淺談衛(wèi)星通信中的常見(jiàn)干擾及其處理措施

童艷?李嘉

摘 要 衛(wèi)星通信技術(shù)代表著一個(gè)國(guó)家和地區(qū)的通信技術(shù)水平，對(duì)其研究不可間斷。本文先對(duì)現(xiàn)階段衛(wèi)星通信過(guò)程中存在的各種干擾因素進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上就如何對(duì)其進(jìn)行有效的處理和積極應(yīng)對(duì)，談一下個(gè)人的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)，以供參考。

關(guān)鍵詞 衛(wèi)星通信；干擾因素；應(yīng)對(duì)策略；研究

衛(wèi)星通信過(guò)程中，如何保證一方能夠安全、準(zhǔn)確的傳輸與獲取信息至今仍是研究的重點(diǎn)，究其原因主要是因?yàn)樾l(wèi)星通信時(shí)存在著很多惡意阻止、破壞數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)默F(xiàn)象和因素，因此需要加強(qiáng)通信抗干擾技術(shù)的研究。

1 現(xiàn)階段衛(wèi)星通信過(guò)程中的主要干擾因素

1.1 地面與空間干擾

衛(wèi)星通信過(guò)程中的地面干擾是最為普遍的干擾形式，具體包括兩個(gè)方面的內(nèi)容。一是電磁干擾。因地面有大量的雷達(dá)、微波以及調(diào)頻廣播和無(wú)線電視等諸多類(lèi)型的干擾源，當(dāng)前串入到用戶站以后，經(jīng)上行鏈路發(fā)射導(dǎo)致上行干擾或接收干擾；二是互調(diào)干擾。通常情況下，在衛(wèi)星通信多載波狀態(tài)下其功放容量總量受到限制，信號(hào)往返傳遞力度不足，無(wú)法有效對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳遞。信號(hào)傳遞過(guò)程中會(huì)有三階互調(diào)分量超額現(xiàn)象發(fā)生，發(fā)射率不達(dá)標(biāo)等。同時(shí)，空間干擾也是現(xiàn)階段衛(wèi)星通信過(guò)程中的主要干擾形式，其包括了相鄰信道以及鄰星干擾兩種形式。隨著我國(guó)衛(wèi)星通信以及通信技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的同步軌道衛(wèi)星被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，而且間隔從最初的5度降低至目前的2.5度，以致鄰近衛(wèi)星相互之間的干擾現(xiàn)象不可避免。對(duì)于相鄰信道的干擾而言，其主要是載波頻率分配、相鄰信號(hào)頻帶之間除了重疊現(xiàn)象，保護(hù)帶寬不足。

1.2 自然干擾

降雨時(shí)雨滴會(huì)對(duì)衛(wèi)星通信產(chǎn)生干擾，其中雨滴根據(jù)風(fēng)向以及衛(wèi)星信號(hào)傳遞方向產(chǎn)生不同的信號(hào)吸收和散射干擾現(xiàn)象。每年的春分以及秋分時(shí)節(jié)，衛(wèi)星地球站中午時(shí)分衛(wèi)星處于太陽(yáng)和地球間的直線之上，此時(shí)衛(wèi)星地球站天線同時(shí)對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星和太陽(yáng)，以致太陽(yáng)的電磁波形成非常大的噪聲源，并且嚴(yán)重影響所接收的信號(hào)，接收鏈路也因此而嚴(yán)重的惡化或者中斷，即為“日凌現(xiàn)象”。當(dāng)電波穿過(guò)電離層時(shí)，因電離層結(jié)構(gòu)具有隨機(jī)時(shí)變性以及不均勻性，導(dǎo)致信號(hào)振幅以及相位和到達(dá)角等短周期內(nèi)發(fā)生巨大的變化，進(jìn)而產(chǎn)生電離層閃爍現(xiàn)象。

1.3 人為干擾

該種類(lèi)型的干擾是現(xiàn)階段衛(wèi)星信號(hào)干擾各因素中非常大的一種方式，因現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)所用衛(wèi)星多為透明轉(zhuǎn)發(fā)器，對(duì)地面信號(hào)僅進(jìn)行變頻轉(zhuǎn)發(fā)而不做處理，其主要部件是高功率的放器大件，比如波管放大器和固態(tài)功放等。上述器件的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為輸入功率不超過(guò)飽和點(diǎn)時(shí)，能夠近似地認(rèn)為在線性區(qū)內(nèi)工作；隨著輸入功率的不斷增大并超過(guò)電平時(shí)，其功率放大器即進(jìn)入飽和或者過(guò)飽和區(qū)。在過(guò)飽和區(qū)，輸出功率降低，出現(xiàn)“功率掠奪”或者被“占用”現(xiàn)象，進(jìn)而影響衛(wèi)星通信[1]。

2 衛(wèi)星通信干擾應(yīng)對(duì)策略

基于以上對(duì)現(xiàn)階段衛(wèi)星通信過(guò)程中存在的干擾問(wèn)題分析，筆者認(rèn)為為了能夠有效保證衛(wèi)星通信的正常進(jìn)行，降低干擾，可以從干擾源以及抗干擾技術(shù)兩個(gè)層面予以解決。

2.1 干擾源處理

從當(dāng)前的技術(shù)水平來(lái)看，難以避免上述自然現(xiàn)象造成的干擾影響，僅能采用一些措施來(lái)降低干擾。由于接收天線收的頻率越高，其口徑就越大，3dB波束就會(huì)變窄，此時(shí)“日凌”持續(xù)時(shí)間短，因此我們可以通過(guò)地球站適當(dāng)增大天線口徑以及提高靈敏度的方式來(lái)有效縮短“日凌”時(shí)間。對(duì)于東經(jīng)度相對(duì)較高的衛(wèi)星而言，日凌開(kāi)始及其結(jié)束時(shí)間就會(huì)提前，根據(jù)地球站以及所接受衛(wèi)星的具體位置，對(duì)日凌發(fā)生時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，并且對(duì)節(jié)目信號(hào)選擇性的進(jìn)行切換。雨衰以及雪衰現(xiàn)象表現(xiàn)出較強(qiáng)的隨機(jī)性，而且地區(qū)之間的差異相對(duì)較大，難以有效避免，所以只能通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)傳輸路徑及其特點(diǎn)等，通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)有效的補(bǔ)償。其中，上行鏈路中的雨衰損耗可通過(guò)上行站予以補(bǔ)償，而且衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器也可對(duì)上行鏈路雨衰損耗進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償；對(duì)于下行站而言，其可通過(guò)提高接收性能G/T值，為雨衰留出足量的冗余。在此過(guò)程中，還可以優(yōu)化設(shè)計(jì)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器天線波束圖，對(duì)衛(wèi)星接收系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，從而減少降雨或者降雪影響。

對(duì)于地面電磁干擾而言，可在天線周?chē)荚O(shè)金屬屏蔽層，對(duì)電磁干擾源予以屏蔽，反射干擾波以后再對(duì)其進(jìn)行解決。在架設(shè)金屬屏蔽層之前，可通過(guò)電磁檢測(cè)方式對(duì)干擾波來(lái)源方向予以明確，而且要求屏蔽層達(dá)到一定的高度，不可低于高頻頭，也不能對(duì)衛(wèi)星信號(hào)傳輸路徑產(chǎn)生阻擋影響。對(duì)于鄰星干擾而言，其上行干擾需要衛(wèi)星公司協(xié)調(diào)鄰星運(yùn)營(yíng)商來(lái)有效解決問(wèn)題。對(duì)于因衛(wèi)星設(shè)備出現(xiàn)故障問(wèn)題而產(chǎn)生的干擾影響，只能切換備份設(shè)備或者更換轉(zhuǎn)發(fā)器，才能有效解決問(wèn)題。因地面設(shè)備故障問(wèn)題而造成的干擾，主要是通過(guò)提高維護(hù)人員的技能，嚴(yán)格按設(shè)備說(shuō)明進(jìn)行操作；對(duì)設(shè)備工作點(diǎn)進(jìn)行合理的布設(shè)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行良好的匹配與組合[2]。

2.2 增強(qiáng)衛(wèi)星通信抗干擾能力

（1）加裝防干擾設(shè)備，減小通信干擾。比如，利用微帶陣列天線，這是衛(wèi)星通信鏈路中非常重要的一個(gè)單元，同時(shí)也是接收衛(wèi)星信號(hào)的主要元件。對(duì)于微帶陣列天線而言，其體積相對(duì)較小，而且具有質(zhì)量輕、方向性強(qiáng)以及增益高等特點(diǎn)，傳輸距離相對(duì)較遠(yuǎn)，而且傳輸?shù)乃俾室卜浅５母撸軌蛴行б种朴暄└蓴_，具有較強(qiáng)的抗多徑反射性能。微帶陣列天線的組成主要有饋電網(wǎng)絡(luò)與微帶貼片，陣元處于正六邊形六個(gè)頂點(diǎn)以及中心位置，陣元之間采用的是半波長(zhǎng)間距方式，這有利于避免柵瓣現(xiàn)象發(fā)生。

（2）合理布設(shè)前置濾波器。實(shí)踐中，可在天線與低噪聲放大器間布設(shè)濾波器，這有利于抑制較大的帶外干擾影響。通過(guò)前置濾波器的方式，一般會(huì)造成性能上的損失，而且每1dB插入損耗會(huì)造成1dB噪聲系數(shù)增加。為此，應(yīng)當(dāng)對(duì)濾波器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，既要減小噪聲系數(shù)，又要對(duì)帶外干擾進(jìn)行抑制。

（3）采用功率倒置算法對(duì)寬帶干擾進(jìn)行抑制。實(shí)踐中，采用功率倒置自適應(yīng)算法進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)，主要是因?yàn)樾l(wèi)星通信信號(hào)會(huì)被背景噪聲所淹沒(méi)，功率倒置可以有效抑制干擾[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，衛(wèi)星通信過(guò)程中影響因素比較多，由此造成的衛(wèi)星信號(hào)干擾類(lèi)型也呈現(xiàn)出多樣性，并且是不可避免。實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)不斷研究干擾影響，采用最先進(jìn)的技術(shù)手段和維護(hù)措施，預(yù)防衛(wèi)星通信干擾因素，這樣才能提高衛(wèi)星通信質(zhì)量和效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 李梓化.完善衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)體系研究[J].中國(guó)新通信，2014，（5）：51-51.

[2] 王甲琛，王凡.衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的發(fā)展與擴(kuò)頻技術(shù)[J].硅谷，2016，（5）：8，119.

[3] 黃哲宇.衛(wèi)星地球站發(fā)射系統(tǒng)抗干擾措施探討[J].科技傳播，2017，（1）：176-176.