衛星通信常見干擾及處理對策研究

向 景

（中海油信息科技有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

隨著科學技術的發展，衛星通信技術開始受到廣泛關注并大范圍應用。其具有覆蓋面積廣、傳輸距離遠、不被時空因素限制以及容量大等優勢[1]，因此被廣泛應用到廣播電視傳輸工作中，成為節目傳輸的重要渠道。但衛星通信也不是無所不能的，由于自身特點和環境等因素的影響，會出現諸多干擾，從而影響衛星通信的進行。特別是在一些開放式的系統，由于轉發器是透明的，很容易受到主客觀因素的影響與干擾，因此必須要分析這些干擾因素，采取科學化的策略進行處理。

1 衛星傳輸系統概述

1.1 衛星傳輸系統的工作原理分析

人造地球衛星是衛星信號在真實傳輸過程中的中轉站，連接地面上的多個地球站，從而達到傳輸的目的。衛星信號傳輸系統中主要包括空間和地面兩部分。其中，空間就是人造地球通信衛星，地面就是地球站。傳輸衛星信號時，空間部分負責接收和轉發信號。其實，衛星信號傳輸系統在實際工作中主要是利用人造衛星接收地球發出的無線信號[2]，然后將信號轉發到另一個地球站上，以達到不同區域和不同距離信號的暢通傳輸，這對于人民群眾的日常生產和生活來說是十分便利的。

1.2 衛星傳輸通信系統分析

如今，我國的通信技術水平顯著提升，衛星傳輸系統也獲得了良好的發展機遇。但信號在傳輸時由于多種因素的影響，其質量也容易受到影響。因此，為改善這一情況，需要研究通信信號的傳輸，以提高通信質量和水平，實現信號傳輸的安全和高效。

2 衛星通信常見的干擾

2.1 地面干擾

地面干擾主要包括地球站設備的雜波干擾、電磁干擾、互調干擾以及交叉極化干擾4種。地球站設備的雜波干擾，使得工作載體、諧波以及雜波等影響衛星通信信號的傳輸[3]。調制器的輸出電平過高，會使得光譜出現擴散，從而也會影響衛星通信信號的傳輸質量。同時，如果出現載波噪聲，也會干擾傳輸信號，這是由于轉換器和放大器的工作時間點設置的不準確。此外，功率放大器非線性致使擴頻，也會使衛星的通信受到干擾。電磁干擾出現的原因是無線電視、工業噪聲、微波以及雷達等干擾上行傳輸信息。接收站的設備接地不佳，連接電阻太高也會干擾信息的接收。互調干擾容易出現在上行站處于多載波的工作情況下，主要是因為功放容量儲備不夠，回退不足，三階互調分量與規定不符[4]，或是上行發射功率高于標準，使得衛星轉發器處于非線性工作區域，導致下行互調特性惡化。

2.2 空間干擾

空間干擾包括鄰星干擾、相鄰信道干擾以及個別用戶操作不達標造成的失誤等。對于鄰星干擾，當前的通信衛星技術獲得了極好的發展，同步軌道的衛星數量大幅度增加，衛星間的間隔從原來的5°發展為2.5°，這在很大程度上增加了鄰星干擾的情況[5]。這一干擾的相關因素有干擾衛星的下行信號功率密度和被干擾地球站天線的尺寸等。而且天線尺寸加大，干擾會減少。此外，如果鄰星個別用戶載波下行電平過高，或不能準確地連接接收用戶的天線，都會產生下行干擾的問題。對于相鄰信號產生的干擾，用戶的載波頻率分配與相鄰信號頻帶間有交叉，帶寬保護不到位，用戶載波頻譜特性不符合要求[6]，噪底過高。個別用戶不按照要求規范進行操作，會使得信號受到干擾。其原因可能是頻率、接收率或調制安裝等出現錯誤，對衛星的程序測試不到位或不嚴謹，或是調試時為了趕時間導致操作設備失誤等。

2.3 自然干擾

衛星通信過程中，自然因素的干擾是無法避免的。

2.3.1 雨 衰

信號傳輸過程中，電波穿越降雨區域時，雨滴會對電波產生吸收和散射造成衰減。衰減的大小與雨滴半徑和波長的比值有關。由于C波段波長大于雨滴半徑，而KU波段波長與雨滴大小接近，所以C波段受降雨影響比較小，而KU波段比較大。為減小這一影響，在衛星通信時就需要保證衛星的天線處于高仰角，縮短降雨過程中電波從雨區穿越的距離。如果某一區域降雨量比較大，由于暴雨積水，高仰角天線的主反射面將在很大程度上吸收損耗電波，特別是上行。

2.3.2 日 凌

每年的春分和秋分前后，衛星處于太陽與地球之間的直線上。由于天線相對，會產生極大的電磁波，這是一個很大的噪聲源，衛星信號的接收會受到很大的影響，從而影響接收鏈路，甚至發生接收中斷的情況，這就是日凌現象[7]。日凌只會影響衛星下行鏈路。接收點的位置會影響其出現的時間，日凌持續的時長受工作頻率和天線口徑等因素影響。一般情況下，處于春分時，位置的緯度越高，日凌就會越早的開始和結束，而秋分季節的情況相反。若經度相同，緯度每差3°，日凌開始和結束的時間會相差1天。若緯度相同，自西向東，經度每增加2°，日凌開始和結束的時間會晚1 h。如果接收的頻率高且天線的口徑大，那么日凌持續的時間就短。日凌情況結束，衛星通信即自動恢復。

2.3.3 電離層閃爍

電離層的結構不均勻，存在著隨機變化的可能性。當電波從電離層穿越時，信號的振幅和相位會在短時間內出現變化，發生電離層閃爍。這與地理位置、太陽活動以及工作頻率等因素是密切相關的。通常而言，電離層閃爍最為嚴重的時期是春分前后，持續時間一般是半小時到數小時，一般出現在18:00—24:00。

2.3.4 衛星蝕

在春季和秋季的每日特定時間，衛星會進入陰影區域。這時候的衛星是無法見到太陽光的，因此導致太陽能電池無法使用，只能依靠蓄電池或者燃料對衛星進行供電，這一時期就是星蝕期。過去，衛星通信會嚴重受到衛星蝕的不利影響。而如今科學技術的快速發展，使得衛星供電系統也日漸完善，在遇到衛星蝕時，備用的電源可以保證衛星的正常工作，因此衛星通信并不會受到影響。

2.4 人為干擾

衛星通信中，人為干擾也是不可忽視的重要因素。其主要包括人為操作失誤、惡意干擾、盜用轉發器以及反極與同極化干擾等。如今，衛星通信使用的轉發器通常是透明的，衛星信號在傳輸時只是變頻轉發，在問題處理上無從下手，其主要實現部件是高功放器。對于高功放器而言，如果輸入功率比飽和點低，就可以近似認為其處于工作線性區。如果輸入功率增大比飽和點高，就會進入到飽和或過飽和區。這時，轉發器的輸出功率會降低，進而出現功率掠奪的情況[8]。總的來說，人為干擾通常就是基于透明轉發器這一特點進行盜用或惡意干擾。

3 衛星通信干擾的處理對策

3.1 提高基礎設備質量水平

強化設備采購的質量。實際操作時，做好采購質量的檢驗工作，這是采購工作中的重點和關鍵環節，可以更好地保證產品的質量。同時，做好基礎設備測試中的應用。為防止基礎設施出現安全質量問題，在使用過程中需要嚴格且及時地檢驗監督。例如，對于連接衛星通信站設備內外的電纜，需要保證電纜高質量的屏蔽功能，從而防止其對信號產生干擾。

3.2 做好衛星入網驗證工作

為保證暢通的衛星通信，及時發現處理衛星運行中的問題，防止衛星通信信號受到干擾，就需要做好衛星入網驗證工作。準確判斷三階互調抑制比例，同時明確技術使用的相關要求標準，保證測試結果是準確且穩定的。在檢測衛星通信信號的過程中，應當充分明確功率和功效回退等相關標準，以確保在進行載波傳播時具有較高的穩定性。

4 采取先進的干擾識別技術

4.1 基于卷積神經網絡的干擾識別技術

卷積神經網絡的應用能夠實現對原始信號數據的提取，并對信號數據信息進行歸類處理。分析特征并提取信號的時域參數信息，這樣既能夠掌握通信信號的網絡參數，實現智能化信息處理，還能夠避免人為造成的信號提取失誤。此外，此項技術的應用還能夠對復雜的干擾信號進行分類識別和處理，這在很大程度上解決了信號干擾問題。

基于卷積神經網絡結構進行干擾識別技術優化可形成具體的結構設計圖，通過不同層次的處理，最后處理網絡輸出層結果。在輸出層所形成的數據是長度為8的一個矩陣，在矩陣中，只有一個數字是1，其他的為0。與之前的每種干擾定義標簽進行比對，從而得出干擾類型，并采取針對性的抗干擾措施。

4.2 基于干擾識別的BP神經網絡算法

BP神經網絡算法的應用，可實現在信號向前傳遞過程中，對輸入信號進行逐層的處理分析，直到傳遞出輸出層。每一層的神經元只會影響下一層的神經元狀態，并相應調整下一層的連接權值。如果輸出層結果與期望不符合，則網絡就會將誤差反向傳播，并進一步調整網絡權值，直到輸入結果與期望相符。在此技術應用中，對于最小均方誤差的函數計算如下：

式中，y表示樣本目標輸出，y=Wx+Wo，Wo表示網絡預測輸出。為了確保誤差E最小化，可以計算E對W的梯度，形成以下梯度下降法則：

基于梯度下降法則，可以得出干擾識別仿真函數：

基于干擾識別的仿真函數可以構建BP神經網絡架構，包括輸入層、隱含層以及輸出層的節點。確定樣本信號類型，將相應數值代入函數后，可以計算出一維向量，進而確定干擾信號的類型，采取抗干擾措施。

5 結 論

衛星通信是我國信號傳輸的關鍵信道。隨著我國的衛星通信發展，干擾因素也逐漸增多，導致衛星通信技術的運行受到影響。就我國目前的技術水平而言，只能處理衛星通信技術的干擾因素，還無法完全避免干擾因素的出現。雖然不能完全避免衛星通信技術的干擾，但為促使我國衛星通信技術的發展進步，需要積極認真分析研究干擾衛星通信的因素，采用科學化的策略，強化基礎設備質量水平，做好衛星入網驗證工作，積極研發衛星通信技術，提高轉發器的使用功能，嚴厲打擊不法分子的干擾，從而使我國衛星通信信號的傳輸更加高效且穩定。