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VSAT卫星地球站电磁环境测试详解
日期:2012-9-7 9:16:15 阅读:   来源:刘军

VSAT 卫星地面站在建站之前及建站之后,怀疑卫星信号遭受地面信号干扰时,都需要对站址周围的电磁环境进行测试,以使确定地球站周周围可能存在的干扰信号频率、强度、方向等数据,判定其是否对卫星信号构成影响,进而采取措施减小或避免干扰的发生。

   VSAT站址选择应符合有关国家标准(YD/T5028—2005《国内卫星通信小型地球站(VSAT)通信系统工程设计规范》)及ITu有关建议。其中有关电磁干扰方面应注意以下几点:

1、 来自于地面微波系统的干扰

其工作频段和卫星频段相同,如站点设置不当会产生同频干扰。

2、来自于雷达站、电视台、移动通信、无线电定位及导航等站点发射机的同频、谐波及杂散发射干扰。

这些站点的工作频率基本和卫星使用频段不重合,但工作于卫星频段附近,其谐波及杂散信号可能落在VSAT站点接收频段内,以致形成干扰。

3、其它干扰

虽然实际情况并不十分严重,但也应注意站点附近的高压线、电气设备、火电装置等工业设备的干扰。另外,为防止个人私装卫星电视接收装置,有的地方部门擅自安装卫星电视信号干扰器,这也是新近出现的一种干扰形式。

目前我国VSAT系统普遍工作于c和Ku频段,其中c频段更易受到干扰。以下本文将以一个已建c频段地球站受到干扰进而现场电测为例做详细介绍。

准备工作

1、卫星相关参数

·卫星名称:中星5A(中卫一号)

·卫星轨道位置:东经87.5? E

·卫星下行频率:3700~4200 MH

·载波中心频率:3844.5 MHz

·载波带亭:6 MHz

·卫星下行等效全向辐射功率EIRPS:28.8 dBW/6MHz

·卫星下行自由空间损耗FSLD:195.92 dB

·接收端天线指向误差损耗LAM:0.5 dB

2、 地球站地理参数

·站址:吉林省白城市础站

·经度:东经123.07度E

·纬度:北纬44.81度 N

3、地球站技术参数

·天线口径:3米

·天线接收增益:39.77 dBi

·天线工伊指向:方位角AZ:225.42?、俯仰角EL:27.55度

·LNB至接收机连接线缆损耗LLl:7.2 dB(RGll 40米)

4.测试系统参数

4.1测试设备

·标准增益喇叭天线(3.3~4.9GHz,增益20 dB)。喇叭长边平行于地面为垂直极化,短边平行于地面为水平极化。(或采用小型抛物面形天线,天线尺寸应根据被测系统对测量系统灵敏度的要求进行选择,天线的极化方式一般选线极化。)

·LNB,如下表所示。LNA输出频率虽然不需要变换、频谱也不翻转,但一般需单独供电,连接比较麻烦。故建议采用带高稳介质共振器DR0的LNB,如带锁相环PLL更好。

·LNB电源适配器。一般LNB的供电范同为+1 5~+24vDc,设置为+18VDC较为合适,如采用卫星电视接收机馈电更为省事。

·频谱仪——Rohde&schwarzFsH8频谱分析仪。频率范围:9 KHz~8 GHz;显示的平均噪声电平DANL(Display Avetage Noise Level):<-161 dBm,典型值:-165 dBm(带前置放大器,10 MHz~2 GHz,RBW=1Hz);分辨率带宽:100Hz~3MHz。

·隔直二功分器。电源端和LNB的射频输出端口之间直通。

·优质低损耗测试线缆(3根BeldenRG6电缆,衰减LL2:0.75 dB/每根3米)

·万用表

·数码相机

4.2测试频段

C—Band:3.4~4.2GHz

4.3测试系统连接图

测试系统连接图如图1所示。

4.4注意事项

·注意频谱仪输入测试端口的最大允许输入功率及直流电压,二功分器最好其中一路隔直流;

·一般要求频谱仪DANL≥130dBm/1Hz@1GHz;

·测试应尽量选择在无风晴天;

·VSAT作为双向收发站点,在选址时还要特别注意其电磁辐射对周围环境的污染和危害。其近区功率密度应符合国家有关电磁辐射安全标准。

4.5测试系统灵敏度

测试系统对微弱信号的检测能力称之为测试系统的灵敏度。频谱仪的灵敏度是指在指定带宽下,频谱仪所能测量最小信号的能力。实际上频谱仪的灵敏度就是其显示的平均噪声电平DANL。

频谱仪本身要有比待测信号更宽的测试能力,否则测不出小信号,只能显示出自身本底噪声。当前新型手持频谱仪的DANL普遍在一140 dBm/1Hz以下。一些老款频谱仪需注意其指标,如HP8566B为:-134 dBm(1 MHz~2.5GHz),HP8593E为:一142 dBm(400 KHz~2.9GHz)

通过下述计算,测试所选用的FSH8频谱仪满足要求。

5.最大允许干扰电平计算

5.1计算最大允许干扰电平的两种方法

地球站正常工作频段内受到来自地面微波等信号的干扰,应保持在允许电平值以下。最大允许干扰电平计算有两种方法:一是将接收正常数字载波所需的门限c/N值外加一定dB(c/N+12.2 dB(ITu—R S.741—2):c/N+10 dB(YD/T 1003—1999))作为保护,而后进行计算;二是对正常载波有用功率直接留取一定保护余量,即要求落入地球站接收机输入端的干扰信号电平要比正常接收信号低一定dB,如ITU WRC一2000规定的1区和3区下行链路等效保护余量,同频道信号为:21 dB(Radio Regulations 2008 Vol u AP30—126):GBl3615—2009《地球站电磁环境保护要求》为25 dB,即要求正常接收载波与干扰功率之比C/I≥25 dB。

由于卫星转发器频谱内各载波调制方式、纠错编码方式等各不相同,所以门限C/N也不尽相同。如更换载波或原载波变换调制方式等,最大允许干扰电平都需重新计算,亦即转发器内众多载波虽然标定的功率限值相同(如图2),但最大允许干扰电平却可能因各载波门限值的不同而上下变化。(如BEK为10—8时,载波分别采用QPSK、3/4、TPc和16QAM、3/4、Tpc时,门限c/N分别为5.2dB和12dB,相差6.8dB,,)

实际中干扰信号的频率、带宽、强度等表现形式都存在不确定性,有关载波参数有时也很难确定,故上述第一种计算方法存在一定局限性——可能都天法确定,故本文采用第二种方法。

考虑到干扰形式的多样性及不确定性,以及载波向着高阶调制发展的趋势(门限(C/N)th越来越高),保护余量大小按GBl3615—2009中所述的25dB取值较为合理。按此值计算得出的最六允许干扰电平值在本转发器内通用——是一条水平等值线,所有干扰都不应超越此限。换其它转发器时,只需考虑转发器间的EIR.P差即可——般很小,瓦极化转发器EIKP波动在±0.5 dB内。

5.2载波于卫星天线口面电平

正常载波经下行空间衰减落到天线口面功率PA=下行等效全向辐射功率EIRPS一下行自由空间损耗FSLD一接收端天线指向误差损耗LAM 。

如下表所示,PA值为前面各项值框加,衰减损耗等已做负值处理,后面表同。

5.3使用测试喇叭天线正对卫星方向时最大允许干扰电平

使用测试喇叭天线正对卫星方向,最大允许干扰电平如下表所示。

频谱仪测量时应注意分辨带宽RBw的设定,应设置为与地球站接收的载波带宽相同。有时为了更好地分辨载波需设置RBw值远小于实际载波带宽,这时就需要对测试结果数值进行修正。如RBw设定为300 KHz,载波带宽6 MHz,频谱仪上载波电平读数为一100.12 dBm,则载波实际功率为:

一100.12+10 log(6000K/300K):一100.12+13.01=-87.11 dBm。

5.4使用测试喇叭天线偏离卫星方向时最大允许干扰电平

由于卫星天线具有一定的方向性(见图3),主轴方向增益最大,偏轴方向增益相应降低。同时干扰信号可能来自于四面八方,故来自偏离主轴方向上的干扰信号强度可相应提高,但经天线汇聚后最终应仍维持在C/I?≥25dB。

参照ITu—R S.580—6建议书,天线旁瓣特性如下式:

附件3中所建议的公式计算。

当偏轴角大于20?时,按ITu—R S.465—6推荐,采用以下参考辐射方向图:

其中:

对于D/入≥50,∞min:l? 或100入/D度,取二者中值大者。

对于D/入<50,∞min=2? 或114(D/入)一1.09度,取二者中值大者。

以上式中:

G——天线旁瓣增益(dBi)

D——天线直径(m)

入——波长(m)

——偏离中心波束轴向的角度

根据上式原I修正为I?=I+(Gmax—G),即干扰来自偏轴方向时其强度应比来自主轴时功率大(Gmax—G)dB。

参照5.3节计算,使用喇叭天线测试偏轴方向干扰时,频谱仪显示的最大允许干扰电平值为:

Pi= 一100.12+(Gmax—G)dBm 由于地球站天线正常指向卫星时具有一定仰角,当喇叭天线固定为水平方向仰角为Oo·时进行测试,其与卫星天线之间的夹角并不直接等同于卫星天线的偏轴角度,需使用下述公式(ITu R S.1781)换算得到:

?=arcos(COS(Es)COS(AE—As))式中:

?——地球站天线偏轴角——朝向干扰信号方向;

AE——干扰信号的方位角,真北为0?;

As——地球站工作时方位角。真北为0?;

Es——地球站天线的仰角;

测试步骤

1、首先连接好测试设备,设置好频谱仪各参数。中心频率先设置为整个C波段(3400~4200 MHz)的中心频率:3800 MHz,对应LNB变频后的频率为:5150—3800=1350 MHz,带宽800 MHz;

2、一般将测试天线仰角设置为0?进行测量。先设置天线为水平极化,从方位角真北0?开始顺时针缓慢旋转天线360?,初步测试周围环境;

3、继续旋转天线一周,但每隔一定角度(例如30?越小越好)停下打印或拍照存图;

4、在较大干扰源出现的方向重新设置频谱仪参数进行重点测试并记录,如改变中心频率cF,减小频宽SPAN、分辨带宽RBw、视频带宽VBw、设置成MaxHold等;

5、设置喇叭天线极化为垂直极化,重复上述测试;

6、如有必要或具备条件可进行长时间测试。

测试结果及结论

经测试发现当地地球站周围电磁干扰较为复杂,电磁环境恶劣。用喇叭天线水平方向扫描时,在方位1 1 0?至250?整个C频段800M范围内都有不同程度的干扰。偏离天线10?方向时干扰最大,计算其偏轴角为:

?=arcos(cos(Es)cos(AE—As))=arcos(COS(27.55?)cOS(10?))=arcos(0.873?)。29.19?

频谱仪显示的最大允许干扰电平值为(RBW=300 KHz):

Pi= 一100.12+(G~一G)=一100.12+39.77一(32—2510g(29.19?)):一55.72 dBm

Pi限值如图4蓝色横线所示。频谱经MaxH01d后观测,干扰信号对正常卫星工作频段影响严重,怀疑是该方向上安装有卫星电视干扰器。当地电磁环境不能满足地球站保护要求,地球站正常通信受到严重影响,工作断续,需和当地有关部门协调解决。