相邻GEO卫星信号干扰分析

2012-05-11乐四海欧新颖张向征

无线电通信技术 2012年3期

乐四海，欧新颖，张向征，葛侠

（北京环球信息应用开发中心，北京100094）

0 引言

卫星通信是国内、国际提供骨干线路的三大通信网传输基础设施之一，它可以在任何地方提供接入服务，其灵活方便性是地面通信网不可替代的。卫星转发器是整个卫星通信网络的必经通道，网中所有信号都要通过转发器转发;而且，在它覆盖波束下的地球站都能向转发器发送信号，所以它特别容易受到各种干扰尤其是人为干扰的影响。相邻轨位的卫星，转发器频段相近，一旦落入对方频段内，信号功率偏大，造成一种人为干扰，就会直接影响对方卫星通信的正常使用，给用户终端造成不必要的影响。如2010年7月上旬，印尼PALAPA PAC-C146E卫星与COMPASS系统CHINASAT-35C卫星产生了互扰。通过上述2颗相邻轨位GEO通信卫星产生的干扰现象，根据CDMA体制下的干扰信号频谱分析，采取相互降低干扰源功率减弱对邻近卫星用户信号干扰的方案。并在此基础上，主动采用自适应干扰估计抵消技术，进一步消除相邻卫星干扰影响。

1 干扰信号分析

印尼PALAPA PAC-C 146E卫星为地球静止通信卫星，提供模拟电视、数字电视和数据通信服务，采用水平和垂直线极化方式，水平极化下行的干扰信号与COMPASS系统的CHINASAT-35C扩频信号类似，且频带有约4MHz带宽重叠，处理稍微不当，就可能对邻近卫星造成有害干扰。COMPASS系统和印尼卫星的数据分别通过144.5E和146E卫星C/C转发器进行传输。由于COMPASS系统用于数据传输的监测站采用天线口径较小（监测站采用3.7m天线），且其旁瓣增益较大，旁瓣波束宽度约为3°，各监测站的上行旁瓣信号可能直接干扰相邻印尼146E通信卫星，而印尼卫星上行信号有可能对COMPASS系统产生有害干扰，如图1所示。

1.1 多址干扰信号链路计算

假设各码分多址（CDMA）用户信号到达接收机天线口面的功率电平相等，并且系统无外来单频干扰，只存在多址干扰和高斯白噪声干扰[1]。

图1 卫星通信C/C转发链路图

在CDMA系统中，设每个用户发送带宽为W，功率为C，则每个期望用户信号将受到功率为（K－1）C的高斯干扰（对于CDMA系统中的任意一个期望信号，其他多路干扰信号的合信号可以近似认为服从高斯分布）和功率为WN0的加性高斯噪声的恶化[2]。这种情况下，低噪放入口处的等效载波噪声功率比为:

因此，多用户干扰下的等效比特信噪比为:

从式（1）可以看出多址情况下的信噪比，比单用户情况下增加了一个恶化项

为了达到给定的系统性能指标，由以上公式计算得出的值至少要达到所需的门限信噪比

假设K=17，扩频码速率Rc=5.115Mcps，扩频码频谱带宽W=10.23mHz，接收信息速率Rb=27.5 kbps，由式（1）可得:

因此，考虑多址干扰的总载噪比C/N0=57.7dBHz，比不考虑多址干扰的总载噪比减少了11dB左右。

1.2 下行干扰分析

CHINASAT-35C卫星C/C转发器下行有效全向辐射功率（EIRP）为24dBW，而双方卫星网络完成协调时限制EIRP为17.1dBW（带宽为10.23mHz）高于完成协调的限制条件。

目前COMPASS系统有多个监测站（假设K=17），存在多址干扰情况下，COMPASS中心站接收各外站下行信号总载噪比范围约为52～57dBHz，根据多址干扰信号链路计算方法，多址信号对单站有用信号的影响约为11dB，也就是在不考虑多址干扰的情况下，单站下行信号总载噪比范围约为63～68dBHz，根据公式计算:

根据式（2）计算单站EIRPS1=2.4～7.4dBW，则17路下行信号EIRPS总=14.7～19.7dBW，按照国际电联有关规定，双方协调好最大下行EIRPS小于17.1dBW基本一致[6]。因此，正常情况下CHINASAT-35C卫星C/C转发器的下行信号不会对印尼146E通信卫星下行产生干扰，或者影响很小。

1.3 上行干扰分析

以COMPASS系统的某个监测站为例，假设其卫通天线为3.7m，第一旁瓣增益可达31.6dBi，波束宽度为3°，为了保证主控站接收所有监测站入站数据，许多外站发射功率均为饱和输出。通过提取某个监测站天线跟踪数据分析，其方位角变化约4°，俯仰角变化约2°。根据计算，CHINASAT-35C卫星和印尼卫星146E的方位角之差与俯仰角之差分别为2°和1°。这样导致的结果是:监测站旁瓣信号大部分进入印尼卫星146E的C/C通信转发器中，有时其主瓣信号对印尼卫星产生了干扰，印尼为保证其信号不受影响而上调出站功率，这样也会对COMPASS系统造成有害干扰。

2 用例与算法仿真

通过对COMPASS系统CHINASAT-35C卫星与相邻的印尼146E卫星信号干扰分析，解决相邻卫星信号干扰从以下2个方面进行:首先，互相微调C频段上行出站功率，在卫星C/C转发器工作条件不变时，操作者双方都应工作在协调限制范围内，即在保证COMPASS系统各监测站正常工作情况下，平衡各站入站载噪比C/N0，使之均衡、合理，减弱对印尼卫星的干扰;而印尼卫星也相应调整，以期不对COMPASS系统造成不利影响;其次，在卫星接收终端中采用自适应抗干扰技术消除相邻卫星干扰信号的影响。

根据解决方案，首先通过人工调整并平衡地面站的出站功率，利用13m天线接收印尼146E卫星下行信号，比较功率调整前后带内某点频（3850Hz）信号功率变化，可以看出，带内干扰信号消除较为明显，如图2所示，其中图（a）为功率调整前频谱图，图（b）为功率调整后频谱图，中心频率为3.85000GHz，频率跨度为20.00GHz。

图2 13m天线接收146E下行信号频谱图

其次，在卫星接收终端采用盲自适应干扰估计抵消技术[3，4]。自适应干扰估计抵消技术基于干扰的广义平稳模型，假定干扰是循环平稳过程，采用频移（FRESH）滤波器取代传统的线性时不变滤波器作为白化滤波器，FRESH滤波器将输入信号及其共扼进行一系列频移操作，再通过一组线性时不变滤波器进行滤波，最后将输出相加，预测出干扰，再从接收信号中减去干扰的估计值，从而抵消掉绝大部分干扰能量，提高输出信号与干扰加噪声比（SINR），使残余干扰接近为白噪声。这种“谱分集”能增加对干扰估计的准确性，从而得到更优的干扰抑制性能。针对直扩通信系统中盲自适应抗干扰研究，梅阳等提出一种改进稳健的递归最小二乘（RRLS）算法——正交稳健的递归最小二乘（ORRLS）算法[5]，改进后的算法在强干扰情况下仍能稳健地收敛，仿真如图3所示。从图3可以看出，经过滤波算法处理之后的合成信号频谱变得平坦，而且被大大减低，干扰信号对系统的压制影响得到了有效遏制。