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广播电视卫星信号频谱的监测与分析
摘要：针对不同频谱段广播卫星信号的特点，总结分析卫星信号频谱的监测方法，为排查干扰与故障，确保广播电视的安全播出提供技术支持。
特点分析：对卫星通信系统实现频谱监测，是无线电管理部门对广播卫星频谱资源进行有效和监控的一项主要工作。目前，大部分国际通信卫星尤其是商业卫星使用的频谱为C波段（下行∕上行频率为4∕6GBHz）或Ku波段（下行／上行频率为12／14GHz）。无线电管理部门配备的频谱分析仪上限频率一般可达30GHz~~50GHz，因此在对广播卫星地球站进行电磁环境监测或对地面卫星干扰进行排查监测时，可以利用各种监测天线与频谱分析仪对卫星地球站得射频信号进行直接测量，也可对其射频信号进行下变频后作监测分析，排查干扰信号。
C波段，Ku波段广播卫星系统的特点及监测天线的选择
C波段，Ku波段卫星广播的主要特点与区别有以下几点（1）Ku波段卫星单转发器功率比较大，多采用赋型波束覆盖，卫星EIRP较大。加上Ku波段接收天线效率高于C波段接收天线，因此接收Ku波段卫星节目的天线口径远小于C波段的天线口径。（2）C波段卫星广播遭受地面微波等干扰源的同频干扰比较严重，而Ku波段的地面干扰少，对接收环境的要求较低。（3）自然干扰
对Ku波段卫星广播的影响比较严重，如其上下行信号降雨衰耗远大于C波段，在暴雨情况下Ku波段上行或下行链路瞬间雨衰量可超过20db，而C波段的最大雨衰量一般不超过1db.(4)由于C波段具有覆盖范围大，信号稳定，受天气影响小等特点，一般用于大范围节目传输。作为各地有线电视的前端信号源，而Ku波段具有传输容量较大，信号强，地面干扰小，接收天线口径较小等特点，但信号传输受天气影响大，覆盖范围相对较小，因此Ku波段一般用于区域性节目覆盖，广播电视直播及有线电视备用信号源，例如，我国的中星9号直播卫星（Ku波段卫星）在广播电视“村村通”工程中的到应用，并作为各地有线电视网的备份信号源。确保在中星6B卫星出现故障情况时，各地有线电视网能够实现中央及各省卫视节目的正常播出。
在监测中。我们可以用卫星信号场强覆盖图，卫星转发器的EITP，接收机的输入电平和载噪比门限值Eb∕No等为依据来选择监测所需的不同天线口径。天线一般有4个参考数需要调整，即方位角，仰角，极化角和焦距。目前，在监测中使用的一般都是反射式抛物面天线。今年来，由于制造工艺的改进，监测中多采用一次或二次反射式的接收天线，由于天线变得更加小巧便携，同时，卫星电视平板天线开始逐渐普及，在监测中也得到应用，平板天线分振子式平板天线和缝隙式平板天两种。内部采用微带电路或波导技术，并内置高频头，外形超薄。它在内部采用馈电相位同相要求极其严格的天线阵列。将几百个半波振子单元
之间（包括行距和列距）相隔半波长的整数倍。从而构成一个天线阵，半波振子单元的数量取决于平板天线的增益要求。增益要求越高，其采用的半波振子单元也越多，如下图
为半波振子天线阵图。
下图为中星9号的某园极化31db增益的25CM平板天线内部结构图。
C波段、Ku波段卫星广播频谱测量与分析
（1）方法一是将频谱分析仪接至LNA低噪声放大器后，监测C或Ku波段的信号频谱。对监测地点等我电磁环境有较高要求。测量前应先判断低噪声放大器是否进入非线性区。方法是将测试天馈线与功率计直接连接。调整天线不同的极化方式，仰角从接近0度的底仰角开始，通过旋转天线来判断测量的最大值与低噪声放大
器增益之和是否达到低噪放的非线性区。若以达到该区则需要更换监测地点。如下图，为接至LAN后的广播卫星信号频谱图。（2）
（3）方法二将频谱分析仪接至LNB后，将LNB接收到的信号进行变频后产生的L波段信号送入频谱分析仪进行测试，该方法可用于干扰或故障排查中定性分析。由于LNB是通过传输电缆供电的。需要注意频谱分析仪与LNB的耦合隔直。下面图为中星9号，中星6B两星的下变频谱图。
在对广播电视卫星频谱进行分析时，通过设置频谱仪至较低的分辨率带宽和视频带宽，虽然可以获得更精细得某一频谱特性，但扫描时间要延长，而且由于受小信号低电平的限制导致大，小信号共处一个扫描频带。往往不能准确放映小信号的真实电平，因此检测中要根据广播电视卫星不同转发器的不同频带宽带来设置相应的分辨率宽带。一个广播卫星试用的全部频率虽然很宽，但卫星频率资源管理机构在分配卫星频带或信道时，总是按照一些规律进行分配。所分配的信道总是相对集中的，要迅速地对一个频带内或一个转发器内的信号完成扫频分析，就需要对信号进行分群。首先要对整个扫描宽带内的信号进行初始分群。然后对每一个子群进行细分，直到分出每一个单路信号。
在实际检测中，我们可以首先使用一个较大的分辨率带宽对整个广播卫星信号频谱进行粗扫，获取信号的总体轮廓，在据此将整个需要扫描的频带分割成几个相对独立的群 之后，分析每个群的特征，采用适当的分辨率带宽和视频带宽对其进行细扫，将当前群划分为更小的群。依此类推，最终监测和分析清楚每一个信号，排查干扰和故障时，监测人员不仅应了解某一转发器上有多少个节目载波，每个载波占据的带宽，各信号的功率电平等。还应掌握可能产生的干扰种类，这样才能分析判断频谱中有无反极化干扰，有无异常干扰。有无互调信号等。
广播卫星恶意干扰信号往往频带宽、信号强度大，宽带阻塞式干扰、宽带脉冲干扰和扫频干扰都具有以上特征。若要针对性地对这类异常强信号进行监测，就要了解转发器节目信号频谱的电平上限和带宽上限，再结合该转发器信号频谱的历史监测数据，就可以判断是否存在异常强信号，如果干扰电平与正常信号相差不大，则可运用包络对称性检测，电平变化检测，统计检测方法来检测有无异常干扰。
日常监测中存在的问题和建议
（1）监测系统需要进一步完善。日常监测中，对信号的分析涉及系统的多个功能，而监测系统模块间数据的不能共用，极不方便信号分析，因此需要进一步完善监测系统。
（2）加强基础技术设施建设。现有的一个固定监测站和移动监测车覆盖范围有限，辖区内大部分区域是监测盲区，无法满足监测工作的需要，还需要进一步加强基础技术设施建设，大幅度提高技术监管能力。固定站、移动站都是单通道监测系统。同一时间只能使用一个功能，在进行频段扫描、发现不明信号时，若要对不明信号进行分解调分析，就必须停止频段扫描，两者不能同时进行。因此，中心城区和每县，至少要建设一个通道的固定站，同时要对现有移动监测车升级成双通道的监测车。
（3）加强无线电监测队伍建设。当前监测站监测人员少，要真正搞好无线电监测工作，就应该进一步加强无线电监测机构建设，壮大无线电队伍。
（4）加强无线电监测人员培训。应该采取请进来，走出去的形式，组织经常性的监测业务培训。应鼓励监测技术人员在职学习和自学，提高技术能力和水平，培养能熟练掌握无线电监测技术的管理和监测人员。
总结
通过对广播电视卫星信号频谱的监测与分析，我们可以准确测量广播卫星信号的各种调制和非调制信号的功率和频率，包括平均功率、峰值功率，中心频率、频带宽度测试等。分析调制解调器调制信号的质量，可以对LNA与LNB的频率、频响、互调等进行测试，判断相应设备的频偏及性能，对系统内部与外部进行排查。
参考·文献
李勇，一种卫星频谱监测系统设计方案实现，空间电子技术。
杨庆增，再说平板天线。卫星电视与宽带多媒体。
卫星直播系统一体化下变频器技术和测量方法。
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