王燕釗

(中國電子科技集團公司第五十四研究所,河北 石家莊 050081)

0 引言

衛(wèi)星通信屬于無線通信技術范疇,是通過地面無線通信站,將軌道衛(wèi)星作為中繼而進行的通信活動。隨著現代科技水平的不斷提升,衛(wèi)星通信技術推動了通信行業(yè)的發(fā)展,并在社會發(fā)展的各個領域做出了重要貢獻。目前,雖然衛(wèi)星通信技術已經逐步趨于成熟,但是通信干擾問題一直是衛(wèi)星通信技術發(fā)展道路上不可忽視的阻礙?，F代通信衛(wèi)星大部分采用地球靜止同步軌道,使得頻譜資源的利用非常有限,這在很大程度上制約了衛(wèi)星通信技術的發(fā)展。文章對衛(wèi)星通信技術多種干擾因素進行了總結,并在此基礎上開展了應對策略的研究,以期實現促進衛(wèi)星通信安全與穩(wěn)定發(fā)展的目標。

1 衛(wèi)星通信干擾問題現狀分析

衛(wèi)星通信受到傳播距離遠、環(huán)境影響因素多、通信頻帶帶寬等多種因素的影響,在使用過程中存在著各類干擾,導致衛(wèi)星通信質量下降。當前我國衛(wèi)星通信干擾問題主要體現在地面干擾、空間干擾和自然干擾3個方面。其中地面干擾包含地球站設備中的雜波干擾、電磁干擾、互調干擾、交叉極化干擾;空間干擾包含鄰星干擾、相鄰信道干擾以及因用戶的不規(guī)范操作等問題產生的干擾;自然干擾主要與自然環(huán)境有較大關系,包含雨衰、日凌、電離層閃爍、衛(wèi)星蝕等。文章主要對電磁干擾、通信系統干擾、自然環(huán)境干擾以及人為因素造成的干擾問題進行了詳細分析,并提出了相應的解決策略。

2 衛(wèi)星通信干擾問題的影響因素分析

2.1 電磁干擾

電磁干擾是影響衛(wèi)星通信質量的重要因素。在現代社會背景下,人們的生活、學習、工作均離不開電子設備。隨著電子技術的發(fā)展,各類電子設備發(fā)出的電磁信號會對衛(wèi)星通信信號產生較為嚴重的信號干擾。特別是雷達系統、廣播信號以及微波通信等所產生的電磁干擾功率較大,嚴重干擾了衛(wèi)星通信。

2.2 通信系統干擾

衛(wèi)星通信系統在運行過程中,地面站和衛(wèi)星之間需要借助通信信號處理設備進行信號傳輸。隨著通信系統干擾技術的廣泛應用,衛(wèi)星頻率資源不斷被開發(fā)利用,導致頻率資源匱乏。頻率資源的匱乏使得相近頻段之間的信號干擾問題頻發(fā),從而導致通信質量快速下降[2]。

2.3 自然環(huán)境干擾

由于衛(wèi)星處在宇宙的自然環(huán)境之中,太陽所產生的噪聲、恒星的移動、大氣層中微粒輻射、電離層閃爍、太陽黑子異?；顒拥榷紩苯佑绊懶l(wèi)星通信系統的正常運行。

2.4 人為干擾

人為干擾主要以衛(wèi)星通信上下行信號的干擾為主,例如:信息盜用、頻率阻塞等。除此之外,人為干擾還包含轉發(fā)器盜用、惡意感染、同極化干擾、反極化干擾以及人為失誤等,均可能對衛(wèi)星通信活動帶來較大的負面影響。

3 抗干擾技術應用策略

3.1 天線抗干擾技術

對于衛(wèi)星通信信號傳輸而言,影響其傳輸質量的因素很多且具有多樣性。因此,在實際工作中,為了能夠保證通信系統的正常運行,研究人員需要根據不同的情況制定具有針對性的解決方案,進而有效提升整個衛(wèi)星通信系統的抗干擾能力和可靠性。目前,隨著通信產業(yè)的不斷發(fā)展,人們對信息共享以及數據傳輸的要求也越來越高,傳統的無線通信方式已經無法滿足現代社會的需求,因此必須采取更加先進、高效、穩(wěn)定的手段來提高工作效率,從而為衛(wèi)星通信提供保障。衛(wèi)星通信干擾是指由衛(wèi)星通信本身各種不利狀況引起的一種復雜現象,不僅會給衛(wèi)星通信系統造成嚴重的經濟損失,還會使相關用戶遭受不必要的損失。在我國衛(wèi)星通信系統抗干擾技術中,天線抗干擾技術的應用較為廣泛,主要技術類型包含:自適應凋零技術、多波束與智能天線技術。以多波束天線技術為例,多波束天線技術可以依據使用區(qū)域情況的變化發(fā)射天線指向,能夠滿足不同用戶的需求。天線抗干擾技術能夠減少衛(wèi)星通信系統中受到的干擾源數量并改善其整體性能,并且能更好地確保衛(wèi)星通信設備不受干擾影響。自適調零技術、多波束天線技術和智能天線技術具有不同的功能,能有效地提升衛(wèi)星通信系統的安全性與可靠性[3]。

3.2 擴展頻譜抗干擾技術

目前,人們對信息獲取的需求越來越大,衛(wèi)星數據傳輸速度也逐漸加快。為了提高衛(wèi)星數據的傳輸質量,保證數據傳輸的安全性和可靠性,研究人員需要采取適當的措施來應對衛(wèi)星平臺上突發(fā)的干擾,為后續(xù)的運營提供保障。擴展頻譜抗干擾技術主要用于解決衛(wèi)星通信信道帶寬有限的問題,通過使用一定頻率范圍內的頻段進行擴頻處理以獲得足夠寬的信道容量,從而達到增強系統抗電磁干擾能力的目的。擴展頻譜抗干擾技術的應用離不開DS和HF兩大核心技術,其中,DS實際上是直接序列的擴頻技術,可以實現對衛(wèi)星通信信號的擴展,能夠將寬帶信號和窄帶信號兩種傳輸模式靈活切換,從而實現多種業(yè)務之間的相互補充,進一步增強衛(wèi)星通信系統的抗電磁干擾能力。而HF則是一種跳頻技術,利用這種技術形式對衛(wèi)星通信信號開展處理工作時,主要是采用變換載波頻率達到降低干擾量的目的,多用于帶寬較寬的寬帶。

3.3 編碼調制抗干擾技術

編碼調制抗干擾技術在衛(wèi)星通信中的應用較為廣泛,具有較強的抗干擾能力以及良好的兼容性。編碼調制抗干擾技術的主要作用是改正衛(wèi)星通信系統信號傳輸過程中發(fā)生的數據錯誤,尤其是當衛(wèi)星通信系統受到外界干擾出現故障時,能夠及時解決故障造成的通信中斷問題,使整個通信網絡得以正常運行,從而保證整個系統能夠穩(wěn)定高效地運轉。編碼調制抗干擾技術的工作原理是在發(fā)現數據差錯時,利用卷積碼對誤碼率進行破譯校正,確定編碼工作流程是否正確,進而避免系統配置不當或其他原因導致的誤碼現象,同時還能有效提升用戶設備的性能,提高系統整體水平。編碼調制抗干擾技術的發(fā)展也推動了相關產業(yè)的進步與升級,并最終成為未來衛(wèi)星通信行業(yè)中不可或缺的關鍵技術。

3.4 星上處理抗干擾技術

星上處理抗干擾技術主要用于解決透明轉發(fā)器的弊端,在保障衛(wèi)星通信系統的正常運行過程中發(fā)揮著至關重要的作用,在實際應用中需要結合具體的工程情況才能做出合理的選擇。透明轉發(fā)器在衛(wèi)星通信系統中運行時,很容易受到外界的干擾,如電磁輻射、射頻噪聲、無線電波傳播損耗等,因此需要采取措施來降低這些影響因素的影響,使得轉發(fā)器始終處于最佳狀態(tài),以確保衛(wèi)星信號的順利傳輸。星上處理抗干擾技術不僅可以為轉發(fā)器提供一個可靠的通道和一定程度的保護,而且能夠極大地增強轉發(fā)器的抗干擾能力,保證衛(wèi)星信號的安全傳送及完整傳遞,滿足客戶需求。

3.5 限幅與線性抗干擾技術

限幅與線性抗干擾技術可以有效避免上行鏈路對透明轉發(fā)器造成的干擾,降低轉發(fā)器出現誤跳或者跳轉的概率和轉發(fā)器的故障率。軟限幅轉發(fā)器主要是對衛(wèi)星通信信號進行壓縮后再傳輸至地面終端。與軟限幅轉發(fā)器相比,硬限幅轉發(fā)器是對一些大的信號進行壓縮處理。二者都具有一定的抗干擾能力,但就整體技術實施效果而言,軟限幅轉發(fā)器的抗干擾能力較強。

3.6 衛(wèi)星載荷抗干擾技術

衛(wèi)星載荷抗干擾技術的使用范圍非常廣泛,也是當前改善整體抗干擾能力最直接有效的方法。衛(wèi)星載荷抗干擾技術既抑制干擾,又能有效地避免通信鏈路阻塞。星載轉發(fā)器的處理方式是通過轉發(fā)器的前端直接接收多用戶信號,并根據相應的策略,將信號進行濾波處理,然后將濾波后的信號通過衛(wèi)星平臺的轉發(fā)器進行轉發(fā),實現通信。該方式可以實現對干擾信號的抑制和干擾后信號的恢復。星載處理應答機則是一種在衛(wèi)星上實現對鏈路的檢測、干擾識別和干擾處理,并提供應答信號的設備。星載處理應答機具有比傳統應答機更好的抗干擾性能,能夠有效地解決通信鏈路阻塞問題[4]。

4 衛(wèi)星通信抗干擾技術的發(fā)展趨勢

隨著我國社會的快速發(fā)展,科學技術也在不斷創(chuàng)新,衛(wèi)星通信干擾技術必然會實現創(chuàng)新性發(fā)展。根據當前衛(wèi)星通信技術的發(fā)展情況,未來衛(wèi)星通信抗干擾技術會將通信天線波瓣控制以及微反射弧作為重點研究內容和方向,以達到提高衛(wèi)星通信天線開發(fā)利用效率的目的,提高衛(wèi)星通信抗干擾技術的智能化水平,同時提高衛(wèi)星通信信號的傳送效率。此外,對衛(wèi)星抗干擾調制器進行改造,通過融入先進的信息技術,提高抗干擾能力;對衛(wèi)星通信信號的抗干擾方法進行更廣范疇的試驗探究,從而可以適應比較復雜以及多樣的外部環(huán)境,進而提升數字程控交換數據發(fā)送的質量和效率;在無線光通信的基礎上進一步延伸和擴展,要充分展現高效的技術以及寬帶寬和頻譜資源的優(yōu)勢,這樣就可以最大程度地強化衛(wèi)星通信系統的抗干擾能力[5]。

隨著科學技術的不斷發(fā)展和人工智能技術研究的不斷深入,衛(wèi)星通信抗干擾技術也會朝著更高層次的方向發(fā)展。未來,首先,研究人員將在神經網絡的基礎上,加入一定的反饋函數,賦予其更多的實際記憶能力,并通過循環(huán)反饋與內存服務,實現對誤差的高效計算,并對模型的權重結構進行動態(tài)優(yōu)化與調整。其次,構造 LSTM深度學習網絡。為了便于對各路徑中的數據進行分析與篩選,研究人員將構造一個 LSTM深度學習網絡。由于這種模型具有一定的記憶能力,在訓練時只需將訓練數據輸入網絡即可。研究人員可以通過循環(huán)反饋與內存服務進行對誤差的高效計算。再次,為了使得系統能夠對抗衛(wèi)星干擾,研究人員需要加強有源探測技術。在這種情況下,研究人員將使用深度卷積神經網絡(Convolutional Neural Network,CNN)進行檢測。由于 CNN具有很強的分類能力,它可以進行自我學習和自我調整,從而提高系統的抗擾動性能。最后,提出一種基于深度學習的擾動反饋機制。為了提高衛(wèi)星通信系統的抗擾動性能,研究人員將提出一種基于深度學習的擾動反饋機制。這種機制可以在接收端對信號進行擾動分析,從而提高系統的抗擾動性能。

5 結語

綜上所述,衛(wèi)星通信抗干擾技術是一種新型的高新技術,它將隨著衛(wèi)星通信事業(yè)的發(fā)展而得到越來越廣泛的應用,同時也將為我國通信業(yè)的快速發(fā)展奠定堅實的基礎。衛(wèi)星通信抗干擾技術的研究必將給世界通信業(yè)帶來新的機遇和挑戰(zhàn),也為解決傳統通信手段面臨的諸多問題提供新思路,使人類社會能更加科學地實現信息資源的共享和利用。