一种卫星通信地球站收发通道干扰预测方法
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摘要：针对卫星通信地球站收发通道干扰问题，预测和分析了收发通道干扰产生的原因和影响因素。并给出一种发射通道杂波、谐波和接收通道互调干扰的测试方法。
关键词：卫星通信;通道干扰;互调
中图分类号：TN927 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）11-0023-02
0 引言
移动卫星通信是在微波通信和空间技术基础上，运用多种通信理论和技术发展起来的通信方式。具有传输距离远、覆盖面广、通信频带等优点，广泛应用于军民两用。但卫星通信受自身特显限值和环境影响，不可避免存在各种干扰。
1 干扰分类
卫星通信系统中的通信设备，如地面站，舰载站和机载站，通称地球站。地球站工作中面临的干扰有地面干扰、空间干扰、自然干扰。其中地面干扰可分成三种。
（1）电磁干扰。电磁噪声发生设备，如调频广播基站，无线电视塔，雷达和微波设备工作信号可以通过空间耦合至地球站的上、下行通道链路引起干扰。（2）杂波干扰。地球站发射通道杂散、谐波指标不合格时，或发射机工作在非线性，引起的干扰。（3）互调干扰。同一区域内的多个地球站，在同频段载波工作状态。由于卫星转发器容量不足，不能自适应调整，产生三阶等高阶互调信号，导致地球站下行时互调干扰。
2 干扰预测分析
地球站間相互干扰情况，可能量耦合关系分析出发，需要考虑收发天线产生的能量耦合，还有站型自身结构、线缆、处理模块产生的能量耦合。分析、评估地球站间干扰情况时，分解的天线辐射端口、敏感端口数量越多，耦合层次就会更复杂。
在含有多个地球站系统的电磁兼容性分析预测中，影响地球站收发通道通信干扰的因素包括接收机、发射机的特性，以及互连端口和连接线的性能。收发前端的非线性，带外特性等，均会影响设备存在的电磁兼容性问题。经过简化，影响发射机到接收机之间隔离的因素如图1所示。
电磁干扰设计指标包括了频率资源分配，电磁环境，发射机性能（工作频段、功率、谐波抑制），接收机性能（接收频段、灵敏度、带外抑制），天线布局性能（方向图、极化方式、隔离度）。同时需加强地球站电磁频谱管理工作，有关部门需做好载波检测工作。规划和调整电磁频谱的使用，使各地球站能够正常执行任务，既不产生超荷的发射信号，也不受其他地球站的干扰损害。
3 通道干扰测试
本节以Ku频段工作的地球站为例，来论述通道干扰预测方法的过程。
3.1 发射通道干扰测试
假设地球站发射通道频带（fa，fc），中心频率fb。如图2所示，信号源产生中频激励信号，连接发射通道，混频器起上变频作用，通过衰减器与频谱仪连接。发送单载波，发射机输出功率为1dB压缩点输出功率。
频谱仪起始频率为10GHz（波导截至频率），终止频率设为40GHz，RBW≤10kHz，VBW≤10kHz，此时载波电平和谐波电平均呈现在显示屏上。单载波频率分别设置在fa、fb和fc3个点，测得3组数据。
对于0.95fa～1.05fc频段范围，仅考核杂散电平;对于0.95fa～1.05fc带外，观测载波发射频率的谐波电平大小，一般规定谐波电平不大于-20dBm，除谐波外，频谱图呈现的均为乱真发射信号，应低于基波电平80dB。
通过上述测试地球站发射通道频谱，得到发射通道杂散，谐波和带外的乱真信号电平。根据测得数据，结合标准和研制需要，可判断发射通道干扰是否存在。
3.2 接收通道干扰测试
假设地球站接收通道频带（fa，fc），中心频率fb。如图3所示，信号源1和信号源2用于产生调制信号，连接接收通道，混频器起下变频作用，与频谱分析仪连接。
测试步骤如下：
（1）设置信号源2的输出电平off，将信号源1调谐至中心频率fb，调节其输出电平，使接收通道产生标准参考输出电平A0（混频器输出最小响应电平10dB），频谱分析仪可读取。记录信号源1的输出电平A10。使信号源1的输出为off，对信号源2重复上述，记录其输出电平A20。
（2）设置信号源2的输出电平off，信号源1频率为fb，调节其输出电平，等于产品研发要求规定的接收通道最大入口限值电平与1）所得电平A10之和，保持此输出电平不变，逐渐提高信号源1的频率，直到产品接收通道没有响应为止，记录该频率f1，并使信号源1保持在f1，f1=fb+Δf。
（3）将信号源2的频率调至f2=fb+2Δf，信号源1的频率为f1，然后使信号源1和信号源2的输出电平分别调至产品研发要求规定的最大入口限值电平与A10，A20之和，由于f1和f2会产生fb=2f1-f2，fb为接收通道工作频率，即互调产物。
（4）若接收通道无明显响应，则逐步增加两台信号源的输出电平，直到产品接收通道出现响应为止，保持该输出电平不变，对信号源2的频率进行微调，使得响应最大，记录信号源2的频率。等量降低两台信号源输出电平，直到接收通道产生标准参考输出电平A0为止，记录两台信号源的输出电平V1、V2。可得 3阶互调产物，3阶互调抑制电平为S3=V1-V10。
（5）为观察n阶互调产物，可在步骤4）中，从f2开始逐渐增加信号源2的频率，保持恒定输出电平，直到18GHz，同时观察互调产物。一般情况下，Ku频段卫星通信接收通道，3阶最最大互调产物。
（6）将信号源1和信号源2的频率分别调节到f10=fb-Δf和f20=fb-2Δf，重复上述步骤1）～4），为观察其他阶互调产物，降低信号源2信号源1的频率并保持恒定电平直至1GHz。
对具有前端混频和滤波接收机的地球站，考虑到电磁环境影响，可以在屏蔽暗室内进行。通过上述方法测试，可获得接收通道互调抑制电平。三阶互调产物是最普遍观察到的重要响应，根据测得数据，结合标准和研制需要，可预测和判断接收通道干扰是否存在，以便于在卫星通信中频谱管理。
4 结语
卫星通信地球站研制费用较大，周期较长，在前期能够预测和分析收发通道的干扰类型，并通过相应仪器测量通道的杂散、谐波和互调信号。对于后期站型设计和频率分配管理起到指导作用，以期规避干扰的产生，保证各站型能够正常的执行任务。
参考文献
[1] 苏东林.系统级电磁兼容性量化设计理论与方法[M].北京：国防工业出版社，2015.
[2] 夏克文，甘仲民.卫星通信[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.
[3] GJB 151B-2013，军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求和测量[S].2013.
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