A. 卫星通信中的抗干扰技术
卫星通信中的抗干扰技术【1】
【摘要】数字通信作为当今远程通信的主要手段，是通信的重要组成部分。
卫星通信受环境和自身因素影响，在应用中会受到各种干扰技术影响;尤其是开放性系统，通过透明转发器，很容易被恶意干扰。
因此，在实际工作中，必须深入抗干扰技术，不断增强抗毁性和抗干扰能力。
本文结合我国卫星通信中的抗干扰技术，对卫星通信可能遭受的干扰以及常用的抗干扰技术进行了简要的探究和阐述。
【关键词】卫星通信抗干扰扩频技术军事处理
在军事应用中，卫星通信由于传输质量好、覆盖领域广、配置快速、建网便利、通信投资和通信距离没有太大联系、到达点不被地理条件影响等特点，具有良好的实用价值。
它不仅解决了大容量、宽频带、高速率的处理，在传输和交换过程中，还能为战时需求提供抗干扰、保密的通信保障和指挥，具有良好的抗干扰能力。
一、卫星通信可能遭受的干扰
在卫星通信中，上行链路可能承受的干扰源主要有：车载、固定式干扰机、舰载移动、机载干扰与干扰卫星等，而机载式、干扰卫星、伞挂式、飞航式干扰机就会对下行链路造成干扰。
当下行链路被干扰时，相对于卫星转发器的干扰源，虽然在距离和功率上有很大的优势，但是在信号辐射与覆盖面积上仍然存在很大局限。
在无线通信系统中，根据干扰类型，有多种分类方法。
根据形成方式可以分成搅拌式、压制式干扰;根据引导方式又可以分成：定频守候、重点搜索、连续搜索、跳频跟踪、扩频跟踪与转发式干扰;根据频谱形式又可以分成：阻塞、部分频带、扫频式干扰等;根据发射控制又可以分成：自动和人工干扰等。
随着科学技术的快速发展，国外有源抗干扰技术已经在0.5GHz到20GHz之间，甚至更高，干扰功率已经上百千瓦，峰值功率可以在106W级之上，并且还可以生成多种形式的干扰。
二、卫星通信中的抗干扰技术
1、天线抗干扰技术
由于卫星通信分布在不同的空间、地域，极容易受到各种因素干扰，所以必须实现卫星覆盖的灵活优化，让接收天线能最大限度的接收信号。
天线抗干扰技术作为卫星通信最常用的措施，主要包括：自适应凋零、多波束与智能天线技术。
MBA(多波束)天线可以根据战场变化发射天线指向，让波束波及领域随着用户变化而变化，也可以恰当选择卫星天线波束增强系统抗干扰能力。
经过过年的研究历程，多波束天线主要有：反射式、透射式与直接辐射MBA。
自适应凋零天线，在敌我双方频率、幅度、空间范围不同的基础上，通过自适应加权的方式，优化、控制天线阵方向图;通过在干扰源产生深度凋零，减少信号干扰，让凋零深度达到25dB到30dB的范围。
星载智能天线是在自适应天线的基础上，在信号入口处控制干扰。
它的基本思想是天线阵能产生多个子波束覆盖地面，并且每个子波束都能自动调整零点和指向，让其始终处于最佳状态。
从国外应用现状来看，直接辐射相控阵已经广泛应用到卫星天线中，而高频通道和天线单元数目要比透射式和反射式多，所以透射式和反射式称为了MBA的最佳选择。
2、扩频抗干扰技术
从无线通信的角度来看，无线阵列与扩频相结合的技术，基本上能满足抗干扰要求。
但是从卫星通信来说，扩频技术在抗干扰中拥有更为重要的作用，由于和用户干扰对应的位置没有太大关联，所以更具有顽健性。
目前，扩频技术已经成为卫星通信中最基本的抗干扰技术，主要包括跳频和序列扩频技术和组合形式。
使用直接性序列扩频，能让接收端在接扩后成为窄带信号，原来频带相对较窄的部分变成宽带信号，当大部分能量滤除时，不断增强信干比。
DS直接序列扩频由于提出较早，理论相对成熟并且容易实现，因此在卫星通信抗干扰技术中被广泛应用。
跳频在卫星通信中使用了载波频率，由于载频会花费大量时间，所以在突发性传输中具有很大的抗干扰能力。
在扩频相对较宽的部分，直接序列没有跳频实用。
跳频/直扩混合扩频技术在直接性序列扩频的条件下，添加了载波跳变的功能，由于具有FH与DS的双重功能，所以更能持久有效的进行抗干扰。
三、结束语
卫星通信中的抗干扰技术作为一项系统复杂的技术，对社会发展与科技进步具有重要作用。
因此，在实际工作中，必须根据卫星通信中可能存在的干扰和实际情况，探索多种通信体制，提高组网灵活性与应用成果。
参考文献
[1]谷春燕，陈新富，易克初等.卫星通信抗干扰技术的发展趋势[J].系统工程与电子技术，2004，26(12)：1793-1797
[2]柴焱杰，孙继银，李琳琳等.卫星通信抗干扰技术综述[J].现代防御技术，2011，39(3)：113-117
[3]王甲琛，王凡.卫星通信抗干扰技术的发展与扩频技术[J].硅谷，2010，(5)：8，119
卫星通信中的干扰及处理措施【2】
【摘要】 目前，我国卫星通信技术得到了飞速发展，然而在卫星通信过程中常常会存在各种各样的干扰，影响了卫星通信信号的正常传输。
本文针对卫星通信中的常见干扰进行分析，得出了相应的处理措施，对卫星通信技术的'未来发展趋势有一定的指导意义。
【关键词】 卫星通信 干扰 处理措施 趋势
一、前言
卫星通信系统是一个开放式的系统，然而在卫星通信中的干扰有自然原因也有一定的人为原因，本文对卫星通信中的常见干扰的原因进行了探讨，旨在通过分析探讨把造成卫星通信干扰的因素尽可能的降低或者避免。
二、卫星通信中的常见的干扰及其处理措施
(1)地面干扰。
地球站设备的杂波干扰。
产生干扰的原因包括：设备杂散指标不合格，工作载波中带有杂波或谐波;调制器、上变频器输出电平过高，或者“功放”工作非线性，出现频谱扩散;上变频器、功放的工作点设置不当，造成载波噪声。
处理措施：处理好这类干扰需要严格做好设备的人网验证测试，确保杂波功率限制在规定的范围之内;认真研究设备的使用操作说明，正确设置设备的工作点、调整或更换设备，对设备进行合理匹配组合，消除超标杂波;严格按照入网测试时标定的功率电平工作，定期进行各环节测试;设备更新时先通电经测试确认指标合格再投人使用。
(2)电磁干扰。
由于地面存在着大量的微波、雷达、无线电视、调频广播、寻呼业务、工业电噪声等，这些干扰源串入用户站，通过上行链路发射上星造成上行干扰或串人下行链路造成接收干扰;用户站设备接地不良，接地电阻过高;电缆屏蔽性能差，电缆插头接地不良;链路电平配置不合理。
处理措施：所有的卫星地球站在选址时都已经进行过环境电磁测试，都应该符合建站要求，但随着社会的发展，城市建设的扩张，一些原来处于市郊、电磁环境比较好的地球站受到干扰会越来越多。
对于接收用户站来说，所处的环境更是复杂多样，受到电磁干扰随处可见。
在日常工作中应经常检查所有设备接地是否可靠、机房总接地电阻满足设备要求、站内连接室内外设备的电缆必须具有良好的屏蔽性能，应采用双屏蔽电缆，接头连接良好;发现干扰及时分析判断，查出干扰来源点，缩小查找范围;采取简易可行、不影响业务的测试方法和措施排除干扰。
我们曾对几个反映广东卫视节目接收不好的地方进行过实地测试，发现这些地方都是由于附近都有相近频率微波干扰所致。
因此，有条件的站应定期对自己周围环境进行测试，特别是对自己所用的频率范围，如C波段上行6GHz、下行4GHz左右，1GHz左右，70MHz中频等频率进行重点监测。
(3)日凌干扰。
每年的春分和秋分前后，当卫星处于太阳和地球之间时，地球站天线在对准卫星的同时也会对准太阳。
此时太阳的强烈辐射噪声会使正常的卫星通信接收受到影响，即为日凌干扰。
严重的可能会导致中断，通常称为日凌中断。
处理措施：对于日凌干扰，目前尚无有效的方法来避免，一般卫星运营商的业务监测部门都会把各地的日凌时间表发送给用户或者放在网站上，以便用户提前做好准备。
(4)互调干扰。
一般存在于上行站处于多载波工作状态时，由于功放容量储备不足，回退不够，三阶互调分量超过规定;或上行发射功率超标，使卫星转发器被推至非线性工作区，导致下行时互调特性恶化。
处理措施：严格配合卫星入网验证测试，确保上行时三阶互调抑制比满足要求;确保各载波在调制器、上变频输出、功放输入电平严格相等并在功放的线性工作区，加强上行载波监视。
(5)相邻信道干扰。
用户载波频率分配与相邻信号的频带出现重叠，没有足够的保护带宽;用户载波频谱特性不符合要求，噪底过高或出现副瓣。
在入网测试时必须保证上行载波频谱在分配频带范围之内，并确保载波的调制特性符合卫星公司的技术要求。
处理措施：在多载波同一转发器使用时也会出现交调干扰，为避免交调干扰，转发器必须工作在足够的回退点。
现在我们国内大多数省台上星节目都是几个节目共用一个转发器，因此同一转发器用户相互之间也应该加强沟通，互相监测，不要随意加大上行功率，以保证转发器工作在线性。
(6)设备故障干扰。
设备故障所引起的干扰是卫星通信最常见的干扰之一，主要分为卫星故障和地面设备故障两大类，而地面设备故障又分很多种情况。
①卫星故障干扰。
卫星故障指的是通信卫星的整星或者某转发器失效或者故障。
由于卫星处在恶劣的太空环境，受太阳风暴等宇宙高能粒子“轰击”，卫星的控制器件可能会误操作或者损坏，卫星的姿态也可能受到影响。
虽然现代通信卫星大多关键器件都有备份且可以及时切换，但是仍可能有很多意想不到的情况。
出现了这种情况，如果是整星故障且不能恢复，就只能转星。
如果只是涉及到某个转发器，可以采取换转发器的方法。
②地面设备故障干扰。
由于地球站的中频电缆接头松脱、虚接、电缆破裂等原因，使中频电缆的收发隔离不好，将接收到的中频信号通过上行中频电缆又重新转发到卫星上，从而对其他用户产生干扰。
这些干扰在地球站接收频段内的信号很弱时，加上地球站的收发有一定的隔离，通常不会在卫星频谱上显示出来，也就不会对其他用户构成干扰。
但是当卫星上有某个用户功率较大时，中频收发隔离不好的地球站就会把这个载波二次转发上来。
处理措施：要避免中频转发干扰就要找到它。
假定转发器带宽为常见的36MHz，经地球站的ODU或者下变频器，只有ODU或者下变频器设定频率+20～30MHz的载波能够进入中频电缆，即使中频上行频率没有设在70MHz，也只能影响到相邻的转发器。
所以查找的目标应该首先考虑本转发器，其次是相邻的转发器。
查找的方法是让用户将上行功放电源关闭，看本转发器上单载波旁边的转发干扰是否消失。
消失了，可以再反复关开几次进行验证。
仍然存在，就可以继续查找其他用户。
注意，有时候一个转发器上会同时有几个转发干扰存在，特别是存在VSAT用户的时候。
找到产生干扰的用户以后，应该让该用户检查收发中频电缆，必要时应该更换，直到彻底解决问题。
三、卫星通信系统未来的发展趋势
随着卫星通信技术的发展，卫星通信的使用范围越来越广，服务水平也越来越高，虽然卫星通信在发展的过程中遇到了不小的困难，遭受了很大挫折，但是卫星通信的前景依然让人看好。
卫星通信的发展与一个国家的经济、国防发展密切相关，未来卫星通信将沿着数字化、网络化、以及信息化这“三化”方向前进，针对卫星通信的未来发展趋势而言，我们应该在现有的基础上提高频段频谱的利用率，同时将IP与ATM技术相结合去建立卫星宽带综合业务数字通信网――国家信息高速公路;要进一步去实现建立小型化、智能化、经济化未来的卫星通信网，实现移动用户间可以利用卫星进行通信。
而不再需要基站;如果将卫星与Internet网络相连，实现卫星互联网技术，这样就可以利用宽带卫星进行双向传输，并且下载和地面网络反馈的速度也得到了大幅提升，同时也大大减轻了频谱拥挤现象以及抗干扰能力。
四、结束语
综上所述，卫星通信系统受到的干扰是多种多样的，是各种因素共同作用的结果。
目前的研究技术对这些存在的干扰只能采取一定的防治措施，并不能完全避免和解除，通过采取相应的处理措施尽可能的保障卫星通信的正常畅通。
参 考 文 献
[1] 王仲民. 卫星通信技术的新发展[J]. 通信学报，2011，27(8)
[2] 鲁春丛. 中国卫星通信发展战略若干问题研究[J]. 电信科学，2012(12)
[3] 丁龙刚. 卫星通信技术[M]. 北京：机械工业出版社，2012
B. 卫星通信技术基本原理
一、卫星通信的基本工作原理
卫星通信简单地说就是利用卫星在空间做信号反射的作用将一个地面站的信号传输到另一个地面站，就如同镜面反射的道理类似。
镜面反射原理如图3-3所示。
面状覆盖：由于反射面远在太空，所以其覆盖面是地球表面广阔的区域（图3-4）。
卫星通信和地面有线通信不同的就是卫星传输的每一路无线信号都是单独占用一段空间无线频率的，例如做双向2M 通信的A、B 两点卫星站将占用4M的空间带宽，其中2MHz频率用于从A 点往B 点发射信号、另2MHz频率用于从B点往A点发送信息，一般情况下这两个频率是不可重复的。
图3-3 镜面反射原理
图3-4 面状覆盖
二、同步卫星通信特点
通信卫星是围绕地球运行，其运行轨迹是圆形或椭圆形的，而卫星运行轨道的平面是一定通过地球球心的。卫星运行轨道面与地球赤道平面的夹角“i”就叫做卫星轨道倾角。
i=0°时为赤道轨道、i=90°时为极地轨道，其他倾斜角时为倾斜轨道。
卫星通信中最长用到的是静止轨道卫星也就是同步轨道卫星，它采用的就是赤道轨道，其特点如下（图3-5）：
1）同步轨道卫星在地球赤道的上方36000km;
2）地球赤道的周长约为40000km;
3）星与星间最安全的距离为2.5°。
用同步卫星做通信时，信号往返一次地面到卫星需要传输7万多千米，而电磁波的传输速度为30×104km/s，因此卫星通信信号的传输是一定会有时延的（图3-6）。卫星通信传输的信号做一次地面到卫星的往返就叫做信号一跳，信号一跳的传输时延：0.25s/跳。
图3-5 同步轨道卫星
图3-6 卫星通讯的信号时延
可以根据卫星信号的传输方式来确定卫星通信的方式：
1）双跳方式：信息从源地址经卫星中继后先到达一个中转卫星站（一般为网管主站）；再次经卫星中继后才到达目的地址卫星通信系统。
2）单跳方式：信息从源地址经卫星中继后直接到达目的地址的卫星通信系统，用户站通过主站进行呼叫建立。
用户间的通信是独立完成的。
卫星通信的频段特点如下（图3-7）：
图3-7 卫星通信的频段及频率范围
1）L波段：L波段资源十分匮乏，只有少数的应用系统能用到，如海事卫星、GPS、北斗卫星等，用户上传的数据速率有限，可用于数据量极小的短信、遥测和文本传送等。
2）C波段：C波段频率较低，受雨雾天气的影响较小，信号覆盖均匀，对于国内内陆以外区域应用较为理想；它的不足之处是天线系统体积庞大，受地面微波通信等设备的干扰可能性大，国家对C波段卫星站点建设仍有较严格的技术要求。
3）Ku波段：Ku波段频率稍高，它的天线设备体积比C波段的要小很多，它的信号覆盖有很强的针对性，在我国沿海海域，近海应用还可以，但到了远洋海域要实现通信就比较困难了，相对C波段来说，Ku波段抵抗雨雾衰耗能力要弱，一般来说，在遇到大雨以上的天气时有通信中断的可能。
4）Ka波段：目前只有由泰国某集团控制的IPStar卫星通信系统使用这个频段，而且只用于从卫星控制中心到卫星的部分，用户部分还是使用Ku频段。
目前在国内使用最多的是Ku波段卫星，对Ku波段卫星通信影响最大的就是气候原因，如下雨天（图3-8）。
图3-8 气候对卫星通信的影响
三、卫星通信的多址技术概念介绍
卫星通信时从多个不同的地面站发往卫星的射频信号需要在卫星转发器上进行射频信道复用。为了共用一颗卫星同时进行多边通信，要求各地面站发射的信号在转发器上互不干扰。为此，就需要事先规定和划分好传输信息所必需的频率、时间、波形和空间等，并合理地分配给进行通信的各个地面站。这种以不同的划分方式应用在通过卫星建立多个站点间通信的技术就叫做多址技术。
目前可应用的多址技术有：频分多址（FDMA/SCPC）；时分多址（TDMA）；码分多址（CDMA）；空分多址（SDMA）。
1）频分多址（FDMA/SCPC）：是按频率划分空间资源的方式，就是各个地面站分配不同的工作频率，使其工作时互不干涉。常见的成熟系统代表如 Comtech的Vipersat系统。
2）时分多址（TDMA）：是一种给每个地面站规定工作时隙的空间资源分配方式，各个地面站工作在同一频率上，只是不同的站在规定好的不同时间分别使用频率而互不干涉。常见的成熟系统代表如Linkstar、iDirect系统。
3）码分多址（CDMA）：是一种给各个地面站分配一个专属的地址码的扩频通信多址方式。工作时所有地面站可以不受发射时间和频率的限制（可以相互重叠），只是接收端会根据匹配的地址码收取信息。
4）空分多址（SDMA）：是一种按地域划分空间波束覆盖的技术，就是由卫星发出的是多个窄波束，分别指向不同的空间区域，这样就可以不同区域里使用同样的频率进行工作，也不受时间限制，但在同一波束里工作的地面站还是必须采用FDMA/TDMA/CDMA中的一种方式来划分使用的资源，以使工作互不干涉。常见的成熟系统代表如iPstar系统。
四、如何查看和利用卫星覆盖图——典型的卫星覆盖图案例介绍
卫星EIRP覆盖和G/T覆盖示意图是我们进行设备配置及链路计算时经常要用到的，从卫星信号覆盖图上可以查到卫星公司提供的相应卫星在各地接收及发射信号的相对能力强弱情况。通过EIRP信号覆盖示意图（图3-9），可以考察卫星转发下来的信号在各地覆盖强弱关系，图中等值线标值越高代表信号强度越大，相应地在该地可配置的天线口径就可以相对减小；通过G/T信号覆盖示意图（图3.10），可以考察卫星针对各地上行信号的接收灵敏度，同样图中等值线标值越高的地方表示在需要同等发射能力的情况下可以配置相对较小的功放。
具体精确的天线及功放配置需要通过卫星公司做专业的链路计算得到，但相对关系可以通过覆盖图得到。例如，在EIRP值为52、D/T 值为5的地区（参考地区：北京）配置了一面2.4m天线、16W 功放；如果需要按同样的发射接收能力在EIRP值为49、D/T值为2的地区（参考地区：呼和浩特）配置天线和功放，需要相应改为3.7m 天线和32W功放。
图3-9 卫星EIRP覆盖示意图（dBW）
图3-10 卫星G/T覆盖示意图（dB/K）