樂四海，歐新穎，張向征，葛 俠

（北京環(huán)球信息應(yīng)用開發(fā)中心，北京100094）

0 引言

衛(wèi)星通信是國內(nèi)、國際提供骨干線路的三大通信網(wǎng)傳輸基礎(chǔ)設(shè)施之一，它可以在任何地方提供接入服務(wù)，其靈活方便性是地面通信網(wǎng)不可替代的。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器是整個衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的必經(jīng)通道，網(wǎng)中所有信號都要通過轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā);而且，在它覆蓋波束下的地球站都能向轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送信號，所以它特別容易受到各種干擾尤其是人為干擾的影響。相鄰軌位的衛(wèi)星，轉(zhuǎn)發(fā)器頻段相近，一旦落入對方頻段內(nèi)，信號功率偏大，造成一種人為干擾，就會直接影響對方衛(wèi)星通信的正常使用，給用戶終端造成不必要的影響。如2010年7月上旬，印尼PALAPA PAC-C146E衛(wèi)星與COMPASS系統(tǒng)CHINASAT-35C衛(wèi)星產(chǎn)生了互擾。通過上述2顆相鄰軌位GEO通信衛(wèi)星產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象，根據(jù)CDMA體制下的干擾信號頻譜分析，采取相互降低干擾源功率減弱對鄰近衛(wèi)星用戶信號干擾的方案。并在此基礎(chǔ)上，主動采用自適應(yīng)干擾估計抵消技術(shù)，進一步消除相鄰衛(wèi)星干擾影響。

1 干擾信號分析

印尼PALAPA PAC-C 146E衛(wèi)星為地球靜止通信衛(wèi)星，提供模擬電視、數(shù)字電視和數(shù)據(jù)通信服務(wù)，采用水平和垂直線極化方式，水平極化下行的干擾信號與COMPASS系統(tǒng)的CHINASAT-35C擴頻信號類似，且頻帶有約4MHz帶寬重疊，處理稍微不當，就可能對鄰近衛(wèi)星造成有害干擾。COMPASS系統(tǒng)和印尼衛(wèi)星的數(shù)據(jù)分別通過144.5E和146E衛(wèi)星C/C轉(zhuǎn)發(fā)器進行傳輸。由于COMPASS系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋O(jiān)測站采用天線口徑較?。ūO(jiān)測站采用3.7m天線），且其旁瓣增益較大，旁瓣波束寬度約為3°，各監(jiān)測站的上行旁瓣信號可能直接干擾相鄰印尼146E通信衛(wèi)星，而印尼衛(wèi)星上行信號有可能對COMPASS系統(tǒng)產(chǎn)生有害干擾，如圖1所示。

1.1 多址干擾信號鏈路計算

假設(shè)各碼分多址（CDMA）用戶信號到達接收機天線口面的功率電平相等，并且系統(tǒng)無外來單頻干擾，只存在多址干擾和高斯白噪聲干擾[1]。

圖1 衛(wèi)星通信C/C轉(zhuǎn)發(fā)鏈路圖

在CDMA系統(tǒng)中，設(shè)每個用戶發(fā)送帶寬為W，功率為C，則每個期望用戶信號將受到功率為（K－1）C的高斯干擾（對于CDMA系統(tǒng)中的任意一個期望信號，其他多路干擾信號的合信號可以近似認為服從高斯分布）和功率為WN0的加性高斯噪聲的惡化[2]。這種情況下，低噪放入口處的等效載波噪聲功率比為:

因此，多用戶干擾下的等效比特信噪比為:

從式（1）可以看出多址情況下的信噪比，比單用戶情況下增加了一個惡化項

為了達到給定的系統(tǒng)性能指標，由以上公式計算得出的值至少要達到所需的門限信噪比

假設(shè)K=17，擴頻碼速率Rc=5.115Mcps，擴頻碼頻譜帶寬W=10.23mHz，接收信息速率Rb=27.5 kbps，由式（1）可得:

因此，考慮多址干擾的總載噪比C/N0=57.7dBHz，比不考慮多址干擾的總載噪比減少了11dB左右。

1.2 下行干擾分析

CHINASAT-35C衛(wèi)星C/C轉(zhuǎn)發(fā)器下行有效全向輻射功率（EIRP）為24dBW，而雙方衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)完成協(xié)調(diào)時限制EIRP為17.1dBW（帶寬為10.23mHz）高于完成協(xié)調(diào)的限制條件。

目前COMPASS系統(tǒng)有多個監(jiān)測站（假設(shè)K=17），存在多址干擾情況下，COMPASS中心站接收各外站下行信號總載噪比范圍約為52～57dBHz，根據(jù)多址干擾信號鏈路計算方法，多址信號對單站有用信號的影響約為11dB，也就是在不考慮多址干擾的情況下，單站下行信號總載噪比范圍約為63～68dBHz，根據(jù)公式計算:

根據(jù)式（2）計算單站EIRPS1=2.4～7.4dBW，則17路下行信號EIRPS總=14.7～19.7dBW，按照國際電聯(lián)有關(guān)規(guī)定，雙方協(xié)調(diào)好最大下行EIRPS小于17.1dBW基本一致[6]。因此，正常情況下CHINASAT-35C衛(wèi)星C/C轉(zhuǎn)發(fā)器的下行信號不會對印尼146E通信衛(wèi)星下行產(chǎn)生干擾，或者影響很小。

1.3 上行干擾分析

以COMPASS系統(tǒng)的某個監(jiān)測站為例，假設(shè)其衛(wèi)通天線為3.7m，第一旁瓣增益可達31.6dBi，波束寬度為3°，為了保證主控站接收所有監(jiān)測站入站數(shù)據(jù)，許多外站發(fā)射功率均為飽和輸出。通過提取某個監(jiān)測站天線跟蹤數(shù)據(jù)分析，其方位角變化約4°，俯仰角變化約2°。根據(jù)計算，CHINASAT-35C衛(wèi)星和印尼衛(wèi)星146E的方位角之差與俯仰角之差分別為2°和1°。這樣導(dǎo)致的結(jié)果是:監(jiān)測站旁瓣信號大部分進入印尼衛(wèi)星146E的C/C通信轉(zhuǎn)發(fā)器中，有時其主瓣信號對印尼衛(wèi)星產(chǎn)生了干擾，印尼為保證其信號不受影響而上調(diào)出站功率，這樣也會對COMPASS系統(tǒng)造成有害干擾。

2 用例與算法仿真

通過對COMPASS系統(tǒng)CHINASAT-35C衛(wèi)星與相鄰的印尼146E衛(wèi)星信號干擾分析，解決相鄰衛(wèi)星信號干擾從以下2個方面進行:首先，互相微調(diào)C頻段上行出站功率，在衛(wèi)星C/C轉(zhuǎn)發(fā)器工作條件不變時，操作者雙方都應(yīng)工作在協(xié)調(diào)限制范圍內(nèi)，即在保證COMPASS系統(tǒng)各監(jiān)測站正常工作情況下，平衡各站入站載噪比C/N0，使之均衡、合理，減弱對印尼衛(wèi)星的干擾;而印尼衛(wèi)星也相應(yīng)調(diào)整，以期不對COMPASS系統(tǒng)造成不利影響;其次，在衛(wèi)星接收終端中采用自適應(yīng)抗干擾技術(shù)消除相鄰衛(wèi)星干擾信號的影響。

根據(jù)解決方案，首先通過人工調(diào)整并平衡地面站的出站功率，利用13m天線接收印尼146E衛(wèi)星下行信號，比較功率調(diào)整前后帶內(nèi)某點頻（3850Hz）信號功率變化，可以看出，帶內(nèi)干擾信號消除較為明顯，如圖2所示，其中圖（a）為功率調(diào)整前頻譜圖，圖（b）為功率調(diào)整后頻譜圖，中心頻率為3.85000GHz，頻率跨度為20.00GHz。

圖2 13m天線接收146E下行信號頻譜圖

其次，在衛(wèi)星接收終端采用盲自適應(yīng)干擾估計抵消技術(shù)[3，4]。自適應(yīng)干擾估計抵消技術(shù)基于干擾的廣義平穩(wěn)模型，假定干擾是循環(huán)平穩(wěn)過程，采用頻移（FRESH）濾波器取代傳統(tǒng)的線性時不變?yōu)V波器作為白化濾波器，F(xiàn)RESH濾波器將輸入信號及其共扼進行一系列頻移操作，再通過一組線性時不變?yōu)V波器進行濾波，最后將輸出相加，預(yù)測出干擾，再從接收信號中減去干擾的估計值，從而抵消掉絕大部分干擾能量，提高輸出信號與干擾加噪聲比（SINR），使殘余干擾接近為白噪聲。這種“譜分集”能增加對干擾估計的準確性，從而得到更優(yōu)的干擾抑制性能。針對直擴通信系統(tǒng)中盲自適應(yīng)抗干擾研究，梅陽等提出一種改進穩(wěn)健的遞歸最小二乘（RRLS）算法——正交穩(wěn)健的遞歸最小二乘（ORRLS）算法[5]，改進后的算法在強干擾情況下仍能穩(wěn)健地收斂，仿真如圖3所示。從圖3可以看出，經(jīng)過濾波算法處理之后的合成信號頻譜變得平坦，而且被大大減低，干擾信號對系統(tǒng)的壓制影響得到了有效遏制。

圖3 改進RRLS算法干擾抑制仿真圖

3 結(jié)束語

對相鄰衛(wèi)星干擾信號進行了分析，通過相互調(diào)整信號出站功率解決相鄰衛(wèi)星干擾問題，從而有效地降低干擾信號功率，但無法從根本上解決衛(wèi)星干擾問題;不過，可以通過在衛(wèi)星信號接收終端主動采用盲自適應(yīng)干擾估計抵消技術(shù)，實現(xiàn)干擾信號的分離、抵消，最終達到消除干擾信號的目的。

[1]任品毅，朱世華，汪勇剛.寬帶碼分多址系統(tǒng)中的并行干擾抑制技術(shù)[J].西安交通大學學報，2001，35（2）:149－152.

[2]奕英姿，李建東，楊家瑋.MC-CDMA系統(tǒng)采用解相關(guān)－并行干擾抵消檢測算法的性能分析[J].電子與信息學報，2004，26（4）:517－524.

[3]李琳.擴頻通信系統(tǒng)中的自適應(yīng)窄帶干擾抑制技術(shù)研究[D].長沙:國防科學技術(shù)大學博士學位論文，2004.

[4]李琳，周文輝，譚述森.擴頻系統(tǒng)中最小誤碼率意義下的最優(yōu)干擾抑制技術(shù)[J].電子學報，2005，33（1）:32－37.

[5]梅陽，郭藝，張爾揚.盲頻移濾波器信號提取的改進算法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2007，29（5）:692－694.

[6]ITU-R Recommendations.Radiocommunications Sector，2008-edition 1，English[S].