国家无委一般对上行站和微波信道有较好的规划，所以这种情况较少发生。
(4)必要的值班辅助设施不完善
尤其是对于担负多卫星传输任务的地球站，面对当前严峻的卫星播出形式，仅靠传统的人眼看、人耳听的手段发现异态、判断异态、处理异态是远远不够的，这些传统的手段不能保证所有异态的及时
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发现，不能保证每个具体处理人员主观综合判断的正确性，不能保证每次处理的最恰当性。面对以上问题，一个有效的办法就是让对监视信号的主观评价客观化，让对一般异态的经验判断通过多点检测和科学的综合判断方法自动化，让对设备或系统的人为手动操作自动化，尽量减少安全播出对人的依赖。
2.空间环境对卫星传输的影响及改善措施
卫星通信是一个开放的通信系统，因此通信链路易受外部条件影响。影响广播电视卫星传输的因素很多，如通信信号间的干扰，太空天气对卫星传输空间链路的影响等。以下通过对几种常见现象的深入分析，以加强对卫星传输安全漏洞的判断和预防。
(1)天空天气对卫星传输的影响
太空天气对卫星传输的影响包括：对卫星的影响、对信号传播环境的影响和对地面站的影响，主要表现在以下几个方面：
①由太阳放射的高能量粒子可能造成高轨道卫星(如同步卫星)存储器发生混乱、绝缘材料充电及因绝缘材料被击穿突发放电造成的元器件损坏；
②太阳活动的加强会加速低轨道卫星的轨道衰落、降低卫星寿命；
③太阳噪声直接影响卫星下行链路的信噪比；
④信号穿过电离层或对流层时，会因被吸收、电离层闪烁、法拉第极化旋转等降级，即使接收站的输入信噪比下降。
(2)太阳活动对广播卫星的影响
广播卫星为同步卫星，属高轨道卫星，距离太阳最近，受太阳辐射的直接影响最大。太阳辐射包括电磁辐射和粒子辐射，情形复杂，其离子化辐射包括低量级紫外线、x射线及太阳风，通常情况下对同步卫星不会造成影响。但在太阳风暴爆发期，紫外线及x射线流会突然增大几个量级，辐射能量也会增强，同时还会伴随着大量电子和质子，少数情况下有些粒子会积累很高的能量。这些高能量的太阳能粒子往往就成为了卫星太空仓的杀手。
来自太阳的带电粒子会在卫星表面积累起来，在一些曲面上，或几个特殊的绝缘面之间充电，产生所谓的太空仓充电现象。当充电电压足够大时，卫星上的某些绝缘材料会被击穿，产生绝缘层放电，使某些PCB电路、电子器件被损坏。此外，如果在卫星仓计算机存储单元附近出现高电量的粒子，就有可能改变存储单元的状态，如由0变为1，这可能会导致系统控制程序或数据出错，触发卫星仓控制电路，产生伪指令。一般情形下，这些伪指令不会有什么大的影响，但偶尔也会触发使太空仓飘离地球等重大事故，几年前加拿大的Anik卫星正是因此丢失的。
在国内就曾出现过由于电离子累积产生了伪指令，导致卫星转发器自保护关机的事例。
此外，地球磁层可以控制太空粒子的运动，因此对处于其中的卫星通常有一定程度的屏蔽和保护作用。但对同步卫星，当太阳风及太阳系内的磁场条件足以将地球磁层靠近太阳一侧的边缘压缩到同步卫星轨道时(在太阳大爆发造成地球电离层磁暴时很可能发生)，同步卫星一旦处于地球和太阳之间，就会完全暴露在太阳粒子辐射的巨大作用力之下。对于一些较早的靠地球磁场维持正确轨道的卫星来说，除了要遭受来自太阳的高能粒子流的危害之外，同时还会因此失去它们的轨道参考，这无疑是危险的。在太阳活动峰年，随着辐射加剧，这种潜在的危险会随之增大。
(3)电离层对卫星传输信号的影响
电离层中充满了电子，相当于一个等离子导体，当电磁信号在其中传播时会产生相互作用。当信号频率在某个特定频率之下时，会在电离层处被反射；当信号频率在这个特定频率之上时，信号将穿过电离层，但同时会受到电离层的折射，从而改变传播方向，信号频率越高，传播路径因电离层折射而弯曲的程度越小。卫星通信的信号传播方式属于后者。但电离层并不是一个均匀的等离子层，其密度随每日不同时刻、高度、纬度、季节及太阳活动情况而改变，同时电离层还是一个色散媒体，并处于地球磁场中。这些特性决定了电磁信号在电离层中传播时必然会受到各种各样的影响。
对于卫星通信波段的信号而言，电离层的影响主要表现为折射、散射、闪烁及法拉第旋转效应。雷达跟踪目标对电离层折射非常敏感，但如果电离层相对均匀，折射对于卫星通信却影响不大。电离层色散效应会引起信号延时，对宽带通信还会产生差分延时，这对于宽带的卫星电视信号影响相对较大。以上效应正常情形下，对卫星通信不产生明显影响，但在剧烈太阳活动中，紫外线和x射线倍增，使电离4
层离子化程度加剧，不均匀性增强，地球磁场也因此有所改变，所以也需加以注意。
卫星通信信号穿过电离层时，信号极化同时会受到偏转，即发生法拉第极化旋转效应，对接收系统而言，这不仅减小了正极化接收信号的强度，同时增大了反极化干扰。对于一个极化隔离度在35dB以上的接收系统，如果法拉第效应将下行信号极化旋转5度，则极化隔离度会降到约20dB。法拉第极化旋转量正比于磁场强度和电离层总离子数，反比于信号频率的平方根，因此对低频信号影响相对较大，对低仰角传播的信号由于传播路径长，影响相对较大。在剧烈太阳活动中，VHF波段信号的极化可被旋转多周，而C波段(4GHz)信号的极化旋转最多在几度之内。
图2—3—5示意了在剧烈太阳活动中电离层中总电子数在一天之内的典型的变化情况及一个C波段卫星电视下行信号的相应的法拉第旋转情况和接收反极化信号的情况。
由于电离层不均匀，信号在电离层中传播时，其强度会随电离层密度的不规则变化产生快速波动，即形成所谓的电离层闪烁现象。电离层闪烁会给通信信号叠加一个低频分量的噪声，越靠近两极，电离层的不规则变化越强。在两极，电离层闪烁随时出现，但夜间更强一些；.在靠近赤道区域，电离层闪烁一般在晚间出现在午夜时消失，很少数情况下才会持续到清晨。当太阳紫外线、X射线增多时，离子化加强，电离层增厚，则电离层闪烁现象加剧，有时造成信号严重衰减。因此电离层闪烁强度也随着太阳活动变化。此外，由于太阳表面辐射不均匀，因此电离层闪
图2—3—5电离层电子数及法拉第效应24小时变化规律烁强度一般又随着太阳的旋转，以27天为一个周期变化。
电离层闪烁对信号的强度和相位均会产生影响。事实上，信号强度的波动并不是由于电离层的不规则吸收引起的，而是由于信号不同成分的相位变化不同，从而使合成信号的强度产生波动引起的。
同步卫星通信主要考虑地磁赤道附近区域(地磁赤道南北20度范围内)的闪烁，同步卫星通信信号在地磁纬度15～20度区域内穿过电离层时，电离层闪烁现象最强。地磁赤道与地理赤道稍有差异，如图2—3—6所示。从1995年我国广播电视卫星传输的数据统计也可以看出，北方地区受电离层闪烁影响不明显，但南方地区的广播电视卫星传输却受到相对较明显的影响。
图2—3—6地磁赤道示意图
此外，通信频率越低，电离层闪烁现象越严重。军用vⅢ’波段影响最重，L波段次之，只有最强的闪烁(发生在剧烈太阳活动中)才会对C波段及其以上波段造成影响。
(4)对流层对卫星信号传播的影响
对流层对卫星通信链路的影响主要表现为吸收衰减，对流层中的水蒸气对2GHz以上的信号损伤较大，且随频率增加而影响加剧。Ku波段(10～20GHz)除了对水蒸气吸收敏感外，对对流层中的尘埃也较为敏感。频率在20GHz以上的信号除了以上因素外，还会出现谐振吸收，如某些频率的信号会同空气中的氧分子产生谐振，其能量会因此被吸收。
对流层对卫星传输最常见和最重要的影响是雨雪衰，以下对此做详细分析介绍。
①雨衰成因及一般规律
当电磁信号穿过对流层时，其能量会因雨、雪、云、雾的吸收或散射而受到衰耗，衰耗的程度因信号频率、雨雪的大小及信号穿过雨雪区的路程长短而不同。图2—3—7给出了衰耗量与信号频率及雨、云、雾量的一般关系。
(图) 频率(GHz)
实线…雨引起的衰减
A：0.25mm／h(细雨)
B：lmm／h(小雨)
C：4mm／h(中雨)
D：16mm／h(大雨)
E：100mm／h(暴雨)
虚线…一云雾引起的衰减
F：0.032g／m。(可见度约600m)
G：0.32g／m。(可见度约120m)
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H：2.3g／m。(可见度约600m)
图2—3—7雨衰与信号频率及雨、云、雾量的一般关系
因降雨对卫星传输信号造成的衰减随频率的升高而迅速增大，随雨量的增大而增大，随传播路程的增长而增大。
一般来说，大雨以下的雨量，对于C波段的卫星信号，不会产生明显的影响。大雨 (16mm／h)时，C波段上行链路的单位雨衰量约为0.08dB／km，下行链路的单位雨衰量约0.02dB／km，雨区的高度一般不超过10公里，因此对一个仰角为40度的地面站，其卫星上行信号的最大衰耗不超过1.2dB，卫星下行信号的衰耗约0.3dB；暴雨时，C波段上行链路的单位雨衰量小于0.5dB／km，下行链路的单位雨衰量约0.1dB／km，但雨区的高度一般小于2公里，地面站仰角为40度时，卫星上行信号的最大衰耗不超过1.5dB，卫星下行信号的衰耗约0.3dB。这种情况下的雨衰影响可以忽略，但遇有大暴雨或暴雨时雨区的高度又超过2km的情况，雨衰对于C波段信号的衰耗也会相当严重。事实上，根据我们从北京市气象局档案馆得到的资料，在北京盛夏，暴雨时的雨区高度可达8km以上，此时C波段40度仰角的上行信号的雨衰在6dB以上。北京沙河2001年的一场大暴雨曾对c波段的上行链路产生了至少13dB的衰耗。
Ku、Ka波段的卫星信号，波长短，因雨、雪、云、雾引起的衰耗明显大于C波段。同样仰角和雨区高度，大雨时，Ku波段上、下行链路的衰耗可分别达到11dB、7.5dB以上；暴雨时，上、下行链路的衰耗分别超过16dB、10dB。北京地区，暴雨时Ku波段上行信号的衰耗经常在20dB以上。
事实上，降雨不仅会衰减电磁波，还会产生去极化作用。空气阻力会使雨滴变成略微扁平的形状，雨滴越大，变形越明显。极化面取向沿着雨滴长轴方向的电磁波因雨滴引起的衰减和相位移最大，而极化面取向沿着短轴方向的电磁波因雨滴引起的衰减和相位移最小，这种在两个轴向上的衰减和相位移之差，会降低正交极化复用信号的极化隔离度，导致干扰增加。云雾引起的衰耗比降雨衰耗小得多，近十年来，在北京地区，雨云对c波段的卫星信号尚未造成可见影响，对Ku波段信号造成的衰耗不超过6.5dB，但对小口径接收站来说，这已经超过或界于其接收备余量了。
②减小雨衰影响的有效措施
卫星传输的路径和特点决定了可以和需要进行雨衰补偿的三个环节，一是在上行站补偿上行链路的雨衰损耗，二是通过卫星转发器补偿部分上行链路的雨衰，三是在下行站留出足够的雨衰备余量克服因雨衰造成的损失。
a.上行站的雨衰补偿措施
上行链路的雨衰补偿是通过在一定范围内线性增大上行站的上行EIRP，从而使降雨期间到达卫星转发器的上行信号的饱和通量密度相对稳定，在一定天气条件下不受降雨的影响。
(a)C波段的雨衰补偿
从以上对c波段雨衰的理论和实际分析中可见，非大暴雨等特殊气象条件，C波段的卫星传输受雨衰影响不明显，因此在其相应的系统设计和配置中，一般不需考虑雨衰的问题即可满足99.99%的可用度。但对于大暴雨频繁的地区或对上行可用度有更高要求的情况，c波段卫星上行站在交调保护回退之后，需至少具备4～6dB提高上行功率的能力。在暴雨对C波段上行站接收信标信号造成2dB损耗后，上行站可以以接收信标信号的损耗量为参考，人工及时调整上行功率，在一定范围内补偿C波段传输的上行雨衰。从北京地区近七年的气象条件看，C波段的卫星传输有3次受到较明显的雨衰影响，最长一次持续时问在15分钟以上，将上行功率及时提高2～5dB即可有效地减小c波段卫星传输的雨衰影响。
(b)根据接收信标信号的电平补偿上行雨衰的UPC
由于Ku以上波段的卫星传输受雨衰影响明显，因此在其系统配置中，必须考虑雨衰的影响。 由于射频器件的成本原因，目前在Ku波段的上行站基本上都采用中频补偿的方式来补偿上行链路的雨衰，即通过上行功率控制单元(UPC)，根据降雨对信号的衰减量，相应提高中频信号电平，从而增大功放输出功率，补偿上行链路因雨衰产生的衰耗。
上行链路中频补偿的依据一般为卫星上行链路的大气噪声或卫星下行接收信号的强度的变化，如信标信号。
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图2—3—8为一个根据接收信标信号的强度控制上行功率的Ku波段上行系统。
(图自己画)
图2—3—8信标参考型上行功率控制补偿系统
这是一种较为简单的上行雨衰补偿方式，雨雪雾等天气对于接收信标信号强度的影响较为接近地反映了上行链路的衰减量，以受到衰耗后的信标电压与晴天时的基准信标电压差控制中频增益量，简单准确。
c)通过测算天线的噪声温度补偿上行雨衰的UPC
图2—3—9为一个典型的以某天线的噪声温度的变化量来反映上行空间链路的衰耗，并以此为依据控制上行功率的卫星上行系统。
该系统的特点是利用一套独立的接收和控制系统完成上行功率的控制，无需任何信标或由地面转发的信号做功率控制参考。即用一个射电测量计代替了一个小型偏馈接收天线的LNB，该射电测量计根据采集到的卫星上行通路上13.45GHz频点上的射电信号的强度，得到天线的噪声温度，并与晴天时测得的天线噪声温度相比较，换算出相应的上行波段的雨衰及增益补偿量，补偿
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(图自己画)
图2—3—9噪声温度参考型上行功率控制补偿系统
上行功率。
与信标系统相比，该系统的优点是上行补偿更为准确(测算波段更接近)、更为可靠(不受上行天线故障、信标接收单元故障、LNA／LNB增益一温度稳定性的影响)，且不需人工识别日凌(系统根据卫星的经度、上行站的地理位置、上行站UPC的工作时间可以计算出地球站上行波束和太阳的夹角，当该夹角小于某一安全设定值时，该UPC系统认为上行站进人日凌期，对此期间的天线噪声温度的升高，不进行增益补偿)。缺点是费用稍高，对UPC接收天线的意外遮挡会被误认为雨衰，造成上行功率误差增大，对雪衰的补偿不很准确。
(d)雨衰对Ku波段上行站设备配置的基本要求
雨衰补偿能力是评价一个Ku波段上行站的重要指标之一，主要表现在补偿范围和补偿线性两个方面。
表2—3一l为1996年8月11日，亚洲2号Ku波段某中央节目的一组上行参数。
表2—3—1
注：表中的UPC增益为其测算增益，实际增益补偿能力最大为12.75dB。
表中数据表明，由于当时系统的非线性，在中频增益超过10dB时高功放的输出功率即出现了压缩，系统的最大增益补偿范围为10.3dB。经测试，上变频器的输入输出动态范围不够是造成以上雨衰补偿范围减小的直接原因。
因此，一个Ku波段的卫星上行站应根据当地的气象条件确定，满足99.9%的上行可用度时，上行站应具备的最小上行补偿范围，选用的UPC的动态补偿范围不仅应该满足这一条件，同时，应在此范围内具备良好的增益线性，系统后级的上变频器、高功率放大器应保证在此范围内具备良好的输入输出线性，且当UPC最大增益时，高功放的输出功率不会超过其交调保护回退工作点。
b.通过卫星转发器补偿上行链路的雨衰
目前在国际上，较先进的Ku波段的直播卫星或Ka波段的通信卫星对上行链路的雨衰也具有一定的补偿能力。这种通信系统中，对上行链路的雨衰补偿一部分由上行站实现，一部分由卫星转发器实现，当雨衰超过上行站的补偿能力时，卫星转发器会根据接收信号的功率通量密度及时增大输入增益，进一步补偿雨衰。
利用卫星转发器的雨衰补偿能力，可以大大提高上行链路的雨衰补偿范围，这大大提高了Ka波段卫星通信的可用度。在美国，Ku波段的直播卫星也很多采用了这项技术，这降低了对上行站雨衰补偿能力的要求，从而大大减小了上行站的成本。但这种技术的使用是有条件的，即要求对同一个转发器的上行要集中在一个上行站或转发器采用.MCPC工作方式。
c.下行站减小雨衰影响的办法
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接收站对于雨衰的克服是通过在接收系统建立时留有一定的雨衰备余量，以克服其范围内的雨衰影响。
另一方面，接收站要获得较高的接收可用度，还需留有一定的系统储备量，即接收站只考虑环境温度、设备稳定性等因素时接收系统需留有的常规C／T门限储备量，一般最大取2.5dB。
工程中综合考虑，C波段广播电视接收站，降雨余量和门限储备之和一般取3dB～6dB，Ku波段一般取5dB～12dB，具体数值需据当地的气候条件(雨季长短，雨量大小等)及对接收系统的不同可用度的要求而定，广播电视中转站需配备更大的储备量。
接收信号的C/T值、接收门限、INB参数一定时，接收天线的口径随接收储备量的增大而增大。实际应用，不应以吞食Ku波段的雨衰备余量为代价，一味减小Ku波段接收天线的口径。
d.VSAT卫星通信系统的雨衰补偿
为了减小上行功率波动、天线增益变化、跟踪误差、空间气候条件等因素对’VSArl’卫星通信系统的影响，VSAT卫星通信系统一般配有全链路的自动功率控制系统(APC)。
这种自动控制系统以VSAT系统网络管理功能为基础，主站的网管系统能够实时地检测各个远端小站解调器的输入电平值，并将该电平值与基准电平，即正常气候条件下上下行线路及收发信设备在额定工作状态时的接收电平值(各个VSAT小站的基准电平已存人主站的数据库)进行比较，网管系统利用比较误差电压控制压控衰减器的衰减量，最终达到根据链路衰耗增大或减小输出功率的目的。这样，无论是上行链路还是下行链路有雨衰，或通信设备增益不稳等，该APC系统都能使各接收站的接收功率保持基本稳定。
③雪衰成因及一般规律
传统对于因雪衰引起的衰耗量都是以降雪量来衡量的，类似于雨衰的定义，这是不准确的。根据实际经验，除非是暴雪，一般情况下，降雪对Ku及其以下波段的卫星信号不会产生明显的衰耗。但化雪过程，对于C及Ku波段的卫星传输来说，影响都是非常显著的。现代赋形卫星通信天线的口面场分布函数是对天线高增益和低旁瓣特性、低天线噪声温度折衷的结果，口面场分布函数的幅度和相位越均匀，天线的增益越高。化雪过程中，天线馈源及主反射面凹凸不平的积雪对电磁波产生了强弱不同的散射和吸收，其作用就相当于严重地破坏了卫星天线口面场分布函数的均匀性，大大降低了天线增益，同时也增大了天线的噪声温度，上行链路的EIRP值或接收系统的G／T值均会因此而大大减小，影响卫星信号的传输质量。根据我们对一面口径为13米的Ku波段格利高里天线的测试，5mm左右的积雪在化雪时天线G／T值可下降6dB，1cm以上的积雪化雪时天线G／T值至少下降10dB。
化雪对于天线增益和噪声的影响程度因天线口面的大小、馈源口的大小天线主反射面的形状及通信频带的不同而略有不同。
由于自然化雪一般持续时间较长，对天线增益影响显著，因此，无论是上行站还是下行站，均必须对此采取积极的预防和克月艮措施。
④减小雪衰影响的有效措施
通过以上对雪衰的成因及其危害程度的分析可知，雪衰的影响主要表现在化雪过程中，而且对于卫星传输危害较大，北方地区必须采取有效措施克服雪衰影响。
对于接收小站，只要在化雪前及时清扫天线馈源及主发射面上的积雪，即可有效避免雪衰的影响。
对于上行站，克服雪衰分两个方面：一是馈源除雪，二是主反射面除雪。
馈源除雪，目前普遍采用向馈源口吹热风及时化雪的办法克服雪衰影响。这种方式简单易行，价格便宜，国内外大部分厂家都具备这一能力。
主反射面除雪，可以通过在反射面背面安装加热金属丝、加热气囊的方式实现，但这种方式成本太高，国内极少采用。经过实践，目前最简单有效且有成功应用的办法有两个：一是在下雪的过程中用大功率风机通过喇叭型风口实时吹走雪花阻止其落在天线反射面上，二是化雪前或刚刚开始化雪时用高压水龙冲去反射面上的积雪。用大功率风机吹雪非常适用于中小口径天线，国内目前也有12米天线的成功应用，这种方法可基本克服一般雪衰的影响。用高压水龙冲雪，整个过程只需几分钟，雪块划落8
速度很快，对天线增益和噪声温度不会产生致命影响。在北京地区，用高压水龙冲洗Ku波段7.6m、13m，C波段12m天线上8cm以下厚度的积雪时，天线增益的最大损耗不超过7dB，在冲洗天线的过程中可以人工手动及时调整和恢复上行功率，一般情况下不仅可以避免雪衰造成的传输劣化，而且不会对卫星转发器造成威胁。即便是在化雪之前因冲雪而在天线表面结了一层薄冰，对天线性能的影响也远小于化雪的影响。我们做过实验，Ku波段2.4m天线因冲雪后天线表面结冰(约2mm厚)，天线增益仅减小了不足ldB。
(5)地球公转对卫星传输地面站的影响
地面站的作用是向卫星发射或接收来自卫星的电磁波信号，太阳活动对卫星上行没有影响，但对卫星接收却影响显著，即日凌干扰。
每年春分和秋分前后，在静止卫星星下点进入当地中午前后的一段时间里，卫星处于太阳和地球站之间，这时地球站或地面单收站天线在对准卫星的同时也会对准太阳，地面站在接收卫星下行信号的同时，也会接收到强大的太阳噪声，从而使接收信噪比大大下降，严重时甚至使信号完全被太阳噪声淹没，此即为日凌现象。对同步卫星，日凌现象每年在春分和秋分时期的连续数天内发生两次，每次持续的天数和每天造成传输中断的时间因太阳活动程度、地面站天线直径和工作频率的不同而呈现出较大差异。
根据太阳直射点在地球南北回归线之间的移动规律，日凌在每年中发生的时间因地面站的纬度不同而异。春分期间，地面站越靠北发生日凌的时间越早；秋分期间，地面站越靠南发生日凌的时间越早。根据地球的自转方向，日凌现象每天出现的具体时间由地面站和卫星的相对位置而定，卫星如果在地面站的西边，该地面站的日凌在下午发生；卫星如果在地面站的东边，则该地面站的日凌出现在上午。日凌每天持续的时间长短由地面站接收天线的波束宽度决定，天线波束宽度越宽，日凌每次持续时间越长。太阳噪声是一个宽带噪声，辐射强度随频率升高而增大，因此日凌对接收信噪比的影响程度取决于太阳噪声的大小、工作频率及信号频带宽度。太阳活动高峰期日凌干扰最严重；工作频带越宽收到的噪声越多，日凌干扰也相对严重；工作频率越高，收到的相应波段上的噪声强度也越大，例如，Ku波段的卫星通信系统在日凌持续期间比C波段受干扰程度严重。
对某一颗静止卫星的通信系统来说，日凌中断一般是难以避免的，为了减小日凌对广播电视传输的影响，地面站可适当增大接收天线口径，减少13凌持续时间，同时发生日凌时使用单位可以利用地面备份手段如光缆、微波传输信号作为有效节目源，克服日凌造成的中断，也可采用双星备份手段，即用两颗轨位相差较大的卫星(4以上)同时转发相同内容信号，地面站在对某颗卫星发生日凌中断前就将信道转接到另一颗卫星上以克服日凌对卫星节目传输的影响。
(6)星间干扰对卫星传输的影响
卫星通信的迅速发展带来的主要问题就是同步卫星轨道的拥挤，2.5。的轨位间隔使得星间业务干扰成了必需关注的重要问题，解决的办法就是轨位协调，有效的轨位协调是一定程度上牺牲卫星转发器的性能、覆盖以降低星间干扰的结果。
3.广播卫星异常对节目传输可能造成的影响及补救措施
简单地说，卫星在广播电视节目的传输中起到的只是一个点到面单向通信链中惟一中继站的作用，卫星转发器的技术指标并不多，除了G／T、SFD和EIRP外，用户可关心的似乎只有工作波段、覆盖范围，但实际上，除此之外，卫星操作者的管理经验，卫星天线与通信转发器的结构设计，来自邻星、反极化、以及本转发器其他用户的干扰，都可能影响广播电视卫星传输的效果。
(1)卫星故障
卫星故障将导致的是该颗卫星上的所有通信业务的灾难性中断，这种情况大多都是由于卫星漂移、卫星指令系统或者是电源系统等的故障造成的，恢复节目传输的惟一办法就是集体转星。
(2)转发器故障
相对于卫星故障，转发器故障仅影响该转发器承担的业务。常见的转发器故障有设备故障、控制指令系统故障、转发器过饱和导致的自保护关机、空间电磁环境影响导致的转发器自保护关机误操作等，一般地，转发器设备故障均可以通过转发器备份措施得到解决；当转发器自保护关机的触发条件不存在时再次开启转发器，大约需要5分钟左右的时间，其承担的转发业务即可恢复；控制指令系统故障
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原因较为复杂，解决办法也不尽相同，除了简单的系统复位操作外，一般无规律可循。
(3)转发器干扰
分同极化干扰和反极化干扰，同极化干扰又分无意干扰和有意干扰。办法：合理安排转发器业务，加强转发器的监管，杜绝反极化干扰；合理设置转发器工作状态，既考虑上行站的上行能力、保证上行业务的一定抗干扰性，又兼顾相邻转发器的状态、业务及同转发器其他业务的安全运行等；加强卫星用户管理，尽可能减少用户在系统调试时造成的无意干扰行为；同时为防止恶意干扰，技术上可采用部分直播卫星技术，如适当减小卫星全国波束接收天线覆盖区、设立可移动单点波束接收天线、设固定多点波束接收天线、卫星采用变波束接收天线、卫星采用波束调零接收天线、卫星转发器设置输入信号认证装置、上行站增强抗干扰能力、对信号加密、信号源采用加密认证技术等措施予以克服。
4)管理人员失误
实际工作中卫星操作者的管理能力至少和转发器的性能指标同样重要。合理的载波安排可以充分利用转发器的潜力，严格的管理可以减少和避免用户抢占资源，严密的监测可以及时发现故障和干扰，完善的技术支持可以帮助用户提升系统能力和排除故障。相反，卫星操作人员的处理措施不得当或操作失误会直接导致广播电视卫星传输质量的劣化甚至中断。
事实上，面对当前法轮功对广播电视卫星传输信号疯狂干扰的恶劣行为，卫星操作人员配合上行站及时采取措施、调整转发器工作状态已经成为卫星抗干扰处理措施中的一个非常重要的环节，直接关系到卫星广播电视节目的安全传输。
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