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0 引言

隨著衛(wèi)星通信事業(yè)的發(fā)展，低軌衛(wèi)星通信已成為天基信息系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展熱點(diǎn)。衛(wèi)星通信受自身特點(diǎn)的限制和環(huán)境的影響，不可避免地存在各種干擾[1]。由于頻譜資源有限，低軌（Low Earth Orbit，LEO）衛(wèi)星通信系統(tǒng)不可避免地與對(duì)地靜止衛(wèi)星軌道（Geostationary Satellite Orbit，GSO）衛(wèi)星系統(tǒng)以及其他系統(tǒng)在相同的頻譜內(nèi)共存[2]。若不采取任何系統(tǒng)設(shè)計(jì)或優(yōu)化手段，勢(shì)必會(huì)影響低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。

韓銳等[3]針對(duì)我國(guó)NGSO星座系統(tǒng)對(duì)GSO系統(tǒng)的干擾情況進(jìn)行仿真分析。張泓湜等[4]提出了一種基于空間隔離的LEO與GEO衛(wèi)星在Ka頻段頻譜共享的方法。郭強(qiáng)等[5]提出了系統(tǒng)鄰星干擾定量分析的方法。曾昱祺等[6]提供了幾個(gè)關(guān)于如何在NGEO衛(wèi)星鏈路和GEO衛(wèi)星鏈路共存情況下頻率共用的研究方法。

本文針對(duì)低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)在運(yùn)行過程中所面臨的干擾情況進(jìn)行了梳理，分析了外部地面系統(tǒng)對(duì)LEO系統(tǒng)的干擾、LEO系統(tǒng)對(duì)GSO系統(tǒng)和其他LEO系統(tǒng)的干擾以及LEO系統(tǒng)內(nèi)部干擾情況。同時(shí)針對(duì)不同的干擾種類，給出相應(yīng)的干擾規(guī)避策略，包含了外部地面干擾、GSO系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾、LEO系統(tǒng)對(duì)GSO系統(tǒng)的干擾以及系統(tǒng)內(nèi)部干擾規(guī)避策略?？梢詾槲覈?guó)低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一定的支撐，確保系統(tǒng)建設(shè)完成后能可靠運(yùn)行。

1 LEO系統(tǒng)干擾場(chǎng)景分析

由于頻譜資源有限，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)會(huì)受到來自地面或者其他衛(wèi)星系統(tǒng)的干擾，主要包括外部地面干擾以及其他衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)其產(chǎn)生的干擾（包括GSO和LEO）。同時(shí)，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)也會(huì)對(duì)其他衛(wèi)星系統(tǒng)產(chǎn)生干擾（主要考慮GSO）；另外低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)內(nèi)部也存在干擾情況。

1.1 外部系統(tǒng)對(duì)LEO干擾情況

外部系統(tǒng)干擾包括外部地面干擾、GSO產(chǎn)生的干擾以及其他LEO產(chǎn)生的干擾。

（1）衛(wèi)星系統(tǒng)面臨的外部地面干擾主要包括單音連續(xù)波干擾、阻塞式噪聲干擾、部分頻帶干擾、脈沖干擾等。地面會(huì)產(chǎn)生不同類型覆蓋衛(wèi)星系統(tǒng)頻帶使用范圍的干擾信號(hào)，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（2）GSO產(chǎn)生的干擾。GSO和LEO衛(wèi)星系統(tǒng)使用頻譜存在重疊時(shí)，GSO和LEO共享同頻的上行和下行空間鏈路，此時(shí)GSO對(duì)LEO會(huì)產(chǎn)生干擾路徑，包括：①GSO地面站對(duì)LEO衛(wèi)星的干擾。②GSO衛(wèi)星對(duì)LEO站的干擾。GSO對(duì)LEO產(chǎn)生的干擾如圖1所示。

圖1 GSO對(duì)LEO產(chǎn)生的干擾情況

（3）其他LEO產(chǎn)生的干擾。Ka頻段衛(wèi)星通信已成為衛(wèi)星通信發(fā)展的主要目標(biāo)之一。我國(guó)要發(fā)展Ka頻段低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)勢(shì)必會(huì)與其他系統(tǒng)在用戶和饋電鏈路頻率存在重疊的部分，從而會(huì)導(dǎo)致相互之間的干擾。

1.2 LEO對(duì)外部系統(tǒng)干擾情況

LEO對(duì)外部系統(tǒng)干擾主要考慮類LEO對(duì)GSO系統(tǒng)的干擾。似于GSO對(duì)LEO產(chǎn)生的干擾，GSO和LEO鏈路共享同頻的上行和下行，此時(shí)LEO對(duì)GSO也會(huì)產(chǎn)生干擾路徑，包括：①LEO站對(duì)GSO衛(wèi)星的干擾。②LEO衛(wèi)星對(duì)GSO地面站的干擾。LEO對(duì)GSO產(chǎn)生的干擾情況如圖2所示。

圖2 LEO對(duì)GSO產(chǎn)生的干擾情況

1.3 LEO對(duì)外部系統(tǒng)干擾情況

系統(tǒng)內(nèi)部干擾可分為同頻干擾和鄰頻干擾。通常，為防止鄰信道干擾，會(huì)在鄰頻間留出未占用的窄頻帶，確保信道間有足夠隔離。由于鄰頻干擾影響較小，在此不予分析。

針對(duì)同頻干擾場(chǎng)景，由于天線波束具有一定的寬度，地面發(fā)送天線會(huì)在指向鄰星的方向上產(chǎn)生干擾輻射（上行鄰終端干擾），地面接收天線也會(huì)在鄰星方向上接收到干擾信號(hào)（下行鄰星干擾）。不同衛(wèi)星及終端之間的干擾如圖3所示。

圖3 不同衛(wèi)星及終端之間的干擾示意

2 系統(tǒng)干擾規(guī)避策略研究

根據(jù)上述對(duì)低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾分析情況，下面針對(duì)不同的干擾情況進(jìn)行干擾規(guī)避策略設(shè)計(jì)，從而有效保障不同系統(tǒng)間的共存以及正常運(yùn)行。

2.1 外部地面干擾規(guī)避策略

對(duì)于外部地面干擾，利用頻譜感知技術(shù)，可對(duì)特定的頻段頻譜進(jìn)行掃描，尋找授權(quán)用戶沒有使用的以及通過空分復(fù)用可以共用的頻率，動(dòng)態(tài)分配給低軌通信星座使用?？紤]到衛(wèi)星通信系統(tǒng)所處電磁環(huán)境的復(fù)雜性，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以建立體系化的載波監(jiān)視系統(tǒng)來感知背景噪聲和受干擾情況。利用頻譜資源規(guī)劃設(shè)備提供的資源規(guī)劃結(jié)果，由用戶提出的業(yè)務(wù)申請(qǐng)驅(qū)動(dòng)，從而為各正在執(zhí)行的業(yè)務(wù)以及待開展的通信業(yè)務(wù)提供合理的用頻指導(dǎo)并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)信道管理，最終保障整個(gè)系統(tǒng)頻譜資源的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 GSO產(chǎn)生的干擾規(guī)避策略

針對(duì)GSO對(duì)LEO的下行鏈路干擾情況，即從GSO衛(wèi)星到LEO地面站，考慮GSO衛(wèi)星正在工作，而LEO衛(wèi)星鏈路將要部署在相同的頻率上。在這種情況下，首先在做LEO鏈路的鏈路預(yù)算應(yīng)該考慮GSO對(duì)LEO的干擾。其次，GSO衛(wèi)星對(duì)LEO地面站干擾，若GSO地面站與LEO地面站共址建設(shè)，則最大干擾場(chǎng)景是GSO衛(wèi)星、LEO衛(wèi)星和LEO地面站共線情況，此類情況在LEO對(duì)GSO干擾分析中已設(shè)置干擾規(guī)避區(qū)，故此類場(chǎng)景已被規(guī)避。若GSO地面站與LEO地面站不共址建設(shè)，則由于天線波束指向性，LEO地面站僅能接收旁瓣能量，形成天然的隔離，不會(huì)產(chǎn)生干擾。

針對(duì)GSO對(duì)LEO的上行鏈路干擾情況，即從GSO地面站到LEO衛(wèi)星。首先是GSO地面站對(duì)LEO衛(wèi)星用戶波束的影響，在LEO對(duì)GSO干擾分析中已采用“漸進(jìn)俯仰”技術(shù)，導(dǎo)致GSO地面站發(fā)送和LEO衛(wèi)星接收之間存在角度，已實(shí)現(xiàn)干擾的隔離。另外，GSO地面站對(duì)LEO衛(wèi)星饋電波束的影響，若GSO地面站與LEO地面站共址建設(shè)，則最大干擾場(chǎng)景是GSO衛(wèi)星、LEO衛(wèi)星和LEO地面站共線情況，此類情況在LEO對(duì)GSO干擾分析中已設(shè)置干擾規(guī)避區(qū)，故此類場(chǎng)景已被規(guī)避。若GSO地面站與LEO地面站不共址建設(shè)，則由于天線波束指向性，LEO衛(wèi)星僅能接收旁瓣能量，形成天然的隔離，不會(huì)產(chǎn)生干擾。

2.3 LEO對(duì)GSO的干擾策略

LEO對(duì)GSO的干擾規(guī)避策略主要包含以下4個(gè)方面：

（1）用戶鏈路上行干擾規(guī)避策略。為了對(duì)用戶鏈路上行干擾規(guī)避，可利用終端功率控制，降低用戶終端發(fā)射功率，達(dá)到用戶鏈路的上行干擾規(guī)避。

（2）用戶鏈路下行干擾規(guī)避策略。LEO衛(wèi)星改變其提供通信服務(wù)的覆蓋區(qū)域來實(shí)現(xiàn)用戶鏈路下行干擾規(guī)避，通過將LEO衛(wèi)星天線朝向赤道方向偏轉(zhuǎn)，以避免天線增益朝向GSO地面站與LEO衛(wèi)星處于接近對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)的緯度，從而避免干擾。此外，可以減少每個(gè)LEO衛(wèi)星波束中的射頻鏈路功率密度，以進(jìn)一步保護(hù)GSO衛(wèi)星系統(tǒng)。

（3）饋電鏈路上行干擾規(guī)避策略。饋電鏈路上行干擾規(guī)避由地面運(yùn)行控制中心結(jié)合地面站位置、GSO弧段等信息進(jìn)行綜合規(guī)劃，確定干擾規(guī)避區(qū)域，確保LEO信關(guān)站饋電鏈路上行信號(hào)不會(huì)對(duì)GSO衛(wèi)星造成干擾。

（4）饋電鏈路下行干擾規(guī)避策略。針對(duì)饋電鏈路下行干擾，考慮LEO衛(wèi)星饋電波束對(duì)GSO地面站的影響，若LEO地面站與GSO地面站共址，饋電鏈路上行干擾規(guī)避策略中已經(jīng)設(shè)置了干擾規(guī)避區(qū)，此類情況下的干擾已經(jīng)被同時(shí)規(guī)避；若LEO地面站與GSO地面站不共址，則由于天線波束指向性，GSO地面站僅能接收旁瓣能量，形成天然的隔離，不會(huì)產(chǎn)生干擾。

2.4 系統(tǒng)內(nèi)部干擾規(guī)避策略

系統(tǒng)內(nèi)部干擾主要包括下行鄰星干擾和上行鄰終端干擾。低軌衛(wèi)星星座在運(yùn)動(dòng)中隨著緯度的增高，相鄰軌道間的衛(wèi)星間距越來越小，當(dāng)衛(wèi)星間的間距減小到一定值時(shí)被干擾衛(wèi)星和干擾衛(wèi)星的下行的波束具有共同的重疊覆蓋區(qū)。在重疊覆蓋區(qū)，被干擾衛(wèi)星地面信關(guān)站在接收指向衛(wèi)星的信號(hào)的同時(shí)，其天線的旁瓣也接收到了鄰星的同頻信號(hào)。這種干擾造成接收端誤碼率增加，信噪比降低、接收信號(hào)不穩(wěn)定。為了有效地避免干擾，可以通過頻率復(fù)用的方式對(duì)衛(wèi)星波束數(shù)量和頻段分配進(jìn)行規(guī)劃，從而有效降低下行鄰星干擾，不影響用戶終端正常解調(diào)，但在極區(qū)附近，不同衛(wèi)星之間波束交疊嚴(yán)重，為了節(jié)省能源，可以關(guān)閉部分衛(wèi)星波束。由于終端發(fā)射功率有限，上行鄰終端干擾在用戶終端累積到一定數(shù)量的情況下才會(huì)出現(xiàn)影響，此時(shí)可以在地面站側(cè)通過限制同一用戶波束下用戶終端的接入數(shù)量來保障干擾不影響終端的正常解調(diào)。

3 結(jié)語

低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)迅猛發(fā)展，由于頻率資源有限，LEO系統(tǒng)勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)與其他系統(tǒng)共用頻譜的現(xiàn)象。本文綜合考慮LEO系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，從外部系統(tǒng)對(duì)LEO干擾、LEO系統(tǒng)對(duì)其他系統(tǒng)干擾以及LEO系統(tǒng)內(nèi)部干擾三大方面對(duì)低軌系統(tǒng)的干擾場(chǎng)景進(jìn)行了細(xì)化和分析。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的干擾類型，提出了相應(yīng)的干擾規(guī)避策略，通過資源動(dòng)態(tài)分配、設(shè)定干擾規(guī)避區(qū)域、降低發(fā)射功率以及頻率復(fù)用等方式，有效降低或消除LEO內(nèi)部和外部干擾，從而為未來我國(guó)低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與建設(shè)提供一定的技術(shù)支撐。