一種衛(wèi)星通信地球站收發(fā)通道干擾預(yù)測方法

韓晉平 許靖

摘要：針對衛(wèi)星通信地球站收發(fā)通道干擾問題，預(yù)測和分析了收發(fā)通道干擾產(chǎn)生的原因和影響因素。并給出一種發(fā)射通道雜波、諧波和接收通道互調(diào)干擾的測試方法。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信;通道干擾;互調(diào)

中圖分類號：TN927 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）11-0023-02

0 引言

移動衛(wèi)星通信是在微波通信和空間技術(shù)基礎(chǔ)上，運(yùn)用多種通信理論和技術(shù)發(fā)展起來的通信方式。具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋面廣、通信頻帶等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍民兩用。但衛(wèi)星通信受自身特顯限值和環(huán)境影響，不可避免存在各種干擾。

1 干擾分類

衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的通信設(shè)備，如地面站，艦載站和機(jī)載站，通稱地球站。地球站工作中面臨的干擾有地面干擾、空間干擾、自然干擾。其中地面干擾可分成三種。

（1）電磁干擾。電磁噪聲發(fā)生設(shè)備，如調(diào)頻廣播基站，無線電視塔，雷達(dá)和微波設(shè)備工作信號可以通過空間耦合至地球站的上、下行通道鏈路引起干擾。（2）雜波干擾。地球站發(fā)射通道雜散、諧波指標(biāo)不合格時(shí)，或發(fā)射機(jī)工作在非線性，引起的干擾。（3）互調(diào)干擾。同一區(qū)域內(nèi)的多個地球站，在同頻段載波工作狀態(tài)。由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器容量不足，不能自適應(yīng)調(diào)整，產(chǎn)生三階等高階互調(diào)信號，導(dǎo)致地球站下行時(shí)互調(diào)干擾。

2 干擾預(yù)測分析

地球站間相互干擾情況，可能量耦合關(guān)系分析出發(fā)，需要考慮收發(fā)天線產(chǎn)生的能量耦合，還有站型自身結(jié)構(gòu)、線纜、處理模塊產(chǎn)生的能量耦合。分析、評估地球站間干擾情況時(shí)，分解的天線輻射端口、敏感端口數(shù)量越多，耦合層次就會更復(fù)雜。

在含有多個地球站系統(tǒng)的電磁兼容性分析預(yù)測中，影響地球站收發(fā)通道通信干擾的因素包括接收機(jī)、發(fā)射機(jī)的特性，以及互連端口和連接線的性能。收發(fā)前端的非線性，帶外特性等，均會影響設(shè)備存在的電磁兼容性問題。經(jīng)過簡化，影響發(fā)射機(jī)到接收機(jī)之間隔離的因素如圖1所示。

電磁干擾設(shè)計(jì)指標(biāo)包括了頻率資源分配，電磁環(huán)境，發(fā)射機(jī)性能（工作頻段、功率、諧波抑制），接收機(jī)性能（接收頻段、靈敏度、帶外抑制），天線布局性能（方向圖、極化方式、隔離度）。同時(shí)需加強(qiáng)地球站電磁頻譜管理工作，有關(guān)部門需做好載波檢測工作。規(guī)劃和調(diào)整電磁頻譜的使用，使各地球站能夠正常執(zhí)行任務(wù)，既不產(chǎn)生超荷的發(fā)射信號，也不受其他地球站的干擾損害。

3 通道干擾測試

本節(jié)以Ku頻段工作的地球站為例，來論述通道干擾預(yù)測方法的過程。

3.1 發(fā)射通道干擾測試

假設(shè)地球站發(fā)射通道頻帶（fa，fc），中心頻率fb。如圖2所示，信號源產(chǎn)生中頻激勵信號，連接發(fā)射通道，混頻器起上變頻作用，通過衰減器與頻譜儀連接。發(fā)送單載波，發(fā)射機(jī)輸出功率為1dB壓縮點(diǎn)輸出功率。

頻譜儀起始頻率為10GHz（波導(dǎo)截至頻率），終止頻率設(shè)為40GHz，RBW≤10kHz，VBW≤10kHz，此時(shí)載波電平和諧波電平均呈現(xiàn)在顯示屏上。單載波頻率分別設(shè)置在fa、fb和fc3個點(diǎn)，測得3組數(shù)據(jù)。

對于0.95fa～1.05fc頻段范圍，僅考核雜散電平;對于0.95fa～1.05fc帶外，觀測載波發(fā)射頻率的諧波電平大小，一般規(guī)定諧波電平不大于-20dBm，除諧波外，頻譜圖呈現(xiàn)的均為亂真發(fā)射信號，應(yīng)低于基波電平80dB。

通過上述測試地球站發(fā)射通道頻譜，得到發(fā)射通道雜散，諧波和帶外的亂真信號電平。根據(jù)測得數(shù)據(jù)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)和研制需要，可判斷發(fā)射通道干擾是否存在。

3.2 接收通道干擾測試

假設(shè)地球站接收通道頻帶（fa，fc），中心頻率fb。如圖3所示，信號源1和信號源2用于產(chǎn)生調(diào)制信號，連接接收通道，混頻器起下變頻作用，與頻譜分析儀連接。

測試步驟如下：

（1）設(shè)置信號源2的輸出電平off，將信號源1調(diào)諧至中心頻率fb，調(diào)節(jié)其輸出電平，使接收通道產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)參考輸出電平A0（混頻器輸出最小響應(yīng)電平10dB），頻譜分析儀可讀取。記錄信號源1的輸出電平A10。使信號源1的輸出為off，對信號源2重復(fù)上述，記錄其輸出電平A20。

（2）設(shè)置信號源2的輸出電平off，信號源1頻率為fb，調(diào)節(jié)其輸出電平，等于產(chǎn)品研發(fā)要求規(guī)定的接收通道最大入口限值電平與1）所得電平A10之和，保持此輸出電平不變，逐漸提高信號源1的頻率，直到產(chǎn)品接收通道沒有響應(yīng)為止，記錄該頻率f1，并使信號源1保持在f1，f1=fb+Δf。

（3）將信號源2的頻率調(diào)至f2=fb+2Δf，信號源1的頻率為f1，然后使信號源1和信號源2的輸出電平分別調(diào)至產(chǎn)品研發(fā)要求規(guī)定的最大入口限值電平與A10，A20之和，由于f1和f2會產(chǎn)生fb=2f1-f2，fb為接收通道工作頻率，即互調(diào)產(chǎn)物。

（4）若接收通道無明顯響應(yīng)，則逐步增加兩臺信號源的輸出電平，直到產(chǎn)品接收通道出現(xiàn)響應(yīng)為止，保持該輸出電平不變，對信號源2的頻率進(jìn)行微調(diào)，使得響應(yīng)最大，記錄信號源2的頻率。等量降低兩臺信號源輸出電平，直到接收通道產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)參考輸出電平A0為止，記錄兩臺信號源的輸出電平V1、V2。可得 3階互調(diào)產(chǎn)物，3階互調(diào)抑制電平為S3=V1-V10。

（5）為觀察n階互調(diào)產(chǎn)物，可在步驟4）中，從f2開始逐漸增加信號源2的頻率，保持恒定輸出電平，直到18GHz，同時(shí)觀察互調(diào)產(chǎn)物。一般情況下，Ku頻段衛(wèi)星通信接收通道，3階最最大互調(diào)產(chǎn)物。

（6）將信號源1和信號源2的頻率分別調(diào)節(jié)到f10=fb-Δf和f20=fb-2Δf，重復(fù)上述步驟1）～4），為觀察其他階互調(diào)產(chǎn)物，降低信號源2信號源1的頻率并保持恒定電平直至1GHz。

對具有前端混頻和濾波接收機(jī)的地球站，考慮到電磁環(huán)境影響，可以在屏蔽暗室內(nèi)進(jìn)行。通過上述方法測試，可獲得接收通道互調(diào)抑制電平。三階互調(diào)產(chǎn)物是最普遍觀察到的重要響應(yīng)，根據(jù)測得數(shù)據(jù)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)和研制需要，可預(yù)測和判斷接收通道干擾是否存在，以便于在衛(wèi)星通信中頻譜管理。

4 結(jié)語

衛(wèi)星通信地球站研制費(fèi)用較大，周期較長，在前期能夠預(yù)測和分析收發(fā)通道的干擾類型，并通過相應(yīng)儀器測量通道的雜散、諧波和互調(diào)信號。對于后期站型設(shè)計(jì)和頻率分配管理起到指導(dǎo)作用，以期規(guī)避干擾的產(chǎn)生，保證各站型能夠正常的執(zhí)行任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 蘇東林.系統(tǒng)級電磁兼容性量化設(shè)計(jì)理論與方法[M].北京：國防工業(yè)出版社，2015.

[2] 夏克文，甘仲民.衛(wèi)星通信[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

[3] GJB 151B-2013，軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求和測量[S].2013.