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影响卫星通讯数字视频广播(DVBS)信号传输的主要因素.         ★★★
影响卫星通讯数字视频广播(DVBS)信号传输的主要因素.
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本文更新时间:2017-5-18 9:08:59

  本文作者陈耀荣先生,广东省广播电视技术中心卫星地球站工程师。
  卫星数字电视具有覆盖范围大、传送质量高、节约卫星资源等优点,提高了广播电视的人口覆盖率,有力地推动了广播电视事业的发展。虽然卫星数字视频广播具有很多优点,但是其信号的传输也受某些因素的影响,如自然现象、卫星信号间的干扰、上行传输系统以及下行接收系统的不完善等所造成的影响。以下对影响卫星数字视频广播(DVB-S)信号传输的主要因素分别予以介绍。
一  自然现象的影响
  卫星数字视频广播系统是一个开放的通信系统,其传输链路很易受外部自然条件的影响,比如降雨、降雪、日凌、电离层闪烁、太阳磁暴等。
1. 降雨的影响
  当电波穿过降雨的区域时,雨滴会对电波产生吸收和散射,造成衰减,简称雨衰。雨衰的大小取决于雨滴的直径和电磁波的波长,电磁波的波长和雨滴直径越接近,衰减越大。实测结果表明雨滴的半径约在0.025~0.3cm之间,在Ku波段内,电波的波长在2.5cm左右,因此在Ku波段雨衰的影响是比较大的;而在C波段,因波长在7.5cm左右,波长大于雨滴的半径,故雨衰比较小。降雨不仅会衰减电磁波,还会引起噪声温度的增加和去极化的发生,影响到接收信号的载噪比及导致正交极化信号的相互干扰加大。
  云雾引起的衰减比降雨衰减小得多,但对接收Ku频段信号的小口径的接收站来说,这也许已经超过或介于其接收设备余量了。
2. 降雪的影响
  一般情况下,除非是暴雪,降雪对Ku及其以下频段的卫星信号不会产生明显的衰减(馈源上的积雪不要太厚),但在化雪过程,对于C波段及Ku波段的卫星传输来说,影响都是非常显著的。在化雪过程中,天线馈源及主反射面凹凸不平的积雪对电磁波产生强弱不同的散射和吸收,严重地破坏了卫星天线口面场分布函数的均匀性,大大降低了天线的增益,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,影响了卫星信号的传输质量。由于自然化雪持续时间一般较长,对天线的增益影响显著,因此无论是上行站还是下行站,均须对此采取积极预防和克服措施。
3. 日凌现象的影响
  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(如图1所示),使太阳产生的强大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,对其所接收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”。日凌每天持续时间的长短由地球站接收天线的口径决定,接收天线的口径越大,日凌持续的时间就比较短;反之,天线的口径越小,持续的时间越长。日凌对接收信噪比的影响程度取决于太阳噪声的大小、频带宽度及工作频率的高低。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,干扰也相对严重;工作频率越高,噪声强度也越大,如Ku频段的卫星信号受日凌干扰程度比C波段严重。在日凌时刻,太阳光能的加温还使前馈天线的高频头外壳温度升高,必要时应采取相应措施加以保护。
4. 电离层闪烁现象的影响
  当电波穿越电离层时,由于电离层结构的不均匀性和随机时变性,造成信号的振幅、相位、到达角等特性短周期的变化,形成电离层闪烁。电离层闪烁与工作频率、地理位置和太阳活动情况有关。通常,电离层闪烁最严重时发生在春分前后,较为严重是在秋分前后。电离层闪烁现象通常持续30分钟到数小时,发生时间通常在日落后(18∶00)至深夜(24∶00)结束。虽然电离层闪烁主要发生在3GHz频率以下,但在4GHz也有明显的影响。据ITU统计,在4GHz,电离层闪烁可能造成超过10dB的峰峰值变化。
  地球上有两个电离层闪烁较为严重的区域:磁赤道±20º内和高纬度地区。我国长江以南地区以及长江以北的部分地区均属于电离层活动高峰区(见图2),电离层闪烁现象在上述地区的春分和秋分前后在4GHz表现非常明显,峰值超过10dB,但通常情况下,电离层闪烁虽然会造成信号质量下降,并不会造成电路的中断。
5. 太阳磁暴现象的影响
  近几年太阳经常发生强烈的耀斑爆发,地球上的通信等设施会因此受到部分干扰。与耀斑爆发相伴,太阳表面还会产生一股强大的日冕物质喷射,喷射产生的带电粒子流与地球磁场作用后可能会形成比较强烈的地磁暴,对卫星运行和通信等造成干扰,严重的甚至会使卫星信号中断。

二  卫星信号间干扰的影响

三  上行传输系统方面的影响因素

四  下行接收系统方面的影响因素

五 总结

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