UHF頻段衛星通信系統干擾檢測技術研究

吳 旦

（南京六九零二科技有限公司，江蘇 南京 210000）

1 干擾分析

1.1 上行鏈路沒有實時選頻功能

在UHF頻段衛星通信系統中雖然采用了呼叫選頻功能，但在實際的UHF系統中干擾是時變的，采用實時選頻技術對提高系統通話質量是有利的。在是否采用實時性選頻功能方面，不同技術人員從不同出發點會得出不同結論。不支持實時選頻、而僅支持呼叫階段選頻的技術人員，其主要依據如下。

（1）無干擾時間的相關性：也就是對于上行信道，如果在呼叫建立的時候沒有干擾，則在接下來的一段時間內沒有干擾是大概率事件。其典型憑據是[1-2]美軍在70年代末通過大量UHF研究統計顯示，UHF信道無干擾在時間上的相關性大約在3～5 min。

（2）采用交鏈技術與星形網絡結構平均了上行干擾：由于采用了交鏈技術，所有終端的通信是通過中央站進行轉接，這樣中央站接收到的干擾是整個波束內的干擾平均值。

（3）實時性選頻的大量開銷：要支持實時性選頻，中央站需要實時性地對信道進行多次重新分配，因此信令將占據系統的資源。

而支持實時選頻的技術人員，其主要觀點如下。

（1）UHF干擾日益復雜：隨著大量電子產品的使用，干擾也日益復雜。

（2）UHF無干擾相關時間分布復雜：美軍在30年前的統計已不適應今日的環境，無干擾時間分布已很難統計。

（3）星狀網采用集中控制，更易支持實時自適應選頻。

正確的觀點應是：UHF頻段通信質量不高，是一個合力因素，只要有不利的因素均應在系統設計階段加以克服。

1.2 下行鏈路沒有選頻功能

在UHF頻段衛星通信系統中采用了TDM/FDMA的傳輸體制，系統對于TDM的下行頻率號雖然可以設置，但設計方式完全沒有考慮接收終端所處的接收環境：干擾+多徑。如何在多用戶TDM下行信道環境下支持選頻功能，在技術上就較為復雜。

對于不支持在下行TDM信道上進行選頻功能的出發點如下。

（1）實時選頻對于TDM過度復雜：下行TDM信道是一個一對多的信道，如果支持實時選頻，則該TDM信道將變成一個跳頻信道，管理難度加大，終端接收也在同步上增加了復雜性。

（2）下行上TDM的幀效率降低：由于每一終端接收TDM載波的頻率不相同，系統為了實現載波、符號同步，需了解額外增加開銷，從而降低了下行TDM幀的幀效率。

（3）系統開銷過大：與上行實時選頻不同，中央站只有通過終端上報才能掌握每一個終端接收地的干擾狀態，這些開銷是系統所不能接收的。

（4）系統干擾同步的維護較難：系統要掌握處于通信狀態通信終端所處的干擾狀態，為了維持這樣一個干擾同步狀態表，系統是很難實現的。

由于目前下行TDM體制不支持實時選頻，甚至也不支持呼叫階段上的選頻功能，批評者一般會以此提出該技術在體制上的不足。支持在下行鏈路采用FDMA方式的出發點如下。

（1）支持呼叫階段的選頻功能，提高系統呼通率。

（2）易于支持實時選頻功能：當一個用戶接收環境發生了變化，其只需要在中央站改變該用戶的接收頻率，而其它用戶的接收頻率不發生變化。

但需要意識到的是：在下行無論采用FDMA還是TDM，對于支持實時性選頻功能時系統所需要的開銷及復雜度是一樣的。

2 干擾檢測技術

2.1 終端實時干擾檢測

為了使中央站能最優對系統的上、下行頻率資源進行分配，系統網管軟件需掌握中央站上行信道受干擾狀態及所有入網小站的下行干擾狀態。

對于中央站的上行信道，其已具備實時信道干擾分析模塊，無需消耗系統的任何資源即可掌握系統中所有上行FDMA信道上的受干擾情況。中央站上行信道的干擾是整個波束范圍之內的一個綜合干擾效果。如果采用了上行交鏈，則中央站本地的UHF干擾不會對上行鏈路產生影響，此時上行鏈路具有相對較好的性能；而對于整個系統下行鏈路的干擾，是通過檢測所有小站在不同接收點的干擾狀態。這里涉及到如下兩個方面的研究。

（1）小站進行選頻的時機

待機狀態小站：處于待機狀態的終端沒有自己的通信信道，只能接收系統的廣播/控制信道；此時小站可以對自己接收端的下行干擾進行檢測，而無須將這些檢測結果進行上傳；所以處于待機狀態的小站，其干擾檢測機制不會對系統的負荷產生影響。

通信狀態小站：對于處于通信狀態的小站，需要實時性地將下行干擾狀態向中央站進行匯報。

（2）如何進行有效的狀態檢測

由于小站在接收信號的衰落、天線指向的變化，判斷接收端是否存在干擾不能簡單以接收信號電平或信噪比來判斷。為了可靠檢測接收端的干擾情況將通過如下指標：接收本站址時隙中TDM信號電平LsdB；接收本站址時隙中TDM信號信噪比[Eb/N0]sdB；接收其他頻點的最佳TDM信號電平LodB；接收其他頻點的最佳TDM信號信噪比[Eb/N0]odB。

當滿足如下兩條件時，則認為小站通信所使用的頻點出現干擾或衰落：Ls＜Lo-A；[Eb/N0]s＜[Eb/N0]-B。

為了避免頻繁選頻增加系統的負擔，在檢測中采用了門限閥值A、B。

2.2 中央站干擾檢測技術

由于系統中終端天線指向具有不確定性，僅通過檢測上行信道的信噪比及信號電平不能完全反映上行信道的干擾狀態，因而在中央站的干擾檢測還需要檢測終端天線的指向。

小站除了需要檢測下行信道的接收質量外，還需要檢測在一幀中最大的下行TDM最佳信噪比，并將該參數傳回中央站。

2.3 中央站上、下行信道自適應分配信息可靠傳輸機制

對于下行的干擾檢測由處于通信狀態的小站進行，如何進行頻率切換以及在什么時候發生頻率切換由中央站發送命令。而上行干擾檢測、切換命令均由中央站完成。無論上、下行，最終的頻率切換點由發送站進行：上行由小站決定，下行由中央站決定。因而，整個系統的干擾檢測、切換申請、切換命令、信道切換、切換確認之間存在一個同步過程，通過設計這個同步過程來支持上、下行信道自適應分配信息的可靠傳輸。

2.3.1 下行信道切換控制機制

一次性切換完成流程：在上行信道接收暢通時，中央站會根據小站的申請，在相應小站的接收時隙中進行下行TDM的頻率切換（見圖1）。

圖1 信令正確傳輸環境下的下行信道切換

多次切換申請完成：由于上行信道接收存在問題，中央站沒有接收到正確的頻率切換申請，其仍將在原有的頻率上向小站發送上TDM信息；此時，小站將再一次發起TDM頻率切換要求，直到成功為止。需要注意的是，每一次TDM接收頻率切換申請中的最佳頻率均是當時的最佳測量結果。

為了提高可靠性，在終端中也采用了雙通道接收技術。

在流程中可以看出，小站切換申請不成功可能存在如下因素。

（1）小站上行信道存在問題：這一問題會造成下行切換申請中央站接收不到，這時中央站會檢測到這一狀態，自動切換上行信道的頻率。

（2）小站接收不到中央站切換命令：因為這一切換命令是在原TDM頻率上進行傳輸，此時中央站會在系統廣播/命令TDM時隙中傳輸這一命令。由于在該時隙中采用了分集、抗干擾傳輸方式，使切換命令的成功概率大大提高。

2.3.2 上行信道切換控制機制

小站的上行通信是在有話音發送時進行發送，如果小站無話音發送，此時又有下行干擾信道切換申請，則其將專門發送信道切換申請信號。

如果中央站多次接收不到上行的小站信息，會定時通過下行TDM通信時隙向小站發起輪詢，以防止中央站與小站之間的通信中斷。如果這種輪詢不成功，其將利用系統的廣播/控制信道進行輪詢。通過這一機制，可以保證小站與中央站之間具有可靠的通信 連接。

3 結 論

本文介紹了基于上、下行信道自適應分配的干擾檢測技術。