FDMA 卫星通信系统的频率资源分配和干扰规避设计∗

李 燕 晁小雨

（91550部队 大连 116023）

1 引言

FDMA 是卫星通信网络常用的通信体制，多采用星形拓扑结构，即一个卫通中心站对多个卫通分站（车载站、舰载站等）。在使用过程中，经常会出现频率资源被部分盗用、人为恶意干扰载波等转发器频率被非法占用情况［1］。为保证系统正常工作，需要频繁应对非法用户对频率资源的侵占，对干扰进行规避。

目前所采用的应对人为干扰的方法相对单一，当确认是非法用户侵占频率资源后，首先发射反干扰载波影响其使用，然后对干扰源进行定位［2］。定位需要大量相关设备支持，而且耗时很长，不适用于中小用户。为此，设计一套频率资源分配和干扰规避软件，使得操管人员能够在短时间内实现卫星频率资源范围内灵活、快速地分配频率，并对干扰实施快速有效的规避［3］。

2 总体技术方案

2.1 总体概述

系统设计基于软硬件相结合，由频谱分析仪和计算机组成频率资源分配和干扰规避系统。频谱分析仪的频率范围应满足卫星频率使用要求，负责检查频率分配和干扰规避的结果，并实时监视干扰情况［4］。计算机上的软件负责实现频率资源分配计算、干扰规避计算、方案显示、设备参数调整以及寻星参数计算等功能。

2.2 系统组成及功能

2.2.1 频谱分析仪

将频谱分析仪的射频输入接口接到下行分合路器上，设置频谱分析仪中心频率、SPAN、参考电平和RBW 等参数，实现对资源段载波和干扰的实时监视。

2.2.2 软件模块

软件模块包括频率分配计算模块、干扰规避计算模块、图形显示模块、设备监控模块和辅助计算模块。频率分配计算模块主要负责在给定的频率资源段内，根据设定的计算参数和干扰统计信息，使用频率分配算法计算出各分站的频率，完成各分站的频率分配，屏蔽经常发生干扰的频段。在频率分配算法中，将频率资源段等分为小的频率段，根据系统中录入的一定时间范围内的干扰频率和带宽信息，统计各频率段发生干扰的次数，设定屏蔽门限，如干扰超过一定的次数，视为此频段内发生干扰的可能性比其他频率段要大。在频率资源充足的情况下，优先使用未出现过干扰或未超过屏蔽门限的频率段，从而降低在使用过程中被干扰的概率。频率分配是将终端信息速率转换为载波带宽，把中心站和各分站的载波排列到频率资源段内，形成频率分配方案。

干扰规避计算模块负责对频率干扰进行规避，首先输入干扰频率和带宽，并将这些信息和干扰发生的时间一起存储于数据库中，作为干扰统计信息的基础数据，再根据设定的计算方式和参数，使用相应的策略计算出干扰规避方案［6］。干扰规避计算策略包括节省时间策略和节省资源策略。节省时间策略通过尽量减少调整设备参数的数量来实现节省时间的策略，在频率资源余量允许的条件下，只对受到干扰的地面站频率进行重新计算、分配，布置到空闲的频率资源段。节省资源策略是当频率资源非常有限时，且设备调整时间允许的情况下可遵循的策略。该策略是将干扰所占频率资源以外的资源段都视为可分配频率资源段，对所有地面站进行全排列组合，按照从低频到高频的方向分配频率资源，寻找所有地面站所占频率资源之和最小的排列顺序，确定频率资源分配方案［7］。

图形显示模块是将频率资源分配方案和干扰规避方案，以图形方式和列表方式显示出来，提供给操作人员，用于预览、确认资源分配方案和干扰规避方案的结果。图形以模仿频谱仪载波波形方式进行显示，列表包含各分站载波和干扰载波的频率、带宽等信息。

设备监控模块负责将频率分配方案和干扰规避方案中的参数设置指令发送给卫星通信设备，并将设置结果回送到系统，查看是否设置成功，实现设备参数的自动设置。

辅助计算模块主要包括常用卫星参数查询和寻星计算。当需要更换卫星时，通过卫星参数查询子模块查询卫星的星位、极化和信标频率。通过寻星计算子模块在输入本地地址后，能够计算出天线的方位角、俯仰角和极化角［8］。

3 频率资源分配

3.1 频率分配计算

频率分配计算包括参数设置、干扰信息统计、频率分配计算、分配方案输出四个子模块。参数设置子模块中需要设置的参数包括：代号/名称，分站数量、名称、信息传输速率、频率资源的开始和结束频率，各分站卫通调制解调器的调制方式、FEC 设置、RS码设置，载波间隙，滚降系数［9］。干扰信息统计子模块负责根据系统中干扰的记录信息，为频率分配计算提供频率资源范围内的历史干扰记录，优先考虑未发生过干扰或干扰较少的资源频段，从而降低在使用过程中被干扰的概率。频率分配计算子模块负责根据参数设置和干扰信息统计完成频率分配计算，生成频率分配方案，提供给设备监控模块，进行设备参数调整，实现频率分配。分配方案输出子模块实现文本文件输出功能，可将参数设置子模块中的当前参数，以及分配方案中的各分站频率、带宽保存至文本文件，以供调阅。

3.2 频率资源分配流程

频率资源分配流程：1）将频谱分析仪通过射频电缆接入到卫星通信系统的下行链路的分合路器接口上，根据下发资源的中心频率、带宽，设置频谱分析仪的中心频率、带宽，监视频率资源的使用情况［10］。2）在计算机系统内建立频率分配计算模块、干扰规避计算模块、图形显示模块、设备监控模块和辅助计算模块。3）启动频率分配计算模块，在频率分配计算模块内设定参加任务各分站的带宽，计算出各分站的频率。4）启动图形显示模块，在仿真图形上检查各分站频率的分配情况。5）启动设备监控模块，将频率设置输入各分站设备。6）在频谱分析仪上查看各分站载波工作情况。7）存储频率资源分配方案，完成频率资源分配。

4 干扰规避

4.1 干扰规避计算

干扰规避包括干扰信息录入和干扰规避计算两个子模块。干扰信息录入子模块中需要录入的干扰信息包括：干扰发生的时间，干扰的中心频率和带宽。录入的干扰信息将自动存入数据库，可提供给干扰信息统计计算使用。干扰规避计算子模块主要功能是根据录入干扰信息进行规避计算，当资源有限时可选择节省资源算法，资源充足需要做快速规避时可选择节省时间算法，生成干扰规避方案，提供给设备监控模块，设备参数调整，实现干扰规避［11］。

4.2 干扰规避流程

干扰规避流程：1）通过频谱分析仪观察、确认干扰的频率和带宽。2）启动干扰规避计算模块，并输入干扰的频率和带宽，根据实际情况的需要选择干扰规避算法［12］，进行干扰规避计算。3）启动图形显示模块，在仿真图形上检查干扰规避情况，列出需要调整的设备参数。4）启动设备监控模块，将需要调整的设备参数输入各分站设备。5）在频谱分析仪上查看干扰规避的实际效果。6）存储干扰的频率和带宽，完成干扰规避。

5 结语

系统具有快速灵活、精确规范和简单易行的特点，仅需要一台频谱分析仪和一台计算机，基本不需要额外投入硬件费用。系统能够根据不同需求，灵活配置资源频率和规避干扰，提高频率资源分配计算精度和资源利用率，对资源干扰的处置速度提高5 倍以上，节约频率资源达10%以上，对缓解频率资源紧张、快速规避干扰具有重要意义。