抗干擾衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的問(wèn)題及解決措施分析

夏曉巍

中國(guó)西南電子技術(shù)研究所 四川 成都 610036

引言

現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中衛(wèi)星通信作為重要技術(shù)，在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜匾巧?。衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)用過(guò)程中會(huì)受到各類因素干擾，直接影響到通信效果與信號(hào)傳輸質(zhì)量。因此，需要強(qiáng)化研究衛(wèi)星通信干擾技術(shù)，采取針對(duì)性的解決干擾的措施，提高衛(wèi)星通信技術(shù)的安全性。

1 衛(wèi)星通信的優(yōu)缺點(diǎn)分析

1.1 優(yōu)點(diǎn)分析

規(guī)模大且距離遠(yuǎn)。通常情況下僅需要一個(gè)衛(wèi)星中繼站就可以覆蓋1萬(wàn)多公里的遠(yuǎn)程通信面積。同時(shí)，每一顆通信衛(wèi)星就能對(duì)地球表面積的42.4%實(shí)現(xiàn)覆蓋，如果可以使用三顆GEO衛(wèi)星，則基本上實(shí)現(xiàn)覆蓋除過(guò)兩極之外的全球表面積。搭建海量通信網(wǎng)。衛(wèi)星通信具有廣播性及多地址接入性，通過(guò)與上述技術(shù)的結(jié)合可以形成較大規(guī)模具有海量信息的通信網(wǎng)。如果想要通過(guò)一個(gè)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全覆蓋，不需要進(jìn)行顯示交換，僅通過(guò)衛(wèi)星中繼站形成一個(gè)給地面用戶提供服務(wù)的通信網(wǎng)。靈活多變性特點(diǎn)。實(shí)際中推進(jìn)衛(wèi)星通信建設(shè)時(shí)，基本上不需要考慮地理位置問(wèn)題，基本上可以隨便建立。同時(shí)，通信終端也呈現(xiàn)出多元化，比如飛機(jī)、汽車、艦船，甚至是智能手機(jī)。還具有豐富的頻率資源，依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信的可持續(xù)發(fā)展[1]。

1.2 缺點(diǎn)分析

雖然衛(wèi)星通信有著顯著優(yōu)勢(shì)，但本身也存在一些局限性。如：通信負(fù)載成本高。通常制造衛(wèi)星時(shí)需要大量運(yùn)用抗干擾、抗輻射的宇航級(jí)器材，這意味著成本大大增加。而且衛(wèi)星通信有著使用壽命，一般情況下LEO壽命8年、GEO衛(wèi)星15年。要想在衛(wèi)星使用壽命期間實(shí)現(xiàn)回本與盈利，就意味著用戶通信成本的增加。鏈路傳輸衰退大。微型鏈路存在較大的傳輸衰退，需要地面及衛(wèi)星上的使用較大功率發(fā)射機(jī)的通信設(shè)備、高敏度接收機(jī)，也只有通過(guò)這種方式才能改變這一情況，無(wú)形中增加通信設(shè)備。鏈路傳輸延時(shí)高。通常衛(wèi)星通信使用時(shí)，GEO衛(wèi)星與地面往返傳輸需要（239-278）毫秒；中心站星型網(wǎng)系統(tǒng)下小站之間通信時(shí)，需要選擇雙跳鏈路繼而產(chǎn)生0.5s的延時(shí)情況，造成用戶使用時(shí)出現(xiàn)通話不暢的情況，還容易發(fā)生回波干擾情況，影響到通話質(zhì)量。

2 抗干擾衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的問(wèn)題

2.1 通信系統(tǒng)之間的干擾

衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其在運(yùn)行的過(guò)程中，主要是利用通信轉(zhuǎn)發(fā)器上的通信信號(hào)處理設(shè)備，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星地面站上行及下行衛(wèi)星信號(hào)的傳輸。

但在實(shí)踐中，受限于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通信衛(wèi)星的頻率資源仍然不夠完善，多數(shù)衛(wèi)星需要使用相同的通信頻率進(jìn)行分別工作，且往往只是依托于不同極化與不同調(diào)制的方式進(jìn)行頻率的反復(fù)使用，如果衛(wèi)星通信頻率復(fù)用、臨近衛(wèi)星隔離度不夠，那么各個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)之間很容易產(chǎn)生互相干擾的狀況[2]。

2.2 生產(chǎn)生活中的電磁干擾

當(dāng)前，隨著信息技術(shù)的普及，大量的電磁設(shè)備遍布人類生活的方方面面，這也使得地球范圍內(nèi)“無(wú)時(shí)無(wú)刻”不再產(chǎn)生著大量的電磁信號(hào)，這些電磁波束所造成的電磁干擾，對(duì)于衛(wèi)星通信的信號(hào)具有重要影響（其主要影響的是衛(wèi)星通信系向地面?zhèn)鬏斝盘?hào)的過(guò)程）。

尤其是一些功率較大的廣播電視臺(tái)信號(hào)、微波通信等情況更是會(huì)造成較大的電磁干擾，同時(shí)，時(shí)延小的優(yōu)勢(shì)。在利用NB—IoT物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，開展多種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備語(yǔ)音通信的過(guò)程中，需要優(yōu)先設(shè)置網(wǎng)絡(luò)部署、編碼機(jī)制、傳輸帶寬、物理層級(jí)，然后再按照連接小區(qū)或移動(dòng)自身的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼Z(yǔ)音包編碼、通信速率、通信功率進(jìn)行分析與控制，從而提高不同物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的雙向通話效率。很多大型科研院所及工業(yè)制造業(yè)產(chǎn)生的電噪聲、大型醫(yī)療設(shè)備的電磁波等因操作不當(dāng)而產(chǎn)生的雜波也會(huì)形成較強(qiáng)的電磁干擾。

2.3 自然干擾

自然干擾是影響衛(wèi)星通信效果的最常見因素，也是不可避免的。由于衛(wèi)星通信本身是基于宇宙環(huán)境而存在的，所以行星碰撞、太陽(yáng)在宇宙中的周期運(yùn)動(dòng)等正常現(xiàn)象都會(huì)影響其信號(hào)傳輸，這就需要不斷加強(qiáng)抗干擾技術(shù)。

2.4 人為干擾

與自然干擾因素相比，影響衛(wèi)星通信質(zhì)量的人為因素往往可以通過(guò)科學(xué)技術(shù)手段加以控制。在社會(huì)生活中，有一些不法分子出于牟利的要求，為了獲取非法的經(jīng)濟(jì)利益，往往對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)設(shè)備、信號(hào)路線等造成損害，給衛(wèi)星通信的安全帶來(lái)隱患。在未來(lái)的發(fā)展研究中，必須充分把握人為因素的各種情況，研發(fā)能夠有效控制人為因素的抗干擾核心技術(shù)。

3 抗干擾衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的問(wèn)題及解決措施

3.1 自適應(yīng)調(diào)零天線抗干擾技術(shù)

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)行中，針對(duì)抗干擾問(wèn)題的處理，目前為止使用最多的是自適應(yīng)調(diào)零天線抗干擾技術(shù)，這是目前最新研發(fā)的一種抗干擾技術(shù)，同時(shí)也屬于空間處理技術(shù)中的一種，它能針對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行中各類天線問(wèn)題進(jìn)行有效的處理和解決[3]。

自適應(yīng)調(diào)零天線抗干擾技術(shù)的工作原理主要是根據(jù)系統(tǒng)天線兩側(cè)的空間差異、頻譜、方向以及編碼等的不同，針對(duì)天線各單元方向圖進(jìn)行優(yōu)化和自動(dòng)化控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各零件單元進(jìn)行加權(quán)處理，確保在通信衛(wèi)星運(yùn)行過(guò)程中，能夠針對(duì)其中所產(chǎn)生的各類干擾進(jìn)行最大限度的控制和預(yù)防，達(dá)到有效減少的目的。

3.2 星上處理抗干擾技術(shù)

星上處理抗干擾技術(shù)，能夠有效消除衛(wèi)星通信系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中因?yàn)樯闲羞\(yùn)行對(duì)于下行運(yùn)行所產(chǎn)生的影響，而且抗干擾效率極高，有效降低了因?yàn)樾盘?hào)干擾而導(dǎo)致應(yīng)答器飽和問(wèn)題發(fā)生的頻率。雖然星上處理抗干擾技術(shù)的抗干擾效果較強(qiáng)，但其整個(gè)操作過(guò)程較為復(fù)雜，其中涉及再跳、解跳、多址、多波束交換、編碼、譯碼、轉(zhuǎn)換復(fù)用方式、信號(hào)解調(diào)、信號(hào)再生、信號(hào)再擴(kuò)、信號(hào)解擴(kuò)、速率轉(zhuǎn)換、智能自動(dòng)化增益控制等多個(gè)應(yīng)用流程。但即使如此，其應(yīng)用市場(chǎng)也未見減小，而且美國(guó)空軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)針對(duì)通信衛(wèi)星干擾問(wèn)題，就采用了星上處理抗干擾技術(shù)。它能針對(duì)行波管器件中放大器的功率進(jìn)行全面利用，同時(shí)將其功效發(fā)揮到極致，通過(guò)對(duì)放大器功率的提升，幫助用戶有效減小整個(gè)通信過(guò)程中對(duì)于天線尺寸的要求，不僅有效滿足上行功率運(yùn)行所提出的各項(xiàng)要求，同時(shí)降低通信過(guò)程中針對(duì)地面設(shè)備型號(hào)的要求，減少很多不必要的麻煩，可謂有利也有弊[4]。

3.3 自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用，能夠幫助衛(wèi)星通信信道使其在實(shí)際運(yùn)行和工作中具備自適應(yīng)特性，而且該技術(shù)主要適用于利用無(wú)線信道開展通信活動(dòng)的衛(wèi)星系統(tǒng)。如此，不僅有效提升衛(wèi)星通信系統(tǒng)本身的抗干擾能力，在應(yīng)對(duì)外界突發(fā)狀況時(shí)，能夠借助自身所具備的自適應(yīng)性進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)和適應(yīng)。

3.4 無(wú)線光通信技術(shù)

無(wú)線光通信技術(shù)（FSO），通過(guò)利用大氣作為傳播媒介來(lái)傳播光信號(hào)，只有確保發(fā)送器與接收器之間沒有遮擋，并且擁有充足的光傳輸功率，才能實(shí)現(xiàn)具體的通信功能。整個(gè)通信過(guò)程依賴物理層傳輸設(shè)備實(shí)現(xiàn)，且能與任何傳輸協(xié)議進(jìn)行兼容，它可以透明的傳輸數(shù)據(jù)信息、圖像信息、聲音信息以及其他形式的信息。無(wú)線光通信系統(tǒng)主要由接收器、信道和發(fā)射器組成。在使用無(wú)線光通信進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)臅r(shí)候，可以通過(guò)在發(fā)射端和接收端分別安裝光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)全雙工通信[5]。

4 星通信抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

在現(xiàn)如今的衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展中，相關(guān)工作人員應(yīng)要加大對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行軌道的研究力度，其主要原因是由于衛(wèi)星通信距離能夠?qū)πl(wèi)星通信技術(shù)的傳輸質(zhì)量和效率產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。若衛(wèi)星和外天空以及地球的通信范圍較大，這時(shí)的通信信息傳輸速度和質(zhì)量將會(huì)受到一定的影響。所以，這就需要相關(guān)工作人員詳細(xì)研究衛(wèi)星運(yùn)行軌道，進(jìn)而可以有效解決由于衛(wèi)星、外太空和地球通信過(guò)遠(yuǎn)，而造成通信傳輸速度和質(zhì)量不佳的問(wèn)題。在當(dāng)前階段，衛(wèi)星通信運(yùn)行成本和維護(hù)成本費(fèi)用較高，不利于長(zhǎng)久發(fā)展，所以導(dǎo)致衛(wèi)星通信并未得到全面普及。這就需要相關(guān)部門對(duì)于存在的問(wèn)題進(jìn)行深入研究，使衛(wèi)星通信技術(shù)更為完善，進(jìn)而才可以實(shí)現(xiàn)大面積的普及，促使衛(wèi)星通信質(zhì)量和效率的提升。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，衛(wèi)星通信系統(tǒng)也在進(jìn)行不斷完善，因此針對(duì)衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)而言，必將迎來(lái)新的轉(zhuǎn)機(jī)和發(fā)展。雖然，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)行中勢(shì)必會(huì)因?yàn)槎喾N因素的干擾，而對(duì)傳輸信號(hào)和相關(guān)通道產(chǎn)生影響，但就當(dāng)前實(shí)際情況而言，這是不可避免的。

因此，相關(guān)部門和科研人員一定要加強(qiáng)針對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的研究和創(chuàng)新，為日后衛(wèi)星通信系的運(yùn)行以及信號(hào)傳輸提供一個(gè)更加健康、穩(wěn)定的環(huán)境。所以，在日后研究中，應(yīng)將研究的重點(diǎn)放在以下幾點(diǎn)上：首先，要根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況，加大對(duì)新技術(shù)、新理論的研究和引進(jìn)，加大對(duì)衛(wèi)星智能天線的開發(fā)以及利用程度，通過(guò)有效手段對(duì)其功能和效率進(jìn)行提升，同時(shí)針對(duì)通信天線的微反射弧和波瓣控制進(jìn)行重點(diǎn)研究，全面提升其傳輸速率。其次，結(jié)合當(dāng)前最新研發(fā)的數(shù)字處理設(shè)備和算法研究等，針對(duì)現(xiàn)階段衛(wèi)星通信系統(tǒng)中抗干擾技術(shù)的跳頻、擴(kuò)頻問(wèn)題進(jìn)行研究和改進(jìn)，提升系統(tǒng)適用性，保證衛(wèi)星系統(tǒng)即使在不同環(huán)境中也能正常工作。再次，加大對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾調(diào)制解調(diào)器的研究和開發(fā)力度，通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，全面提升其抗干擾的效率，保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及安全性。最后，加強(qiáng)對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中無(wú)線光通信技術(shù)的研究和應(yīng)用。因?yàn)樵摷夹g(shù)不僅傳輸速度快，頻譜資源豐富、具有較寬帶寬，抗干擾能力極強(qiáng)等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，而且能夠有效擴(kuò)大衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳輸頻率，提升其抗干擾的能力[6]。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著衛(wèi)星通信技術(shù)高速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)揮著重要作用。具體應(yīng)用過(guò)程中要想提高衛(wèi)星通信技術(shù)的有效性，需要加強(qiáng)通信技術(shù)的抗干擾性能?？紤]到衛(wèi)星運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性，需要有效應(yīng)對(duì)各類干擾，提高通信質(zhì)量與效率。希望通過(guò)文中論述，可以為類似研究提供借鑒。