A. 衛星通信中的抗干擾技術
衛星通信中的抗干擾技術【1】
【摘要】數字通信作為當今遠程通信的主要手段，是通信的重要組成部分。
衛星通信受環境和自身因素影響，在應用中會受到各種干擾技術影響;尤其是開放性系統，通過透明轉發器，很容易被惡意干擾。
因此，在實際工作中，必須深入抗干擾技術，不斷增強抗毀性和抗干擾能力。
本文結合我國衛星通信中的抗干擾技術，對衛星通信可能遭受的干擾以及常用的抗干擾技術進行了簡要的探究和闡述。
【關鍵詞】衛星通信抗干擾擴頻技術軍事處理
在軍事應用中，衛星通信由於傳輸質量好、覆蓋領域廣、配置快速、建網便利、通信投資和通信距離沒有太大聯系、到達點不被地理條件影響等特點，具有良好的實用價值。
它不僅解決了大容量、寬頻帶、高速率的處理，在傳輸和交換過程中，還能為戰時需求提供抗干擾、保密的通信保障和指揮，具有良好的抗干擾能力。
一、衛星通信可能遭受的干擾
在衛星通信中，上行鏈路可能承受的干擾源主要有：車載、固定式干擾機、艦載移動、機載干擾與干擾衛星等，而機載式、干擾衛星、傘掛式、飛航式干擾機就會對下行鏈路造成干擾。
當下行鏈路被干擾時，相對於衛星轉發器的干擾源，雖然在距離和功率上有很大的優勢，但是在信號輻射與覆蓋面積上仍然存在很大局限。
在無線通信系統中，根據干擾類型，有多種分類方法。
根據形成方式可以分成攪拌式、壓制式干擾;根據引導方式又可以分成：定頻守候、重點搜索、連續搜索、跳頻跟蹤、擴頻跟蹤與轉發式干擾;根據頻譜形式又可以分成：阻塞、部分頻帶、掃頻式干擾等;根據發射控制又可以分成：自動和人工干擾等。
隨著科學技術的快速發展，國外有源抗干擾技術已經在0.5GHz到20GHz之間，甚至更高，干擾功率已經上百千瓦，峰值功率可以在106W級之上，並且還可以生成多種形式的干擾。
二、衛星通信中的抗干擾技術
1、天線抗干擾技術
由於衛星通信分布在不同的空間、地域，極容易受到各種因素干擾，所以必須實現衛星覆蓋的靈活優化，讓接收天線能最大限度的接收信號。
天線抗干擾技術作為衛星通信最常用的措施，主要包括：自適應凋零、多波束與智能天線技術。
MBA(多波束)天線可以根據戰場變化發射天線指向，讓波束波及領域隨著用戶變化而變化，也可以恰當選擇衛星天線波束增強系統抗干擾能力。
經過過年的研究歷程，多波束天線主要有：反射式、透射式與直接輻射MBA。
自適應凋零天線，在敵我雙方頻率、幅度、空間范圍不同的基礎上，通過自適應加權的方式，優化、控制天線陣方向圖;通過在干擾源產生深度凋零，減少信號干擾，讓凋零深度達到25dB到30dB的范圍。
星載智能天線是在自適應天線的基礎上，在信號入口處控制干擾。
它的基本思想是天線陣能產生多個子波束覆蓋地面，並且每個子波束都能自動調整零點和指向，讓其始終處於最佳狀態。
從國外應用現狀來看，直接輻射相控陣已經廣泛應用到衛星天線中，而高頻通道和天線單元數目要比透射式和反射式多，所以透射式和反射式稱為了MBA的最佳選擇。
2、擴頻抗干擾技術
從無線通信的角度來看，無線陣列與擴頻相結合的技術，基本上能滿足抗干擾要求。
但是從衛星通信來說，擴頻技術在抗干擾中擁有更為重要的作用，由於和用戶干擾對應的位置沒有太大關聯，所以更具有頑健性。
目前，擴頻技術已經成為衛星通信中最基本的抗干擾技術，主要包括跳頻和序列擴頻技術和組合形式。
使用直接性序列擴頻，能讓接收端在接擴後成為窄帶信號，原來頻帶相對較窄的部分變成寬頻信號，當大部分能量濾除時，不斷增強信干比。
DS直接序列擴頻由於提出較早，理論相對成熟並且容易實現，因此在衛星通信抗干擾技術中被廣泛應用。
跳頻在衛星通信中使用了載波頻率，由於載頻會花費大量時間，所以在突發性傳輸中具有很大的抗干擾能力。
在擴頻相對較寬的部分，直接序列沒有跳頻實用。
跳頻/直擴混合擴頻技術在直接性序列擴頻的條件下，添加了載波跳變的功能，由於具有FH與DS的雙重功能，所以更能持久有效的進行抗干擾。
三、結束語
衛星通信中的抗干擾技術作為一項系統復雜的技術，對社會發展與科技進步具有重要作用。
因此，在實際工作中，必須根據衛星通信中可能存在的干擾和實際情況，探索多種通信體制，提高組網靈活性與應用成果。
參考文獻
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衛星通信中的干擾及處理措施【2】
【摘要】 目前，我國衛星通信技術得到了飛速發展，然而在衛星通信過程中常常會存在各種各樣的干擾，影響了衛星通信信號的正常傳輸。
本文針對衛星通信中的常見干擾進行分析，得出了相應的處理措施，對衛星通信技術的'未來發展趨勢有一定的指導意義。
【關鍵詞】 衛星通信 干擾 處理措施 趨勢
一、前言
衛星通信系統是一個開放式的系統，然而在衛星通信中的干擾有自然原因也有一定的人為原因，本文對衛星通信中的常見干擾的原因進行了探討，旨在通過分析探討把造成衛星通信干擾的因素盡可能的降低或者避免。
二、衛星通信中的常見的干擾及其處理措施
(1)地面干擾。
地球站設備的雜波干擾。
產生干擾的原因包括：設備雜散指標不合格，工作載波中帶有雜波或諧波;調制器、上變頻器輸出電平過高，或者「功放」工作非線性，出現頻譜擴散;上變頻器、功放的工作點設置不當，造成載波雜訊。
處理措施：處理好這類干擾需要嚴格做好設備的人網驗證測試，確保雜波功率限制在規定的范圍之內;認真研究設備的使用操作說明，正確設置設備的工作點、調整或更換設備，對設備進行合理匹配組合，消除超標雜波;嚴格按照入網測試時標定的功率電平工作，定期進行各環節測試;設備更新時先通電經測試確認指標合格再投人使用。
(2)電磁干擾。
由於地面存在著大量的微波、雷達、無線電視、調頻廣播、尋呼業務、工業電雜訊等，這些干擾源串入用戶站，通過上行鏈路發射上星造成上行干擾或串人下行鏈路造成接收干擾;用戶站設備接地不良，接地電阻過高;電纜屏蔽性能差，電纜插頭接地不良;鏈路電平配置不合理。
處理措施：所有的衛星地球站在選址時都已經進行過環境電磁測試，都應該符合建站要求，但隨著社會的發展，城市建設的擴張，一些原來處於市郊、電磁環境比較好的地球站受到干擾會越來越多。
對於接收用戶站來說，所處的環境更是復雜多樣，受到電磁干擾隨處可見。
在日常工作中應經常檢查所有設備接地是否可靠、機房總接地電阻滿足設備要求、站內連接室內外設備的電纜必須具有良好的屏蔽性能，應採用雙屏蔽電纜，接頭連接良好;發現干擾及時分析判斷，查出干擾來源點，縮小查找范圍;採取簡易可行、不影響業務的測試方法和措施排除干擾。
我們曾對幾個反映廣東衛視節目接收不好的地方進行過實地測試，發現這些地方都是由於附近都有相近頻率微波干擾所致。
因此，有條件的站應定期對自己周圍環境進行測試，特別是對自己所用的頻率范圍，如C波段上行6GHz、下行4GHz左右，1GHz左右，70MHz中頻等頻率進行重點監測。
(3)日凌干擾。
每年的春分和秋分前後，當衛星處於太陽和地球之間時，地球站天線在對准衛星的同時也會對准太陽。
此時太陽的強烈輻射雜訊會使正常的衛星通信接收受到影響，即為日凌干擾。
嚴重的可能會導致中斷，通常稱為日凌中斷。
處理措施：對於日凌干擾，目前尚無有效的方法來避免，一般衛星運營商的業務監測部門都會把各地的日凌時間表發送給用戶或者放在網站上，以便用戶提前做好准備。
(4)互調干擾。
一般存在於上行站處於多載波工作狀態時，由於功放容量儲備不足，回退不夠，三階互調分量超過規定;或上行發射功率超標，使衛星轉發器被推至非線性工作區，導致下行時互調特性惡化。
處理措施：嚴格配合衛星入網驗證測試，確保上行時三階互調抑制比滿足要求;確保各載波在調制器、上變頻輸出、功放輸入電平嚴格相等並在功放的線性工作區，加強上行載波監視。
(5)相鄰信道干擾。
用戶載波頻率分配與相鄰信號的頻帶出現重疊，沒有足夠的保護帶寬;用戶載波頻譜特性不符合要求，噪底過高或出現副瓣。
在入網測試時必須保證上行載波頻譜在分配頻帶范圍之內，並確保載波的調制特性符合衛星公司的技術要求。
處理措施：在多載波同一轉發器使用時也會出現交調干擾，為避免交調干擾，轉發器必須工作在足夠的回退點。
現在我們國內大多數省台上星節目都是幾個節目共用一個轉發器，因此同一轉發器用戶相互之間也應該加強溝通，互相監測，不要隨意加大上行功率，以保證轉發器工作在線性。
(6)設備故障干擾。
設備故障所引起的干擾是衛星通信最常見的干擾之一，主要分為衛星故障和地面設備故障兩大類，而地面設備故障又分很多種情況。
①衛星故障干擾。
衛星故障指的是通信衛星的整星或者某轉發器失效或者故障。
由於衛星處在惡劣的太空環境，受太陽風暴等宇宙高能粒子「轟擊」，衛星的控制器件可能會誤操作或者損壞，衛星的姿態也可能受到影響。
雖然現代通信衛星大多關鍵器件都有備份且可以及時切換，但是仍可能有很多意想不到的情況。
出現了這種情況，如果是整星故障且不能恢復，就只能轉星。
如果只是涉及到某個轉發器，可以採取換轉發器的方法。
②地面設備故障干擾。
由於地球站的中頻電纜接頭松脫、虛接、電纜破裂等原因，使中頻電纜的收發隔離不好，將接收到的中頻信號通過上行中頻電纜又重新轉發到衛星上，從而對其他用戶產生干擾。
這些干擾在地球站接收頻段內的信號很弱時，加上地球站的收發有一定的隔離，通常不會在衛星頻譜上顯示出來，也就不會對其他用戶構成干擾。
但是當衛星上有某個用戶功率較大時，中頻收發隔離不好的地球站就會把這個載波二次轉發上來。
處理措施：要避免中頻轉發干擾就要找到它。
假定轉發器帶寬為常見的36MHz，經地球站的ODU或者下變頻器，只有ODU或者下變頻器設定頻率+20～30MHz的載波能夠進入中頻電纜，即使中頻上行頻率沒有設在70MHz，也只能影響到相鄰的轉發器。
所以查找的目標應該首先考慮本轉發器，其次是相鄰的轉發器。
查找的方法是讓用戶將上行功放電源關閉，看本轉發器上單載波旁邊的轉發干擾是否消失。
消失了，可以再反復關開幾次進行驗證。
仍然存在，就可以繼續查找其他用戶。
注意，有時候一個轉發器上會同時有幾個轉發干擾存在，特別是存在VSAT用戶的時候。
找到產生干擾的用戶以後，應該讓該用戶檢查收發中頻電纜，必要時應該更換，直到徹底解決問題。
三、衛星通信系統未來的發展趨勢
隨著衛星通信技術的發展，衛星通信的使用范圍越來越廣，服務水平也越來越高，雖然衛星通信在發展的過程中遇到了不小的困難，遭受了很大挫折，但是衛星通信的前景依然讓人看好。
衛星通信的發展與一個國家的經濟、國防發展密切相關，未來衛星通信將沿著數字化、網路化、以及信息化這「三化」方向前進，針對衛星通信的未來發展趨勢而言，我們應該在現有的基礎上提高頻段頻譜的利用率，同時將IP與ATM技術相結合去建立衛星寬頻綜合業務數字通信網――國家信息高速公路;要進一步去實現建立小型化、智能化、經濟化未來的衛星通信網，實現移動用戶間可以利用衛星進行通信。
而不再需要基站;如果將衛星與Internet網路相連，實現衛星互聯網技術，這樣就可以利用寬頻衛星進行雙向傳輸，並且下載和地面網路反饋的速度也得到了大幅提升，同時也大大減輕了頻譜擁擠現象以及抗干擾能力。
四、結束語
綜上所述，衛星通信系統受到的干擾是多種多樣的，是各種因素共同作用的結果。
目前的研究技術對這些存在的干擾只能採取一定的防治措施，並不能完全避免和解除，通過採取相應的處理措施盡可能的保障衛星通信的正常暢通。
參 考 文 獻
[1] 王仲民. 衛星通信技術的新發展[J]. 通信學報，2011，27(8)
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B. 衛星通信技術基本原理
一、衛星通信的基本工作原理
衛星通信簡單地說就是利用衛星在空間做信號反射的作用將一個地面站的信號傳輸到另一個地面站，就如同鏡面反射的道理類似。
鏡面反射原理如圖3-3所示。
面狀覆蓋：由於反射面遠在太空，所以其覆蓋面是地球表面廣闊的區域（圖3-4）。
衛星通信和地面有線通信不同的就是衛星傳輸的每一路無線信號都是單獨佔用一段空間無線頻率的，例如做雙向2M 通信的A、B 兩點衛星站將佔用4M的空間帶寬，其中2MHz頻率用於從A 點往B 點發射信號、另2MHz頻率用於從B點往A點發送信息，一般情況下這兩個頻率是不可重復的。
圖3-3 鏡面反射原理
圖3-4 面狀覆蓋
二、同步衛星通信特點
通信衛星是圍繞地球運行，其運行軌跡是圓形或橢圓形的，而衛星運行軌道的平面是一定通過地球球心的。衛星運行軌道面與地球赤道平面的夾角「i」就叫做衛星軌道傾角。
i=0°時為赤道軌道、i=90°時為極地軌道，其他傾斜角時為傾斜軌道。
衛星通信中最長用到的是靜止軌道衛星也就是同步軌道衛星，它採用的就是赤道軌道，其特點如下（圖3-5）：
1）同步軌道衛星在地球赤道的上方36000km;
2）地球赤道的周長約為40000km;
3）星與星間最安全的距離為2.5°。
用同步衛星做通信時，信號往返一次地面到衛星需要傳輸7萬多千米，而電磁波的傳輸速度為30×104km/s，因此衛星通信信號的傳輸是一定會有時延的（圖3-6）。衛星通信傳輸的信號做一次地面到衛星的往返就叫做信號一跳，信號一跳的傳輸時延：0.25s/跳。
圖3-5 同步軌道衛星
圖3-6 衛星通訊的信號時延
可以根據衛星信號的傳輸方式來確定衛星通信的方式：
1）雙跳方式：信息從源地址經衛星中繼後先到達一個中轉衛星站（一般為網管主站）；再次經衛星中繼後才到達目的地址衛星通信系統。
2）單跳方式：信息從源地址經衛星中繼後直接到達目的地址的衛星通信系統，用戶站通過主站進行呼叫建立。
用戶間的通信是獨立完成的。
衛星通信的頻段特點如下（圖3-7）：
圖3-7 衛星通信的頻段及頻率范圍
1）L波段：L波段資源十分匱乏，只有少數的應用系統能用到，如海事衛星、GPS、北斗衛星等，用戶上傳的數據速率有限，可用於數據量極小的簡訊、遙測和文本傳送等。
2）C波段：C波段頻率較低，受雨霧天氣的影響較小，信號覆蓋均勻，對於國內內陸以外區域應用較為理想；它的不足之處是天線系統體積龐大，受地面微波通信等設備的干擾可能性大，國家對C波段衛星站點建設仍有較嚴格的技術要求。
3）Ku波段：Ku波段頻率稍高，它的天線設備體積比C波段的要小很多，它的信號覆蓋有很強的針對性，在我國沿海海域，近海應用還可以，但到了遠洋海域要實現通信就比較困難了，相對C波段來說，Ku波段抵抗雨霧衰耗能力要弱，一般來說，在遇到大雨以上的天氣時有通信中斷的可能。
4）Ka波段：目前只有由泰國某集團控制的IPStar衛星通信系統使用這個頻段，而且只用於從衛星控制中心到衛星的部分，用戶部分還是使用Ku頻段。
目前在國內使用最多的是Ku波段衛星，對Ku波段衛星通信影響最大的就是氣候原因，如下雨天（圖3-8）。
圖3-8 氣候對衛星通信的影響
三、衛星通信的多址技術概念介紹
衛星通信時從多個不同的地面站發往衛星的射頻信號需要在衛星轉發器上進行射頻信道復用。為了共用一顆衛星同時進行多邊通信，要求各地面站發射的信號在轉發器上互不幹擾。為此，就需要事先規定和劃分好傳輸信息所必需的頻率、時間、波形和空間等，並合理地分配給進行通信的各個地面站。這種以不同的劃分方式應用在通過衛星建立多個站點間通信的技術就叫做多址技術。
目前可應用的多址技術有：頻分多址（FDMA/SCPC）；時分多址（TDMA）；碼分多址（CDMA）；空分多址（SDMA）。
1）頻分多址（FDMA/SCPC）：是按頻率劃分空間資源的方式，就是各個地面站分配不同的工作頻率，使其工作時互不幹涉。常見的成熟系統代表如 Comtech的Vipersat系統。
2）時分多址（TDMA）：是一種給每個地面站規定工作時隙的空間資源分配方式，各個地面站工作在同一頻率上，只是不同的站在規定好的不同時間分別使用頻率而互不幹涉。常見的成熟系統代表如Linkstar、iDirect系統。
3）碼分多址（CDMA）：是一種給各個地面站分配一個專屬的地址碼的擴頻通信多址方式。工作時所有地面站可以不受發射時間和頻率的限制（可以相互重疊），只是接收端會根據匹配的地址碼收取信息。
4）空分多址（SDMA）：是一種按地域劃分空間波束覆蓋的技術，就是由衛星發出的是多個窄波束，分別指向不同的空間區域，這樣就可以不同區域里使用同樣的頻率進行工作，也不受時間限制，但在同一波束里工作的地面站還是必須採用FDMA/TDMA/CDMA中的一種方式來劃分使用的資源，以使工作互不幹涉。常見的成熟系統代表如iPstar系統。
四、如何查看和利用衛星覆蓋圖——典型的衛星覆蓋圖案例介紹
衛星EIRP覆蓋和G/T覆蓋示意圖是我們進行設備配置及鏈路計算時經常要用到的，從衛星信號覆蓋圖上可以查到衛星公司提供的相應衛星在各地接收及發射信號的相對能力強弱情況。通過EIRP信號覆蓋示意圖（圖3-9），可以考察衛星轉發下來的信號在各地覆蓋強弱關系，圖中等值線標值越高代表信號強度越大，相應地在該地可配置的天線口徑就可以相對減小；通過G/T信號覆蓋示意圖（圖3.10），可以考察衛星針對各地上行信號的接收靈敏度，同樣圖中等值線標值越高的地方表示在需要同等發射能力的情況下可以配置相對較小的功放。
具體精確的天線及功放配置需要通過衛星公司做專業的鏈路計算得到，但相對關系可以通過覆蓋圖得到。例如，在EIRP值為52、D/T 值為5的地區（參考地區：北京）配置了一面2.4m天線、16W 功放；如果需要按同樣的發射接收能力在EIRP值為49、D/T值為2的地區（參考地區：呼和浩特）配置天線和功放，需要相應改為3.7m 天線和32W功放。
圖3-9 衛星EIRP覆蓋示意圖（dBW）
圖3-10 衛星G/T覆蓋示意圖（dB/K）