星地一體化通信系統ATN終端衛星上行同頻干擾

成克偉，王五兔

（中國空間技術研究院西安分院，陜西西安710000）

星地一體化通信系統ATN終端衛星上行同頻干擾

成克偉，王五兔

（中國空間技術研究院西安分院，陜西西安710000）

星地一體化通信系統，是由基于多波束的衛星網絡與地面輔助網絡組成，它們共用一段頻率。輔助地面網絡的目的在于提高衛星波束在高密度人口區域的覆蓋性能，這些區域中，衛星通信由于高樓而受到信號陰影衰減，地面ATC網絡使用衛星頻段，將會引起星地一體化系統內SBN與ATC相互干擾。為了分析更加準確的分析系統內同頻干擾，在禁區和衛星波束頻率復用的條件下，建立干擾源位置分布模型，并分析了ATN終端對衛星上行的同頻干擾。關鍵詞：星地一體化通信系統；同頻干擾；頻率復用；輔助地面網絡

自美國9.11事件和卡特里娜颶風之后，研究人員開始關注如何在突發事件中保障有效通訊，由此提出了星地一體化衛星通信系統。該系統有諸多優點，比如：1）保障由于突發事件中有效通信服務；2）增強高密度城市或偏遠地區信號強度，3）采用地基波束形成技術為衛星“減負”；4）適用于任何通信體制；5）能有效促進星地網絡運營商統一。為提高系統容量和頻譜效率，使地面網絡與衛星網絡共享一段頻率，而此兩種網絡又分別采用頻率復用技術。這種頻率方案不可避免的帶來了系統內同頻干擾，本文從禁區與衛星頻率復用的角度，分析輔助地面網絡終端對衛星網絡的同頻干擾。

1　系統干擾途徑

星地一體化衛星通信系統由基于多波束空間衛星網絡SBN（Sate11ite Based Network）和輔助地面網絡ATN（Anci11ary Terrestria1 Network），空間衛星網絡SBN由衛星與衛星網關站組成；輔助地面網絡ATN由各種協議的基站、基站控制單元、網絡動態控制單元組成［1_2］。

地面移動用戶工作在衛星服務和移動通信服務雙模下，在這兩種模式下使用相同的一段頻率，所以不可避免的發生干擾。其中最為重要的一種同頻干擾為，來自ATN終端對SBN終端的干擾，如圖1所示。

圖1　ATN終端對SBN終端干擾

2　干擾源位置

在星地一體化通信系統中，來自ATN的干擾源所處位置與系統規定的禁區和衛星波束的頻率復用次數有關系。禁區（EZ）規定為ATN終端在禁區內不得使用SBN波束的頻率。干擾源的位置如圖2所示。

在上圖中，最內圈為頻率F1的衛星波束，其波束寬度為3 dB，與其相鄰的外圓（包括3 dB波束）為禁區，最外圈6個圓為距離F1最近的同頻波束，中間黑色區域規定為來自ATN干擾源的位置。

圖2　來自ATN干擾源的位置

3　禁區與同頻干擾的關系

假設衛星軌道高度為，同頻波束構成的圓半徑為D，在波束寬度為1°（3 dB對應0.5085°），載波中心頻率為1.8 GHz時，黑色同心圓內圈為禁區寬度（θEZ）所對應角度，那么黑色同心圓外邊緣所對應的角度θedge為：

表1　不同禁區時干擾源位置

由上表分析，外圈角度越來越小，這是因為禁區越大，同心圓內外圈被禁區“擠壓”的結果。

當干擾源信號均值服從對數正態分布，其均值為_40 dBm，標準差為4時，為只反應禁區寬度對同頻干擾的影響，使頻率復用因子固定值，也使干擾源所在同心圓上均勻分布，即以0.1°為單位計算wi1kinson干擾均值（考慮了波束角度的波束增益），再將整個角度區間內再用wi1kinson等效為單一干擾源。MATLAB計算結果如圖3所示。

4　衛星波束頻率復用與同頻干擾的關系

當禁區寬度一樣，取EZ=_5 dB，而衛星多波束的頻率復用因子K=3，4，7和9時，在不同干擾源數目下的同頻干擾如下計算。

如上節參數一樣，載波中心頻率為1.8 GHz，點波束3 dB寬度為1°，當禁區取EZ=_5時，干擾源所在同心源內邊界的波束寬度固定不變，為0.642 9，其外邊界圓的所對應的波束寬度隨著頻率復用因子改變而改變。

圖3　禁區與同頻干擾的關系

其不同K值時，外邊界θedge計算如下：

首先計算不同K時，同頻波束中心點練成六邊形外接圓的半徑D為：

其中，R為衛星3 dB波束在地面投影圓波束的半徑，其大小為R=h tan（θ3dB）。

則立體幾何關系得到：

其中，θEZ為禁區寬度。由上述關系式計算得：

表2　不同衛星頻率復用因子干擾源位置

由圖3可知，此時內圈寬度不變，外圈隨著頻率復用因子變大而變大。當干擾源信號均值服從對數正態分布，其均值為_40 dBm，標準差為4時，假定干擾源均勻分布在同心圓上干擾源所在同心圓上均勻分布，即以0.1°為單位計算wi1kinson等效干擾源（考慮了波束角度的波束增益），再將整個角度區間內再用wi1kinson等效為單一干擾源。MATLAB計算結果如圖4所示。

圖4　衛星波束頻率復用與同頻干擾關系

5　結束語

在星地一體化移動通信系統中，系統內的同頻干擾問題嚴重影響系統的性能，尤其三地面網絡終端用戶對衛星上行鏈路的同頻干擾。本文分析了系統禁區的大小和衛星頻率復用因子對干擾源位置的影響，在干擾源信號滿足對數正態分布的情況下，利用wi1kinson方法將大量干擾源等效為單一干擾源。從結果來看，禁區越大和衛星頻率復用次數越大，將有助于減小系統內同頻干擾。

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Analysls of lnterferences from ATN termlnals to uPllnk satelllte users ln lntegrated satelllte and terrestrlal systems

CHENG Ke_wei，WANG Wu_tu
（CAST_Xi'an Institute of Space Radio Technology，Xi'an 710000，China）

The term“integrated system”refers to a system composed of a mu1tibeam Sate11ite Based Network and a Anci11ary Terrestria1 Network that reuses the same frequency band than sate11ite's ones.The terrestria1 component aims at improving the sate11ite coverage in high1y popu1ated areas where sate11ite communications often suffer form a high b1ocking factor caused by the bui1dings，the ground ATN works in the sate11ite frequency，it wi11 cause mutua1 interferences of sate11ite_terrestria1 integrated system.In order to ana1yze more accurate1y the interferences of integrated system，under the condition of different exc1usion zone（EZ）and sate11ite frequency reuse pattern（SFRP），the 1ocation of interference sources is bui1ded.This paper then precent the interference with up1ink sate11ite users from ATN terrestria1 users.

integrated sate11ite and terrestria1 systemsjco_frequencyjinterference jSBNjATC

TN927+.2

A

1674_6236（2016）10_0142_02

2015_05_30稿件編號：201505260

成克偉（1987—），男，甘肅蘭州人，碩士研究生。研究方向：航天器天線技術。