卫星广播通信中雨衰减研究及抗衰落策略

王少杰

摘要 卫星广播通信过程中，电波传播会受自然环境的影响，有关自然环境对于卫星广播通信信号传播影响的研究是保证卫星广播通信系统高效工作的重要环节，为此，在地面端就必须建立完备的自然环境情况数据库，对于自然气候更好的记录，掌握其发生规律，并以此为基础针对性的对卫星广播通信技术做出技术性规避，减少气候的影响，提高卫星广播通信的效率以及准确性。本文着重介绍了其中雨衰减部分的内容，通过研究地域性雨水规律，比照地区的卫星通信电波信号衰减情况，对其动态特性，产生机制，预测等方面做详细分析，并以此为基础提出相应的抗衰减策略，更好的实现卫星通信高效运行，合理的对资源配对优化，提高工作效率。

关键词 卫星；广播通信；抗衰落

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）159-0087-02

现如今，卫星广播通信技术已经成熟，已经普适化投入应用，市场对于卫星通信的需求空前巨大，卫星广播通信发展迅速，随之而来的是，低频段卫星已经接近满负荷状态。高频段的广泛投入应用是大势所趋，然而，高频段虽然应用范围广，但是其可靠性容易受到自然环境的影响，雨、雪、云、雾等各种复杂自然气候容易对高频段卫星的电信号产生干扰，容易被吸收，产生散射、去极化等不良效应，这些不良效应对于保证高频段电波信号的质量威胁很大，尤其是降雨，严重情况下可能会中断系统工作。降雨和冰晶层的和散射还可引起地面电路和空电路间的同频干扰，进而引起信号的附加时延u-。因此，对于卫星广播通信在流层中受自然环境影响而衰减的探究重要性也就不言而喻。

1 卫星广播通信系统设计

通常情况下，广播卫星系统在设定工作过程中，默认条件最适宜的天气，以此为基础得出具体的电波数据，同时，考虑恶劣天气环境的影响，在经历降雨等自然环境衰减后仍能达到要求的所要求的目标电波质量。与此同时，在研究卫星广播终端设备对电波的具体接受状况时，也是基于正常天气环境下的计算，只是对于天气衰减部分值会包括在内，确保接收到的通信信号能够满足目标的要求。通过对典型卫星广播系统的分析可以发现，传播分析是系统设计、应用的必要环节，传播分析的准确度决定了所设计卫星系统的置信度的可靠性。

对于低频段干扰较小的雨衰减，衰减作用通常情况会在0.01%左右，对Ku频段的卫星系统则较为严重，某些情况会影响卫星系统的正常工作。

2 卫星广播通信雨衰减机理及影响

影响卫星通信的传输影响有很多，对于高频段来说，主要是雨衰减作用造成的损失，空气中的雨滴能够对穿过的电磁波进行吸收，同时由于雨滴的物理特性，使其可以散射电磁波，在电波的地球到太空传输路途中会经众多损耗过程，折射效应，天空的噪声辐射，降雨云，去极化过程，融化层，电力层等。这些影响因素并不是一成不变的，很多程度上取决于气候。对于雨衰减得作用，当电波传输过程中经过降雨地区时，雨滴对电波产生吸收，散射等作用，进一步衰减电波，这个衰减的强度是不定的，水滴的形状，极化的具体过程，电波的波长等这些都时影响因素，因此，对于电波雨衰减的数值计算是一项极其复杂的工作。对于云层来说，云层不一定随时存在，但是绝大多数地方30%时间是存在云层的，并且，云中结冰的颗粒随着云层浓浓度不断增大，颗粒将会降低高度同时当达到融化温度时便会融化，因此，电波传输在经历这些过层时衰减将会增强。甚至，当空气中的物理条件达到降雨要求后，便会出现降雨现象，这会使得电波的衰减量增大。

根据以往的研究结果，降雨对电波传输过程中的影响主要有3种方式，分别是吸收、散射以及辐射作用，电波的具体衰减情况根据地理位置特点和雨水强度大小以及电波的自身频率相关联，其产生结果有以下几种：1）削弱传输电波的功率，使得信号的电平到达终端设备时有所降低。2）增加接收系统的噪声温度，降低接收系统G/T值。3）改变信号极化，降低信号交叉极化鉴别率（XPD）。在实际的卫星广播系统中，需要考虑实际应用过程中雨衰会对系统造成的影响，避免“峭壁效应”现象的产生。

3 抗雨衰策略

为了提升卫星广播系统的稳定性，保证传输信号的质量，对于电波在传输过程中受到的损耗需要进行一定程度上的补偿，保证传输信号的切实可用，当前，对于雨衰的补偿途径主要分为以下几种。

3.1 功率控制技术

功率控制技术根据作用对象不同可分为两种，应用于地面终端设备的成为上行链控制技术（ULPC），应用于卫星上的成为下行链控制技术，本文主要讲述前者。

ULPC即考虑到电波在实际传输过程中所产生的损耗，在地面发射端做出改进，改变地面发射端的功率，弥补雨水对于电波的影响，认为的降低自然环境的影响，使系统接收到的信号为无天气影响环境下的数据，保证整个系统的质量。该技术的具体工作过程分为以下几种：开环功率控制、闭环控制、反馈环控制。

开环控制技术，即通过接收到的具体衰减值，根据具体的公式划算转换，得到在传输过程中的衰减值，并上传相应的处理单元，和正常天气条件下的信号比对，进而进行具体的功率处理，以此来弥补雨水对传输过程中的衰减作用所产生的影响。

3.2 分集技术

该技术的处理核心思想为：在发射信号时，发射多个“备份信息”，这些信号同样携带有效信息，并且互不干扰，这样，在卫星上接收到的信号就会多样化，卫星可以根据实际需求进行筛选和重新组合，从而达到降低雨水的衰减作用。分集技术的原理为：不同信号在传输过程中所受影响不同，有了大批次的信号就可以进行筛选，选出质量最为好的信号，这个过程中的核心环节为要保证发射的信号间没有相关性，同时卫星接收端能够接受不同频段的电波信号，以此来保证信号完整传输的可能性。

4 结论

高频段的卫星广播通信是未来卫星通信发展的方向，但是，雨衰减是稳定性的极不稳定因素，为了保证高频段卫星通信系统的可靠性，雨衰减问题是时必须攻克的难题。同时，我们应当完备提升卫星通讯产业各环节能力，力争早日达到合理布局运用卫星通信系统的要求，提升系统性能。