GSO衛(wèi)星系統(tǒng)布設中的通信干擾評估方法

董蘇惠，姚秀娟，高翔，韓朝暉，閆毅，孫云龍

（1.中國科學院 國家空間科學中心，北京100190； 2.中國科學院大學，北京100049；3.中國人民解放軍31007部隊，北京100079）

據(jù)憂思科學家聯(lián)盟（Union of Concerned Scientists）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2019年9月30日，全球各類人造地球衛(wèi)星共計2 218顆，其中低軌衛(wèi)星1468顆，靜止軌道衛(wèi)星562顆，而中國擁有靜止和非靜止軌道衛(wèi)星總數(shù)為323顆，成為繼美國之后的第二大擁有在軌衛(wèi)星數(shù)量的國家。在360°的地球靜止軌道（Geostationary Satellite Orbit，GSO）上，平均不到1°就有一顆衛(wèi)星。例如，劃分給衛(wèi)星固定業(yè)務（Fixed-Satellite Service，F(xiàn)SS）的Ku頻段異常擁擠，受限使用已成為全球普遍的現(xiàn)象。頻率和軌道資源日趨緊張，尤其是GSO衛(wèi)星的資源競爭異常激烈，為衛(wèi)星系統(tǒng)間的干擾分析提出了更加嚴峻的挑戰(zhàn)。干擾分析方法及評估指標是多個系統(tǒng)間干擾分析的依據(jù)，如干擾噪聲比（Interference-to-Noise Ratio，INR）［1］、載波干擾比（Carrier-to-Interference Ratio，CIR）［2-3］、載波與干擾和噪 聲 比（Carrier-to-Interference and Noise Ratio，CINR）、等效噪聲溫度增量百分比（Percentage Increase in Equivalent Noise Temperature， PIENT）［4-6］等分析方法，國內(nèi)外在該方面開展了大量的研究工作。例如文獻［7］主要針對GSO衛(wèi)星所使用的不同天線方向圖對地面無線電中繼系統(tǒng)造成的干擾進行了研究。文獻［8］對降雨衰減統(tǒng)計數(shù)據(jù)與在同一頻帶內(nèi)工作的相鄰衛(wèi)星造成干擾的地空鏈路進行了研究。文獻［9］通過誤碼率性能分析了非對地靜止軌道對GSO的干擾效應，主要分析衛(wèi)星之間的角度對干擾的影響。文獻［10-14］利用上述干擾分析方法對特定鏈路場景下2顆臨近軌位衛(wèi)星實例進行了仿真研究和干擾分析，提高了空間軌位資源利用率。上述文獻所使用的分析方法對于理論計算具有一定的參考意義。本文利用國際電聯(lián)（International Telecommunication Union，ITU）公布的國際頻率信息通函（International Frequency Information Circular，IFIC）數(shù)據(jù)庫，主要針對GSO衛(wèi)星系統(tǒng)間同向鏈路的同頻干擾進行定量化分析研究，提出了一種可以針對全球不同布設場景來進行干擾評估和計算的數(shù)學模型，該模型綜合考慮了降雨、云霧、氣體吸收引起的衰減以及饋線和極化損耗等影響因素，在保證衛(wèi)星系統(tǒng)的可用度達到99.9%的情況下，明確了其最壞取值及干擾評估的條件和變化趨勢，并在多條鏈路的集總干擾場景中充分考慮了波束間業(yè)務需求的不均勻性，可以作為GSO衛(wèi)星系統(tǒng)間干擾評估和干擾規(guī)避的借鑒。

1 下行鏈路同頻干擾分析方法

1.1 下行鏈路同頻干擾場景構(gòu)建

本節(jié)旨在從定量化分析的角度來研究GSO衛(wèi)星系統(tǒng)地球站的分布對同向下行鏈路干擾分析結(jié)果的影響，在分析時構(gòu)建的下行鏈路同頻干擾場景如圖1所示。圖中：p′s0為干擾衛(wèi)星信號發(fā)射到受擾系統(tǒng)接收端的最大功率密度；g′1（θ1）為干擾衛(wèi)星天線在受擾地球站方向上的發(fā)射增益，θ1為干擾衛(wèi)星發(fā)射天線的離軸角；g2（θ2）為受擾地球站天線在干擾衛(wèi)星方向上的接收增益，θ2為受擾地球站接收天線的離軸角；lsi→e為干擾下行鏈路的傳輸損耗。

圖1 同向下行鏈路干擾場景Fig.1 Co-directional downlink interference scenario

1.2 下行鏈路最壞干擾分析

受擾及干擾GSO衛(wèi)星系統(tǒng)干擾場景所使用的波束及空口參數(shù)如表1所示，其中地球站天線方向圖主要參考ITU公布的建議書ITU-R S.580-6［15］或者ITU-R S.465-6［16］，GSO星 上 天 線 方 向圖參考建議書ITU-R S.672-4［17］。

在下行鏈路干擾分析場景中，本文主要考慮地球站在不同區(qū)域的分布對下行鏈路干擾噪聲比I/N（I為受擾系統(tǒng)接收到的干擾信號功率，W；N為受擾系統(tǒng)接收機的等效噪聲功率，W）的影響。在衛(wèi)星系統(tǒng)干擾場景的波束及空口參數(shù)確定的條件下，天線離軸角和衛(wèi)星-地球站的鏈路損耗是影響干擾分析的最重要因素，所以本文在初步選取干擾場景中所涉及的2顆GSO衛(wèi)星的位置時，把衛(wèi)星-地球站鏈路損耗這一重要參數(shù)作為選取依據(jù)。

圖2為參考建議書ITU-R P.1511-2提供的全球地形海拔高度圖［18］，在通信頻率為25 GHz，地球站仰角為90°的條件下，采用表1參數(shù)計算得到的赤道上空GSO衛(wèi)星-地球站鏈路損耗在180°W ～180°E上的分布情況，其中經(jīng)度為正值代表東經(jīng)，負值代表西經(jīng)，因在該場景下的自由空間損耗為常量，分析時主要考慮降雨、云霧、氣體吸收引起的衰減。

表1 GSO衛(wèi)星系統(tǒng)下行鏈路干擾場景波束及空口參數(shù)Table 1 Beam and air inter face parameters of GSOsatellite system downlink interference scenario

圖2 在赤道180°W ～180°E上降雨、云霧、氣體吸收引起的衰減分布Fig.2 Distribution of attenuation caused by rainfall，cloud，fog and atmospheric absorption at 180°W-180°E in the equator

由圖2可知，在37°E位置附近由于降雨、云霧、大氣等引起的多源總體損耗最小，最小值為8.90 dB，在該位置附近布設的GSO衛(wèi)星的波束覆蓋范圍內(nèi)，電波傳播模型對干擾分析結(jié)果的影響較為明顯，該位置可作為GSO衛(wèi)星布設中干擾分析的初選值。

1.3 干擾系統(tǒng)地球站分布對下行I/N計算的影響

對干擾系統(tǒng)地球站在不同區(qū)域分布情況下2顆GSO衛(wèi)星之間下行鏈路的I/N進行分析時，由于受擾地球站和干擾GSO衛(wèi)星的位置是固定不變的，因此不論干擾系統(tǒng)的地球站如何分布，干擾下行鏈路的傳輸損耗lsi→e都是一個固定值，如圖1所示。保持受擾系統(tǒng)衛(wèi)星（0°N，37°E）及其地球站（10.0°N，37°E）和干擾衛(wèi)星（0°N，34°E）的位置固定不變，在下行鏈路干擾分析中，采用建議書ITU-R P.1511-2提供的全球地形海拔高度圖中的數(shù)值作為高度參考值［18］，建立干擾系統(tǒng)地球站地理信息分布族，該分布族是一組獨立同分布的隨機變量的集合，記作W：=｛W1，W2，…，Wn｝，Wi=［xwi，ywi，zwi］T，i=1，2，…，n，xwi、ywi、zwi為在地球固連坐標系下對應于x、y、z軸的位置坐標值。下行鏈路的數(shù)學模型函數(shù)（I/N）d=f（w）具體為［19-20］

式中：p′s為干擾衛(wèi)星在（干擾鏈路）重疊頻帶內(nèi)的發(fā)射功率，W；Te為受擾地球站下行接收端的等效噪聲溫度，K；Wd為受擾系統(tǒng)下行鏈路的帶寬，Hz；k=1.38×10-23J/K為玻爾茲曼常數(shù)；Ls為自由空間損耗；Lf為饋線損耗；Lap為天線指向誤差損耗；Lp為極化損耗；Lr為降雨引起的衰減；Lc為云或霧引起的衰減；La為大氣吸收引起的衰減［18，21-28］。

又因為f（w）與ln f（w）在同一w處取得極值，所以f（w）的極大值點也可從式（5）求得。

圖3 干擾系統(tǒng)地球站在不同區(qū)域分布情況下的下行鏈路I/N變化曲面圖和等值線圖（未包括電波傳播損耗）Fig.3 Downlink I/N variation surface map and contour map of interference system earth station in different regions（excluding electromagnetic wave propagation loss）

由圖3（a）可知，當干擾系統(tǒng)地球站和受擾地球站間的緯度和經(jīng)度差值都為0°時，即干擾系統(tǒng)地球站與受擾地球站在同一位置時，下行鏈路干擾最大，I/N最大值為-2.850 dB；在南半球高緯度地區(qū)下行鏈路干擾最小，I/N最小值為-35.614 dB。

如圖3（b）所示，根據(jù)I/N的值，把干擾系統(tǒng)地球站的分布劃分為A～F區(qū)，當干擾系統(tǒng)地球站在D、E、F區(qū)布設時，I/N值變化相對緩慢，在C區(qū)布設時I/N值變化較快，在B區(qū)布設時I/N值不變，為-22.849 6 dB，在A區(qū)布設時，I/N值出現(xiàn)陡升現(xiàn)象，該場景下I/N值與干擾衛(wèi)星發(fā)射天線的離軸角θ1是二次函數(shù)的關系，即

1.4 受擾地球站分布對下行I／N計算的影響

保持受擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星（0°N，37°E）和干擾衛(wèi)星（0°N，34°E）的位置固定不變，同樣地，采用全球地形海拔高度圖給定的數(shù)值作為高度參考值［12］，建立受擾地球站信息分布族，該分布族也是一組獨立同分布的隨機變量的集合，記作V：=｛V1，V2，…，Vn｝，Vi=［xvi，yvi，zvi］T，i=1，2，…，n，xvi、yvi、zvi為在地球固連坐標系下對應于x、y、z軸的位置坐標。利用1.3節(jié)的結(jié)論，保持干擾和受擾系統(tǒng)的地球站在同一位置，對地球站在不同區(qū)域的分布情況進行進一步的干擾分析。對受擾地球站的分布而言，需要考慮的因素包括地球站仰角、海拔高度、當?shù)亟涤甑惹闆r。圖4為在不涉及電磁波傳播模型前提下，干擾地球站與受擾地球站重疊時2顆GSO衛(wèi)星之間下行鏈路干擾噪聲比I/N的分布曲面圖，坐標軸分別代表地球站和受擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星星下點間的緯度和經(jīng)度間隔。

圖4 地球站在不同區(qū)域分布情況下2顆GSO衛(wèi)星之間的下行鏈路I/N曲面圖（未包括電波傳播損耗）Fig.4 Downlink I/N distribution surface map between two GSO satellites when earth stations are distributed in different regions（excluding electromagnetic wave propagation loss）

由圖4可知，在不涉及電磁波傳播模型前提條件下，保持受擾地球站與干擾系統(tǒng)地球站在同一位置，地球站在不同區(qū)域的分布情況下對2顆GSO衛(wèi)星之間的干擾情況影響不大，I/N最大值和最小值之間只相差0.3823 dB，雖然地球站在干擾GSO衛(wèi)星星下點位置時干擾鏈路的空間損耗最小，但是在該情景下考慮到受擾地球站接收天線的增益g2是離軸角θ2的函數(shù)，對干擾鏈路計算結(jié)果的影響程度要略大于空間損耗產(chǎn)生的影響。事實上，實際場景遠比這復雜得多，因此，在選擇受擾地球站最壞干擾情況時，還需要在干擾鏈路中考慮無線電波傳播模型（雨衰、云霧和大氣氣體吸收）、指向損耗、極化損耗、饋線損耗和地球站仰角等情況。圖5為地球站在不同區(qū)域分布時與干擾GSO衛(wèi)星間仰角的情況。

由圖5可知，當?shù)厍蛘驹诟蓴_GSO衛(wèi)星的星下點位置時，地球站與干擾GSO衛(wèi)星間的仰角為90°，在實際干擾下行鏈路分析時，還需考慮GSO衛(wèi)星地球站的最小仰角，在一般工作條件下，根據(jù)ITU-R S.1503-3建議書提供的參考地球站最小仰角［29］為

根據(jù)式（9），可以初步排除仰角不符合條件的地球站分布，這樣可以簡化接下來要分析的模型。

圖6（a）為在考慮電磁波傳播模型前提下，干擾系統(tǒng)地球站與受擾地球站在同一位置時，地球站在不同區(qū)域分布情況下2顆GSO衛(wèi)星之間下行鏈路的I/N分布曲面圖，圖6（b）為圖6（a）對應的等值線圖，它反映了地球站在不同經(jīng)緯度對I/N數(shù)值和變化率的影響，坐標軸分別代表地球站和受擾GSO衛(wèi)星星下點間的緯度和經(jīng)度間隔。

如圖6（b）所示，當?shù)厍蛘驹贏和B區(qū)域布設時，干擾最大，其中最大值出現(xiàn)在與受擾系統(tǒng)衛(wèi)星星下點緯度差值為23°，經(jīng)度差值為-11°的位置，即當?shù)厍蛘疚恢脼椋?3°N，26°E）時，I/N最大值為-3.4374 dB。此外在B區(qū)域的（35°N，79°E）位置，I/N值也較大，為-3.528 5 dB。

圖5 地球站在不同區(qū)域分布時與干擾GSO衛(wèi)星間的仰角情況Fig.5 Elevation angle between earth stations and interfering GSO satellite when earth stations are distributed in different regions

因為下行鏈路干擾分析結(jié)果不僅取決于地球站當?shù)氐沫h(huán)境，還取決于天線離軸角。為了權衡天線離軸角和衛(wèi)星系統(tǒng)間鏈路損耗的綜合影響，可基于上述計算結(jié)果，在（23°N，26°E）位置布設干擾和受擾地球站，分析在不同離軸角θ2下的下行鏈路的最壞干擾情況。圖7為受擾GSO衛(wèi)星在不同軌位，干擾GSO衛(wèi)星始終與受擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星保持3°的軌位間隔條件下的下行鏈路最壞干擾分布情況。

由圖7可知，當受擾衛(wèi)星位于47°E位置時，此時I/N值最大，最大值為-3.4320 dB，與在37°E分析時的結(jié)果相差0.0054 d B，可作為干擾計算分析的精選值。

圖6 地球站在不同區(qū)域分布情況下2顆GSO衛(wèi)星之間的下行鏈路I/N曲面圖和等值線圖Fig.6 Downlink I/N surface map and contour map between two GSO satellites with earth stations in different regions

圖7 在（23°N，26°E）布設地球站，受擾GSO衛(wèi)星在不同軌位時的下行鏈路最壞干擾分布情況Fig.7 The worst interference distribution of downlink interfered GSO satellite at different orbital positions with earth stations deployed at（23°N，26°E）

2 上行鏈路同頻干擾分析方法

2.1 上行鏈路同頻干擾場景構(gòu)建

對于上行干擾場景而言，本節(jié)為了便于描述，在干擾分析時構(gòu)建的上行干擾場景如圖8所示。圖中：g′3（θ3）為干擾地球站天線在受擾衛(wèi)星方向上的發(fā)射增益，θ3為干擾地球站發(fā)射天線的離軸角；g4（θ4）為受擾衛(wèi)星天線在干擾地球站方向上的接收增益，θ4為受擾衛(wèi)星接收天線的離軸角；lei→s為干擾上行鏈路的傳輸損耗。

圖8 同向上行鏈路干擾場景Fig.8 Co-directional uplink interference scenario

2.2 上行鏈路最壞干擾分析

在本節(jié)分析過程中，受擾及干擾GSO衛(wèi)星系統(tǒng)上行干擾場景所使用的波束及空口參數(shù)如表2所示，其中地球站天線方向圖參考ITU公布的建議書ITU-R S.580-6［15］或者ITU-R S.465-6［16］，星上天線方向圖參考建議書ITU-R S.672-4［17］。

利用第1節(jié)的結(jié)論，受擾及干擾系統(tǒng)地球站在（23°N，26°E）位置附近進行選址，重點分析GSO衛(wèi)星的分布對同向上行鏈路I/N值的影響。

表2 GSO衛(wèi)星系統(tǒng)上行鏈路干擾場景波束及空口參數(shù)Table 2 Beam and air inter face parameters of GSO satellite system uplink interference scenario

2.3 干擾系統(tǒng)衛(wèi)星分布對上行I／N計算的影響

分析干擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星在不同軌位分布情況下2個地球站之間上行鏈路的I/N，與下行鏈路分析方法類似，因為受擾GSO衛(wèi)星和干擾地球站的位置是固定不變的，因此不論干擾系統(tǒng)的GSO衛(wèi)星如何分布，干擾鏈路的傳輸損耗都是一個常量。保持受擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星（0.1°N，47°E）及其地球站（23°N，29°E）和干擾地球站（23°N，26°E）的位置固定不變，建立干擾系統(tǒng)GSO軌位信息分布族，該分布族是一組獨立同分布的隨機變量的集合，記作Q：=｛Q1，Q2，…，Qn｝，Qi=［xqi，yqi，zqi］T，i=1，2，…，n，xqi、yqi、zqi為地球固連坐標系下對應于x、y、z軸的位置坐標。上行鏈路的數(shù)學模型函數(shù)（I/N）u=g（q）具體為［13］

當θ3=0時，g′3（θ3）取得最大值，即為干擾地球站天線峰值發(fā)射增益，此時（I/N）u值最大。

圖9 干擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星在不同軌位下2個地球站之間上行鏈路的I/N變化曲面圖（未包括電波傳播損耗）Fig.9 Uplink I/N variation surface map between two earth stations of interference system GSO satellite at different orbital positions（excluding electromagnetic wave propagation loss）

在干擾地球站發(fā)射天線的離軸角0.13°＜θ3＜19.95°時，（I/N）u與離軸角θ3的對應關系為

2.4 受擾衛(wèi)星分布對上行I／N計算的影響

分析受擾GSO衛(wèi)星在不同軌位分布情況下2個地球站之間上行鏈路的I/N變化情況，保持受擾衛(wèi)星系統(tǒng)地球站（23°N，29°E）和干擾地球站（23°N，26°E）的位置固定不變，建立受擾系統(tǒng)GSO軌位信息分布族，該分布族是一組獨立同分布的隨機變量的集合，記作P：=｛P1，P2，…，Pn｝，Pi=［xpi，ypi，zpi］T，i=1，2，…，n，xpi、ypi、zpi為在地球固連坐標系下對應于x、y、z軸的位置坐標。

圖10為在考慮電磁波傳播模型前提下，利用2.3節(jié)的結(jié)論，使干擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星與受擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星保持同一軌位，分析GSO衛(wèi)星在不同軌位下2個地球站之間上行鏈路的I/N情況。坐標原點代表赤道上空與受擾系統(tǒng)地球站保持同一經(jīng)度的GSO軌位，坐標軸分別代表與坐標原點之間的軌道傾角間隔和經(jīng)度差。

由圖10可知，在考慮電磁波傳播模型前提下，GSO衛(wèi)星在不同軌位分布情況下2個地球站之間上行鏈路的干擾噪聲比I/N最大值和最小值之間相差1.869 4 dB左右，當受擾和干擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星與干擾地球站經(jīng)度相同時干擾最大，且同一經(jīng)度GSO衛(wèi)星軌道傾角越大，干擾越大。圖11分析了GSO衛(wèi)星在22°E、24°E、26°E、28°E、30°E時，I/N隨軌道傾角的變化情況。

如圖11所示，I/N隨軌道傾角的變化幅度不大，同一經(jīng)度上0°軌位傾角和1°軌位傾角間也只相差0.016 5 dB。

圖10 GSO衛(wèi)星在不同軌位下2個地球站之間上行鏈路的I/N變化曲面圖Fig.10 Uplink I/N variation surface map between two earth stations of GSO satellites at different orbital positions

圖11 GSO衛(wèi)星在22°E、24°E、26°E、28°E、30°E時，I/N隨軌道傾角的變化曲線Fig.11 Change of I/N with orbital inclination angle of GSO satellite at 22°E，24°E，26°E，28°E and 30°E

3 多波束衛(wèi)星系統(tǒng)間干擾分析方法

考慮多波束GSO衛(wèi)星系統(tǒng)間的集總干擾場景，如圖12所示，干擾系統(tǒng)衛(wèi)星S′的點波束數(shù)量為m；第i個波束分配到的功率為pi；波束業(yè)務需求量為Ti；獲得的實際信道容量為Ci。

本節(jié)在GSO衛(wèi)星系統(tǒng)的多個波束之間采用SDMA接入方式，并在該方式的基礎上，在波束間采用四色劃分的FDMA的多址方式，如圖13所示。圖中：fi為頻率，i=1，2，3，4。

至此，或可理解為何林蒼曉老師明知沒有先例可循仍屢屢逼迫自己絕境求生，為何創(chuàng)作團隊明知難以甚至不可能像之前的作品那樣討得大部分觀眾的喝彩，卻依然要投入更多的心血去把這部作品重新般上舞臺。

圖12 多波束GSO衛(wèi)星系統(tǒng)間的集總干擾場景Fig.12 Integrated interference scenario between multi-beam GSO satellite systems

圖13 四色劃分方案Fig.13 Four-color division scheme

那么受擾GSO衛(wèi)星系統(tǒng)S接收機接收的集總I/N為式中：Nt為干擾衛(wèi)星系統(tǒng)S′的發(fā)射機總數(shù)；Mi為干擾衛(wèi)星系統(tǒng)S′中第i個發(fā)射機的干擾建鏈總數(shù)；N為受擾衛(wèi)星系統(tǒng)接收機的等效噪聲；（I/N）i，j為干擾衛(wèi)星系統(tǒng)S′第i個發(fā)射機建立的第j條干擾鏈路上的干擾噪聲比。

受擾衛(wèi)星位于47°E軌位，下行鏈路所使用的波束及空口參數(shù)參考1.2節(jié)，干擾系統(tǒng)總功率值為30 dBW，總帶寬值為125 MHz?？紤]到波束間業(yè)務需求的不均勻性，假設干擾系統(tǒng)中的第i個波束的業(yè)務需求量為80+10（i-1）Mbit/s，采用與受擾系統(tǒng)相同的波束功率分配算法。分析干擾衛(wèi)星與受擾衛(wèi)星間隔1°、2°、3°軌位時，在一致功率分配［30-31］、按波束業(yè)務需求量公平性功率分配［32］以及基于雨衰補償?shù)亩嗖ㄊβ史峙洌?3-25，33］3種算法下的集總干擾情況，如圖14所示。

圖14中，按波束業(yè)務需求量公平性分配波束功率相較于其他2種分配方案計算得到的集總干擾I/N值更小。

圖14 3種功率分配方案下的多波束衛(wèi)星系統(tǒng)間的集總干擾Fig.14 Integrated interference between multi-beam satellite systems with three power allocation schemes

4 同向鏈路典型分析場景

4.1 同向下行鏈路干擾場景

結(jié)合第1節(jié)分析結(jié)果，參考ITU公布的IFIC數(shù)據(jù)庫，對下行鏈路干擾場景進行分析，干擾場景評估用例中下行數(shù)傳參數(shù)如表3所示。

在（23°N，26°E）位置布設干擾系統(tǒng)和受擾系統(tǒng)的地球站，在47°E GSO布設受擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星，波束及空口參數(shù)參考表3?？梢缘玫较滦墟溌犯蓴_GSO衛(wèi)星與受擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星在不同軌位間隔下干擾噪聲比I/N、載波噪聲比C/N（C為受擾系統(tǒng)接收到的載波信號功率，W）、載波干擾比C/I、載波噪聲干擾比C/（I+N）的變化曲線，如圖15所示。

表3 干擾場景評估用例下行數(shù)傳參數(shù)Table 3 Downlink transmission parameters of interference scenario evaluation example

圖15 下行鏈路干擾GSO衛(wèi)星與受擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星在不同軌位間隔下I/N、C/N、C/I、C/（I+N）的曲線Fig.15 Curves of I/N，C/N，C/I，C/（I+N）at different orbital intervals between downlink interfering GSO satellites and interfered GSO satellites

在圖15中，當衛(wèi)星軌位間隔為2°時，干擾噪聲比I/N為-12.29 dB，當I/N=-12.2 dB時，軌位間隔約為1.95°，該值與ITU建議書中規(guī)定的-12.2 dB的限值之間的誤差為0.7%，可作為2個GSO衛(wèi)星系統(tǒng)間干擾評估和規(guī)避的參考。

4.2 同向上行鏈路干擾場景

結(jié)合第2節(jié)分析結(jié)果，參考ITU公布的IFIC數(shù)據(jù)庫，對上行鏈路干擾場景進行分析，干擾場景評估用例上行數(shù)傳參數(shù)如表4所示。

表4 干擾場景評估用例上行數(shù)傳參數(shù)Table 4 Uplink transmission parameters of interference scenario evaluation example

在（23°N，26°E）位置布設干擾系統(tǒng)和受擾系統(tǒng)的地球站，在26°E GSO布設受擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星，波束及空口參數(shù)參考表4。圖16為分析上行鏈路干擾GSO衛(wèi)星與受擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星在不同軌位間隔下干擾噪聲比I/N、載波噪聲比C/N、載波干擾比C/I、載波噪聲干擾比C/（I+N）的變化曲線。

圖16中，當衛(wèi)星軌位間隔為2°時，干擾噪聲比I/N值為-12.2 dB，這與ITU建議的衛(wèi)星軌位間隔小于2°時需要協(xié)調(diào)相符合?？梢酝ㄟ^調(diào)整天線口徑及波束寬度、降低發(fā)射功率密度、采用新的信號處理等方式降低衛(wèi)星系統(tǒng)間的同道干擾。

在軌道傾角為0°，經(jīng)度為26°E的軌位布設干擾系統(tǒng)和受擾系統(tǒng)的GSO衛(wèi)星，在（23°N，26°E）布設受擾系統(tǒng)地球站，波束及空口參數(shù)參考表4?？梢杂嬎愠錾闲墟溌犯蓴_地球站在與受擾系統(tǒng)地球站在不同經(jīng)緯度間隔下I/N的變化曲線，如圖17所示，坐標軸分別表示與受擾系統(tǒng)地球站的經(jīng)緯度差值。

圖16 上行鏈路干擾GSO衛(wèi)星與受擾系統(tǒng)GSO衛(wèi)星在不同軌位間隔下I/N、C/N、C/I、C/（I+N）的曲線Fig.16 Curves of I/N，C/N，C/I，C/（I+N）at different orbital intervals between uplink interference GSO satellites and interfered systems GSO satellites

圖17 上行鏈路干擾地球站與受擾系統(tǒng)地球站在不同經(jīng)緯度間隔下I/N的曲線Fig.17 Curves of I/N with uplink interfering earth station and interfered systems earth station at different latitude and longitude intervals

由圖17可知，可以得出當2顆GSO衛(wèi)星軌位幾乎重合時，僅采用小幅度調(diào)整地球站位置的方式很難規(guī)避衛(wèi)星系統(tǒng)間的干擾。

5 反向鏈路典型分析場景

在本節(jié)中只討論受擾系統(tǒng)為上行鏈路，干擾系統(tǒng)為下行鏈路的情況，構(gòu)建的干擾場景如圖18所示，lsi→s為星間通信鏈路的傳輸損耗。

選取表4受擾系統(tǒng)上行參數(shù)和表3干擾系統(tǒng)下行參數(shù)來進行反向上行鏈路分析。在（23°N，26°E）布設受擾系統(tǒng)地球站，干擾系統(tǒng)地球站與其重疊，受擾GSO衛(wèi)星軌位為26°E的地球靜止軌道，分析干擾GSO衛(wèi)星與受擾GSO衛(wèi)星在不同軌位間隔下干擾噪聲比I/N、載波噪聲比C/N、載波干擾比C/I、載波噪聲干擾比C/（I+N）的變化曲線，如圖19所示。

在反向鏈路干擾分析中，即使來自軌位間隔為2°的衛(wèi)星對受擾系統(tǒng)的影響也未超過-20 d B。

圖18 反向上行鏈路干擾場景Fig.18 Reverse uplink interference scenario

圖19 反向鏈路干擾GSO衛(wèi)星與受擾GSO衛(wèi)星在不同軌位間隔下I/N、C/N、C/I、C/（I+N）的變化曲線Fig.19 Curves of reverse link I/N，C/N，C/I，C/（I+N）with interfering GSO satellite and interfered GSO satellite at different orbital intervals

6 結(jié) 論

為了解決GSO衛(wèi)星系統(tǒng)間在衛(wèi)星和地球站布設中的同頻干擾評估問題，基于不同布設場景下衛(wèi)星系統(tǒng)間的干擾分布情況，構(gòu)建了對應的干擾評估和分析計算的模型。

1）提出了一種基于干擾函數(shù)極值的評估方法，并結(jié)合ITU提供的全球地形數(shù)據(jù)、天線波束參數(shù)、電磁波傳播模型，定量化計算了衛(wèi)星軌位和地球站布設對干擾評估的影響情況，明確了其對應的最壞取值及干擾評估的條件和變化趨勢。

2）分析了一致功率分配、按波束業(yè)務需求量公平性功率分配以及基于雨衰補償?shù)亩嗖ㄊβ史峙?種算法對多條鏈路集總干擾的影響，在相同的波束條件下，按波束業(yè)務需求量公平性分配波束功率相較于其他2種分配方案計算得到的集總I/N值更小。

3）計算結(jié)果與ITU建議書中規(guī)定的限值之間的誤差為0.7%（2°軌位間隔），證明了該方法的可行性與有效性，可作為2個GSO衛(wèi)星系統(tǒng)間干擾評估和規(guī)避措施制定的參考。