
衛星電視的干擾原因及相應對策
衛星電視具有傳播信號清晰,信號覆蓋面積大,受地形影響小,可靠性高,可多址聯播和接收設備造價低,安裝調試容易等特點。衛星電視傳播與微波電視傳播和光纖網絡電視傳輸組成了媒體傳播的大通道。特別是衛星直播平台CBTV的開通,標誌著衛星電視早已步入快速發展階段,它已經走進了千家萬戶,形成了全國範圍內村村通電視的“村村通”工程。但是,任何事物都有它的另一面,衛星電視也有遭遇干擾的時候。而且有些干擾就目前技術水平來講,還難以徹底排除。本文就衛星電視的干擾原因和相應對策進行淺述,旨在讓人們更多地瞭解衛星電視,更好的應用衛星電視。
噪聲干擾及雨衰現象
衛星地面站的天線總是指向天空的,它像一扇敞開的大門,在接收信號的同時,許多噪聲干擾也就乘機而入。這些噪聲來源主要有宇宙噪聲、大氣中的氧氣及水蒸氣的吸收噪聲,以及天線接收旁瓣進來的大地噪聲等。<br><br>
宇宙噪聲大部分來源於銀河噪聲。如銀河系中的仙後座A、天鵝座A等星系都能輻射出較強的電波。它些電波的波長從二十几米到几毫米。雖然它穿過大氣層到達地面已經很微弱了,但是由於地面站天線增益很高,仍會對衛星電視造成干擾。但是,宇宙噪聲只有當天線正好指向這些星系時才比較明顯。
人們經過大量的分析和測試,總結出一些損耗和噪聲都與衛星電視使用的頻率有關。頻率在1-5千兆赫時大氣吸收很小,在5-10千兆赫時,大氣吸收開始增加,25-60千兆赫時變的非常大。所以人們找到了兩個有用的頻率“窗口”,一個是1-10千兆赫,另一個是落在兩個衰減峰值之間的峰谷處的30千兆赫。我們國家廣氾使用的C波段衛星電視廣播頻率4-6千兆赫,屬於第一個“窗口”,KU波段使用的頻率為11-14千兆赫,處於兩個窗口之間,有些衰減但不嚴重。小仰角下的吸收損耗明顯高于大仰角下的吸收損耗。而各種噪聲,特別是大地噪聲、大氣噪聲,也隨接收天線仰角變低而急劇增大。所以,衛星電視的接收天線使用範圍限於仰角5度以上。我們知道衛星同步軌道在地球赤道上空三萬六千公里處,儘管衛星電視傳播使用的微波信號大部分在地球大氣層以外的宇宙中傳播,傳播信號損失要比大氣層內小的多,可是由於傳播距離遠,信號自由空間衰減大。我們想象一下電波傳送的圖形就會想到以發射天線為中心,向外逐漸擴大的球面,而輻射的電波能量就分布在這些球面上。隨著離開發射天線距離的增加,球的面積也越大。而分布在球面單位面積上的能量越來越少。距離增加一倍,球的面積增加四倍。單位面積上的電波能量減少到原來的四分之一。<br><br>
當然,自由空間衰減不是我們主要討論的問題。雨水和水蒸氣等,由於含有粉塵雜質屬於半導體,當微波信號通過它們時,會使它們發生電離變成導體,而電波就在它們表面產生感應電流。所以,電波的能量消耗在它們上面很多,並以噪聲的形式進入衛星接收天線,使衛星電視傳播信號質量下降,造成干擾。我們把此種衰減叫做雨衰,由此引起的噪聲干擾叫雨衰噪聲干擾。雨量大小直接關係到干擾的強弱。
“日中斷”干擾 既衛星日凌
當太陽和衛星接收天線與衛星和接收天線所組成的角度Q很小或兩條線重合時即Q=0時,會產生一種很強的干擾,嚴重時干擾時間長達几百秒,輕者造成電視出現馬賽克,嚴重時會將衛星轉發信號全部淹沒,電視出現黑屏。此系太陽黑子活動電子輻射及太陽熱噪聲輻射進入衛星電視接收天線所致。
越靠近赤道的衛星接收站,受此干擾也越嚴重。
除了上述干擾外,它還會激發接收系統本身的噪聲干擾。我們知道,目前的衛星電視接收系統,早已廢除了昂貴而又笨重的冷參量放大器,取而代之的是微波低噪聲砷化鎵場效應管。它使高頻頭的噪聲變的很小。由於“日中斷”現象發生時,太陽光線集中照射在饋源上,特別是前饋型接收天線,引起饋源溫度升高,高頻頭溫度升高激發出噪聲干擾及頻率偏移等現象。
我國處於北半球,離赤道較遠,“日中斷”現象不太嚴重,只有在二十四節氣中的兩分日(春分、秋分)前後表現的比較突出。
“日中斷”干擾對衛星電視信號傳播影響很大,所有接收地球同步衛星電視信號的用戶,都會在某一時間受到不同程度的干擾。從接收的角度講,排除此干擾目前還無法徹底解決。當然,選用大口徑天線、窄波束並抑制旁瓣接收,可以明顯縮短被干擾的時間。目前,一套或几套電視信號,採用同步軌道相差5度以上的兩顆衛星同時轉播,地面用兩面接收天線接收,當一顆衛星的電視信號發生“日中斷”干擾時,及時將接受部分切換到另一個沒有受到干擾的衛星上,進行正常轉播。待被干擾的衛星解除干擾后,及時將系統恢復,是解決“日中斷”干擾的一個方法。但是受限於衛星資源和地面接收設備,只能將中央電視台的部分信號進行如此轉換,以防止日中斷干擾造成的影響。<br><br>
星星間的干擾
為了防止單個衛星上下行信號的相互干擾,都採用衛星下行信號降頻方案。我國目前接收衛星電視信號頻率F=3.7-4.2千兆赫,屬於C波段,而衛星接收的上行信號頻率F=5.925-6.425千兆赫,卻為XC波段。KU波段衛星轉發器的上行信號頻率F=14-14.5千兆赫,而轉發器的下行信號頻率F=11.45-11.70卻屬於X波段。<br><br>
同時,衛星電視傳播的上下行信號的極化方式也有所不同,衛星上行信號為垂直極化,則下行信號為水平極化。在衛星轉發器套數較多時,如24套,有的採用12套水平極化,12套垂直極化方案,以減少干擾。星星間的干擾,還有發射上行信號時,被鄰星接收或發射功率過大干擾鄰星等。接收時兩星的信號同時進入衛星電視接收天線造成干擾。<br><br>
儘管人們想方設法減少各種干擾,各自在自己的衛星上採取防干擾措施,但衛星電視廣播飛速發展的事實及衛星通信、導航遙測等其它用途的開發,會使衛星在同步軌道上變地擁擠。衛星在軌數量不斷增多,衛星間隔越來越小,C段由5度間隔降至2.5度,KU段間隔更小。目前在東經660至1790上空的用於電視轉播的衛星就有40多顆。可以想象,隨著新衛星的發射,衛星壽命的不斷加長,各種用途的開發,遍佈全球的覆蓋波束及功率的不斷加大,儘管人們在不斷的開闢新的波段和採用超定向轉發等措施,星星間的干擾必然會表現的越來越突出。它將是人們需要研究的課題。<br><br>
太陽磁暴及“電波不穩定月”干擾<br><br>
早在1988年10月份,就有過衛星電視因太陽黑子活動加劇而受到干擾,當時的電台和報紙都作過相關報道。太陽磁暴直接影響衛星電視轉播和衛星通訊的報道近些年更多,主要表現在太陽釋放出強大的電磁能量會干擾衛星電視信號轉播,甚至引起傳播信號方向改變。<br><br>
“電波不穩定月”是指每年的5至8月份。由於電離層反射聚焦作用、雷雨雲層反射、溫度及氣壓變化等,會使電波產生折反射及交調,非衛星電視信號進入衛星電視天線,由此對衛星電視產生諸如信號伴音噪聲加大,圖像質量變差的干擾。這種干擾對甚高頻信號表現的比較突出。<br><br>
由於以上干擾即太陽暴是在宇宙空間對衛星電視信號傳播產生了干擾,而另一種“電波不穩定月”的干擾則變無定數,徹底避免衛星電視受此干擾很困難。但是人們採用加大衛星電視的上下行功率等技術指南,已使干擾變得最輕。<br><br>
地面干擾<br><br>
此干擾主要表現在地面微波干擾和人為干擾兩部分。<br><br>
由於地面微波傳輸所使用的C波段恰巧也是衛星電視廣氾使用的下行信號頻段,所以,如果衛星電視天線接收仰角較低或天線增益很高,天線接收旁瓣過大等,並且該衛星電視接收天線又處在地面微波的傳輸線上,地面微波即會對衛星電視接收造成干擾。<br><br>
排除地面微波干擾,可採取接收天線屏蔽法,即在接收天線前面及後面都加上屏蔽。兩面都加屏蔽的原因是防止只有前面加屏蔽時,前面站的微波信號是被擋住了,可是微波站之間的微波傳輸大多都是雙向的,(編者注:微波通儀是雙向的,但雙方向信號採用的頻率是不一樣的,因此若採用6/4GHZ頻段時,只有4GHZ方向信號纔有可能造成干擾。)如果只有前面的屏蔽,當衛星接收天線後面方向上的微波站向前面的微波站發送微波信號時,信號會部分的經衛星電視接收天線前面的屏蔽網反射而進入衛星電視接收天線,造成干擾。屏蔽網的高度以不影響衛星電視接收為前提,並儘量高一些,以使屏蔽效果更好。<br><br>
衛星電視的人為干擾,主要表現在星上干擾和地面干擾兩部分。星上干擾主要是從地面向衛星發射較強的信號,干擾同步衛星轉發器的某些頻道,使該頻道電視信號受干擾而中斷,嚴重時干擾信號的會出現在電視的屏幕上。這些干擾在衛星電視與通訊衛星共用時,有所表現。因為通訊衛星是一個開放式的接收系統,為了通訊、導航等一些用途,它需要多方向接收,這給此種干擾也造成了可乘之機。我們現在的衛星電視轉播採取了諸如多條件接收、點波束接收、條件轉播等技術措施,已經可以排除這種干擾。