相鄰GEO衛星信號干擾分析

樂四海，歐新穎，張向征，葛 俠

（北京環球信息應用開發中心，北京100094）

0 引言

衛星通信是國內、國際提供骨干線路的三大通信網傳輸基礎設施之一，它可以在任何地方提供接入服務，其靈活方便性是地面通信網不可替代的。衛星轉發器是整個衛星通信網絡的必經通道，網中所有信號都要通過轉發器轉發;而且，在它覆蓋波束下的地球站都能向轉發器發送信號，所以它特別容易受到各種干擾尤其是人為干擾的影響。相鄰軌位的衛星，轉發器頻段相近，一旦落入對方頻段內，信號功率偏大，造成一種人為干擾，就會直接影響對方衛星通信的正常使用，給用戶終端造成不必要的影響。如2010年7月上旬，印尼PALAPA PAC-C146E衛星與COMPASS系統CHINASAT-35C衛星產生了互擾。通過上述2顆相鄰軌位GEO通信衛星產生的干擾現象，根據CDMA體制下的干擾信號頻譜分析，采取相互降低干擾源功率減弱對鄰近衛星用戶信號干擾的方案。并在此基礎上，主動采用自適應干擾估計抵消技術，進一步消除相鄰衛星干擾影響。

1 干擾信號分析

印尼PALAPA PAC-C 146E衛星為地球靜止通信衛星，提供模擬電視、數字電視和數據通信服務，采用水平和垂直線極化方式，水平極化下行的干擾信號與COMPASS系統的CHINASAT-35C擴頻信號類似，且頻帶有約4MHz帶寬重疊，處理稍微不當，就可能對鄰近衛星造成有害干擾。COMPASS系統和印尼衛星的數據分別通過144.5E和146E衛星C/C轉發器進行傳輸。由于COMPASS系統用于數據傳輸的監測站采用天線口徑較小（監測站采用3.7m天線），且其旁瓣增益較大，旁瓣波束寬度約為3°，各監測站的上行旁瓣信號可能直接干擾相鄰印尼146E通信衛星，而印尼衛星上行信號有可能對COMPASS系統產生有害干擾，如圖1所示。

1.1 多址干擾信號鏈路計算

假設各碼分多址（CDMA）用戶信號到達接收機天線口面的功率電平相等，并且系統無外來單頻干擾，只存在多址干擾和高斯白噪聲干擾[1]。

圖1 衛星通信C/C轉發鏈路圖

在CDMA系統中，設每個用戶發送帶寬為W，功率為C，則每個期望用戶信號將受到功率為（K－1）C的高斯干擾（對于CDMA系統中的任意一個期望信號，其他多路干擾信號的合信號可以近似認為服從高斯分布）和功率為WN0的加性高斯噪聲的惡化[2]。這種情況下，低噪放入口處的等效載波噪聲功率比為:

因此，多用戶干擾下的等效比特信噪比為:

從式（1）可以看出多址情況下的信噪比，比單用戶情況下增加了一個惡化項

為了達到給定的系統性能指標，由以上公式計算得出的值至少要達到所需的門限信噪比

假設K=17，擴頻碼速率Rc=5.115Mcps，擴頻碼頻譜帶寬W=10.23mHz，接收信息速率Rb=27.5 kbps，由式（1）可得:

因此，考慮多址干擾的總載噪比C/N0=57.7dBHz，比不考慮多址干擾的總載噪比減少了11dB左右。

1.2 下行干擾分析

CHINASAT-35C衛星C/C轉發器下行有效全向輻射功率（EIRP）為24dBW，而雙方衛星網絡完成協調時限制EIRP為17.1dBW（帶寬為10.23mHz）高于完成協調的限制條件。

目前COMPASS系統有多個監測站（假設K=17），存在多址干擾情況下，COMPASS中心站接收各外站下行信號總載噪比范圍約為52～57dBHz，根據多址干擾信號鏈路計算方法，多址信號對單站有用信號的影響約為11dB，也就是在不考慮多址干擾的情況下，單站下行信號總載噪比范圍約為63～68dBHz，根據公式計算:

根據式（2）計算單站EIRPS1=2.4～7.4dBW，則17路下行信號EIRPS總=14.7～19.7dBW，按照國際電聯有關規定，雙方協調好最大下行EIRPS小于17.1dBW基本一致[6]。因此，正常情況下CHINASAT-35C衛星C/C轉發器的下行信號不會對印尼146E通信衛星下行產生干擾，或者影響很小。

1.3 上行干擾分析

以COMPASS系統的某個監測站為例，假設其衛通天線為3.7m，第一旁瓣增益可達31.6dBi，波束寬度為3°，為了保證主控站接收所有監測站入站數據，許多外站發射功率均為飽和輸出。通過提取某個監測站天線跟蹤數據分析，其方位角變化約4°，俯仰角變化約2°。根據計算，CHINASAT-35C衛星和印尼衛星146E的方位角之差與俯仰角之差分別為2°和1°。這樣導致的結果是:監測站旁瓣信號大部分進入印尼衛星146E的C/C通信轉發器中，有時其主瓣信號對印尼衛星產生了干擾，印尼為保證其信號不受影響而上調出站功率，這樣也會對COMPASS系統造成有害干擾。

2 用例與算法仿真

通過對COMPASS系統CHINASAT-35C衛星與相鄰的印尼146E衛星信號干擾分析，解決相鄰衛星信號干擾從以下2個方面進行:首先，互相微調C頻段上行出站功率，在衛星C/C轉發器工作條件不變時，操作者雙方都應工作在協調限制范圍內，即在保證COMPASS系統各監測站正常工作情況下，平衡各站入站載噪比C/N0，使之均衡、合理，減弱對印尼衛星的干擾;而印尼衛星也相應調整，以期不對COMPASS系統造成不利影響;其次，在衛星接收終端中采用自適應抗干擾技術消除相鄰衛星干擾信號的影響。

根據解決方案，首先通過人工調整并平衡地面站的出站功率，利用13m天線接收印尼146E衛星下行信號，比較功率調整前后帶內某點頻（3850Hz）信號功率變化，可以看出，帶內干擾信號消除較為明顯，如圖2所示，其中圖（a）為功率調整前頻譜圖，圖（b）為功率調整后頻譜圖，中心頻率為3.85000GHz，頻率跨度為20.00GHz。

圖2 13m天線接收146E下行信號頻譜圖

其次，在衛星接收終端采用盲自適應干擾估計抵消技術[3，4]。自適應干擾估計抵消技術基于干擾的廣義平穩模型，假定干擾是循環平穩過程，采用頻移（FRESH）濾波器取代傳統的線性時不變濾波器作為白化濾波器，FRESH濾波器將輸入信號及其共扼進行一系列頻移操作，再通過一組線性時不變濾波器進行濾波，最后將輸出相加，預測出干擾，再從接收信號中減去干擾的估計值，從而抵消掉絕大部分干擾能量，提高輸出信號與干擾加噪聲比（SINR），使殘余干擾接近為白噪聲。這種“譜分集”能增加對干擾估計的準確性，從而得到更優的干擾抑制性能。針對直擴通信系統中盲自適應抗干擾研究，梅陽等提出一種改進穩健的遞歸最小二乘（RRLS）算法——正交穩健的遞歸最小二乘（ORRLS）算法[5]，改進后的算法在強干擾情況下仍能穩健地收斂，仿真如圖3所示。從圖3可以看出，經過濾波算法處理之后的合成信號頻譜變得平坦，而且被大大減低，干擾信號對系統的壓制影響得到了有效遏制。

圖3 改進RRLS算法干擾抑制仿真圖

3 結束語

對相鄰衛星干擾信號進行了分析，通過相互調整信號出站功率解決相鄰衛星干擾問題，從而有效地降低干擾信號功率，但無法從根本上解決衛星干擾問題;不過，可以通過在衛星信號接收終端主動采用盲自適應干擾估計抵消技術，實現干擾信號的分離、抵消，最終達到消除干擾信號的目的。

[1]任品毅，朱世華，汪勇剛.寬帶碼分多址系統中的并行干擾抑制技術[J].西安交通大學學報，2001，35（2）:149－152.

[2]奕英姿，李建東，楊家瑋.MC-CDMA系統采用解相關－并行干擾抵消檢測算法的性能分析[J].電子與信息學報，2004，26（4）:517－524.

[3]李琳.擴頻通信系統中的自適應窄帶干擾抑制技術研究[D].長沙:國防科學技術大學博士學位論文，2004.

[4]李琳，周文輝，譚述森.擴頻系統中最小誤碼率意義下的最優干擾抑制技術[J].電子學報，2005，33（1）:32－37.

[5]梅陽，郭藝，張爾揚.盲頻移濾波器信號提取的改進算法[J].系統工程與電子技術，2007，29（5）:692－694.

[6]ITU-R Recommendations.Radiocommunications Sector，2008-edition 1，English[S].