卫星通信抗干扰技术及其发展趋势研究

2024-05-16张梦雨

通信电源技术 2024年4期

关键词：转发器限幅卫星通信

张梦雨

（中国移动通信集团设计院有限公司重庆分公司，重庆 401120）

0 引言

随着生活水平的提高，人们对通信的需求也在持续增长。为更好地促进卫星通信系统的发展，要整合具体的抗干扰技术方案，建构高效的技术运行体系，确保卫星通信技术的应用效果。同时，搭建符合安全性、稳定性要求的通信控制模式，确保卫星通信体系正常运行。

1 卫星通信干扰因素

我国卫星通信技术历经宽带多媒体卫星通信、S频段同步轨道移动通信系统，基于实际通信要求建立卫星通信控制模式，有效维系通信传输管理的合理性和可控水平，并创造巨大的经济效益。但卫星通信信息交互传输过程中，依旧存在很多干扰因素，影响卫星通信信息的质量效果。

1.1 通信系统间相互干扰

为突破地理位置对通信系统的限制，建立符合通信应用需求的通信系统，在扩大覆盖面积的同时维持相关信息传输的质量水平。然而，通信系统运行过程中需要按照特定的高度和轨道运行，导致系统自身的隐蔽性较差。卫星通信技术应用过程中会受到多因素的干扰，其中上行干扰、下行干扰、星间干扰是较为常见的通信系统相互干扰的类型[1]。

在通信系统运行过程中，利用通信转发器实现信号上行传输和下行传输。然而，通信转发处理技术发展有待优化，导致通信卫星的实际频率资源分布和处理工作并不完整。此外，卫星在信号传输过程中常常会使用相同的信号频率，会造成不同极化和不同调制的反复利用，一旦卫星之间的距离度不足，就会形成较为严重的干扰现象，降低卫星通信质量。

1.2 电磁干扰

随着电子技术的发展，人们生活中充斥着大量的单子产品，设备会发出相应的电磁信号，这些电磁束会对卫星通信信号产生影响。其中，广播信号、雷达系统、微波信号灯自身的功率较大，产生的影响较为严重；医疗设备自身的电磁波、设备异常产生的杂波等也会对卫星通信系统运行稳定性产生影响。此外，天电干扰，是自然界产生的电磁波，会对卫星通信系统运行产生影响，如流星雨、电离层闪烁、太空星体碰撞等[2]。

1.3 人为干扰

在卫星通信系统应用过程中，会利用透明转发器完成相关工作，如变频和转发信号，但是对于干扰并不采取相应的处理和控制措施，一旦大功率上行信号出现干扰，就使正常传输的信号出现压缩现象，产生的实际输出功率参数也会缩减，甚至会造成严重的“功率掠夺”现象，导致卫星通信系统传输的常规化信号异常，从而影响通信的稳定性和安全性。

2 卫星通信抗干扰技术内容

为更好地维系卫星通信系统运行的合理性和规范性，要整合具体的管理要求和内容，发挥抗干扰技术的优势作用，建立更加稳定协调的应用平台，实现统筹管理的目标。

2.1 天线抗干扰技术

卫星通信系统分布较广，在不同地域或是空域难免会受多元化因素的干扰问题，因此在卫星通信系统抗干扰处理体系中，要将实现灵活化卫星覆盖且信号零化干扰作为核心，利用相匹配的技术处理机制，搭建合理可控的技术运行管理模式。其中，天线抗干扰技术的应用范围较广[3]。

2.1.1 多波束天线抗干扰技术

在天线抗干扰技术体系内，多波束天线的应用较为有效，可选择天线波束形状提升通信系统的抗干扰水平。较为常见的多波束天线分为反射式、透射式和直接辐射相控阵式。反射式和透射式多波束天线结构简单且技术实现难度低，因此得到广泛应用和推广。在技术升级不断优化的背景下，相控阵多波束天线受到更多关注，自身具有较好的应用效率，且可靠性较高，但是整体结构和制作工艺更加复杂。

2.1.2 自适应凋零天线

在实际信息处理阶段中，在连续输入数据中滤除噪声信息和干扰信息，可以更好地提取有效信息（即滤波过程），使用滤波器完成一系列操作。在输入信息难以及时统计分析的环境下，或输入信息统计特性属于动态环境时，滤波器能结合实际情况和应用状态完成参数的调节控制，最大限度地满足最佳应用要求。因此，在自适应凋零天线应用过程中，双方信号会在幅度、频率和空间方位等方面都存在差异性，配合天线各个阵元的处理方式完成自适应加权控制，就能有效维持天线阵方向的合理性和稳定性。尤其是在干扰源的方向，利用深度凋零的处理模式，能够最大限度地减少对传输过程产生的干扰问题，凋零深度能达到25 ～35 dB，有效抑制宽带干扰和窄带干扰问题，维持干扰控制处理过程的稳定性和规范性。同时，自适应凋零天线利用多信号分类算法（Multiple Signal Classification，MUSIC）算法、最小范数（Min-Normal）算法、径向基函数神经网络算法等能搭建更加稳定的抗干扰应用模式。例如，借助直线矩阵求逆算法可以兼顾干扰抑制性和收敛速度的同时维持稳定控制的合理性和协调性[4]。

2.1.3 星载智能天线

随着智能化技术的发展进步，智能天线的应用范围也在扩大，星载智能天线是安装在卫星信号入口位置，起到抑制干扰作用的新型天线结构，充分发挥自适应天线抗干扰的优势，配合阵列信号处理手段和数字波束处理手段，就能更好地维系应用效能，保证多个子波束应用效果最优，且相应的波束都能结合准则自动调整指向信息和零点信息，维持较好的工作状态，确保抗干扰效果。

全球定位系统（Global Positioning System，GPS）抗干扰天线技术的应用也能有效维系卫星通信的运行，在提供全天候空间信息、速度、时间信息的同时，搭建精准化的系统模型。要整合抗干扰技术处理机制，更好地优化精准控制水平，保证信息交互管理的科学性和信息传输的稳定性。

2.2 限幅和线性化技术

目前，限幅技术广泛应用于通信系统抗干扰作业，利用限幅处理的方式能更好地解决转发器中功率较大放大器受干扰问题，避免被上行干扰推向饱和状态，更好地建立稳定的运行控制模式。在限幅转发器运行过程中，较为常见的限幅处理方式为软限幅处理和硬限幅处理。软限幅处理主要是将软限幅转发器应用在线性区域和限幅区域。相较于同类型抗干扰模式，软限幅和限幅门限的数值具有一定的关联性。硬限幅处理主要是转发器只在非线性状态下运行，利用大信号压缩小信号，压缩比和输入的信干比之间存在较为密切的联系，若是出现连续波干扰，则会增加压缩比。相比而言，软限幅的性能更优[5]。

2.3 星上处理技术

对于卫星通信系统而言，透明转发器是整个系统运行中较为薄弱的环节，受到干扰的概率较大，一旦干扰加剧，甚至会出现运行饱和的情况。因此，要整合星上处理技术方案，更好地搭建上行、下行链路去耦合模式，确保上行干扰不会对下行链路常规化运行产生影响，更好地维持整体信息传输管理的科学性和稳定性。较为常见的星上处理技术包括星上信号解调再生处理、解扩处理、编码处理以及速率变换处理等，配合完整的抗干扰方案，最大限度地保障信号传输控制的安全性。

在电子对抗技术不断升级优化的时代背景下，星上抗干扰处理技术也在全面升级。星上抗干扰处理技术在建立解跳解调模型的基础上，搭建跳频调制的下行发送模式，稳定再生式转发器自身的抗干扰能力，并在扩频增益的基础上维持线性增长趋势，更好地提高协同应用管理控制的科学性。正是基于星上处理技术的应用价值，上行功率可以适当调控数值参数，且对功率的要求一般，能够最大限度地降低地面站设备的运行压力[6]。

2.4 编码调制抗干扰技术

在卫星通信系统应用控制系统中，如果数据遭受干扰，会出现异常运行的情况，而编码调制抗干扰技术旨在最大限度地完成前向纠错处理，更好地减少通信数据误差造成的影响。在编码调制抗干扰技术应用的过程中，利用级联编码的方式，对卷积码予以实时性译码处理，能更好地完成编码分类和处理。同时，在技术不断优化的时代背景下，数字化技术也逐渐升级，搭建数字化卫星通信系统，能更好地提高级联码的应用效率，保障卫星通信系统抗干扰技术效果[7]。

2.5 扩展频谱抗干扰技术

目前，我国卫星通信系统抗干扰应用作业中广泛采取扩展频谱抗干扰技术方案，在明确直接序列扩频（Direct Sequence spread spectrum，DS）和高频（High Frequency，HF）技术模型的基础上，建立相应的处理模式，有效整合资源内容，维持协同管理控制的科学性和合理性。DS 技术能扩展信号，更好地搭建宽带信号和窄带信号转换模式，以维持应用管理的基本水平，降低信号传输过程资源损耗产生的影响，在过滤信号能量的同时减少干扰因素。HF 则使跳频技术方案能集中处理信号，配合切换载波频率的方式最大限度地降低干扰量。由于应用控制指令具有多元性，因此一般应用在较宽的宽带系统中。

干扰抵消技术和扩频技术相结合的方式也可以有效优化抗干扰能力，在解扩处理工作开始前，集中削弱强干扰问题，保证信干比得以控制，维持在解扩门限参数以内，更好地保障抗干扰应用过程的稳定性和安全性。同时，优化卫星通信系统综合运行管理水平，为卫星通信系统多元化应用管理控制提供良好的技术支持[8]。