星地一体化通信系统ATN终端卫星上行同频干扰

成克伟，王五兔

（中国空间技术研究院西安分院，陕西西安710000）

星地一体化通信系统ATN终端卫星上行同频干扰

成克伟，王五兔

（中国空间技术研究院西安分院，陕西西安710000）

星地一体化通信系统，是由基于多波束的卫星网络与地面辅助网络组成，它们共用一段频率。辅助地面网络的目的在于提高卫星波束在高密度人口区域的覆盖性能，这些区域中，卫星通信由于高楼而受到信号阴影衰减，地面ATC网络使用卫星频段，将会引起星地一体化系统内SBN与ATC相互干扰。为了分析更加准确的分析系统内同频干扰，在禁区和卫星波束频率复用的条件下，建立干扰源位置分布模型，并分析了ATN终端对卫星上行的同频干扰。关键词：星地一体化通信系统；同频干扰；频率复用；辅助地面网络

自美国9.11事件和卡特里娜飓风之后，研究人员开始关注如何在突发事件中保障有效通讯，由此提出了星地一体化卫星通信系统。该系统有诸多优点，比如：1）保障由于突发事件中有效通信服务；2）增强高密度城市或偏远地区信号强度，3）采用地基波束形成技术为卫星“减负”；4）适用于任何通信体制；5）能有效促进星地网络运营商统一。为提高系统容量和频谱效率，使地面网络与卫星网络共享一段频率，而此两种网络又分别采用频率复用技术。这种频率方案不可避免的带来了系统内同频干扰，本文从禁区与卫星频率复用的角度，分析辅助地面网络终端对卫星网络的同频干扰。

1　系统干扰途径

星地一体化卫星通信系统由基于多波束空间卫星网络SBN（Sate11ite Based Network）和辅助地面网络ATN（Anci11ary Terrestria1 Network），空间卫星网络SBN由卫星与卫星网关站组成；辅助地面网络ATN由各种协议的基站、基站控制单元、网络动态控制单元组成［1_2］。

地面移动用户工作在卫星服务和移动通信服务双模下，在这两种模式下使用相同的一段频率，所以不可避免的发生干扰。其中最为重要的一种同频干扰为，来自ATN终端对SBN终端的干扰，如图1所示。

图1　ATN终端对SBN终端干扰

2　干扰源位置

在星地一体化通信系统中，来自ATN的干扰源所处位置与系统规定的禁区和卫星波束的频率复用次数有关系。禁区（EZ）规定为ATN终端在禁区内不得使用SBN波束的频率。干扰源的位置如图2所示。

在上图中，最内圈为频率F1的卫星波束，其波束宽度为3 dB，与其相邻的外圆（包括3 dB波束）为禁区，最外圈6个圆为距离F1最近的同频波束，中间黑色区域规定为来自ATN干扰源的位置。

图2　来自ATN干扰源的位置

3　禁区与同频干扰的关系

假设卫星轨道高度为，同频波束构成的圆半径为D，在波束宽度为1°（3 dB对应0.5085°），载波中心频率为1.8 GHz时，黑色同心圆内圈为禁区宽度（θEZ）所对应角度，那么黑色同心圆外边缘所对应的角度θedge为：

表1　不同禁区时干扰源位置

由上表分析，外圈角度越来越小，这是因为禁区越大，同心圆内外圈被禁区“挤压”的结果。

当干扰源信号均值服从对数正态分布，其均值为_40 dBm，标准差为4时，为只反应禁区宽度对同频干扰的影响，使频率复用因子固定值，也使干扰源所在同心圆上均匀分布，即以0.1°为单位计算wi1kinson干扰均值（考虑了波束角度的波束增益），再将整个角度区间内再用wi1kinson等效为单一干扰源。MATLAB计算结果如图3所示。

4　卫星波束频率复用与同频干扰的关系

当禁区宽度一样，取EZ=_5 dB，而卫星多波束的频率复用因子K=3，4，7和9时，在不同干扰源数目下的同频干扰如下计算。

如上节参数一样，载波中心频率为1.8 GHz，点波束3 dB宽度为1°，当禁区取EZ=_5时，干扰源所在同心源内边界的波束宽度固定不变，为0.642 9，其外边界圆的所对应的波束宽度随着频率复用因子改变而改变。

图3　禁区与同频干扰的关系

其不同K值时，外边界θedge计算如下：

首先计算不同K时，同频波束中心点练成六边形外接圆的半径D为：

其中，R为卫星3 dB波束在地面投影圆波束的半径，其大小为R=h tan（θ3dB）。

则立体几何关系得到：

其中，θEZ为禁区宽度。由上述关系式计算得：

表2　不同卫星频率复用因子干扰源位置

由图3可知，此时内圈宽度不变，外圈随着频率复用因子变大而变大。当干扰源信号均值服从对数正态分布，其均值为_40 dBm，标准差为4时，假定干扰源均匀分布在同心圆上干扰源所在同心圆上均匀分布，即以0.1°为单位计算wi1kinson等效干扰源（考虑了波束角度的波束增益），再将整个角度区间内再用wi1kinson等效为单一干扰源。MATLAB计算结果如图4所示。

图4　卫星波束频率复用与同频干扰关系

5　结束语

在星地一体化移动通信系统中，系统内的同频干扰问题严重影响系统的性能，尤其三地面网络终端用户对卫星上行链路的同频干扰。本文分析了系统禁区的大小和卫星频率复用因子对干扰源位置的影响，在干扰源信号满足对数正态分布的情况下，利用wi1kinson方法将大量干扰源等效为单一干扰源。从结果来看，禁区越大和卫星频率复用次数越大，将有助于减小系统内同频干扰。

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Analysls of lnterferences from ATN termlnals to uPllnk satelllte users ln lntegrated satelllte and terrestrlal systems

CHENG Ke_wei，WANG Wu_tu
（CAST_Xi'an Institute of Space Radio Technology，Xi'an 710000，China）

The term“integrated system”refers to a system composed of a mu1tibeam Sate11ite Based Network and a Anci11ary Terrestria1 Network that reuses the same frequency band than sate11ite's ones.The terrestria1 component aims at improving the sate11ite coverage in high1y popu1ated areas where sate11ite communications often suffer form a high b1ocking factor caused by the bui1dings，the ground ATN works in the sate11ite frequency，it wi11 cause mutua1 interferences of sate11ite_terrestria1 integrated system.In order to ana1yze more accurate1y the interferences of integrated system，under the condition of different exc1usion zone（EZ）and sate11ite frequency reuse pattern（SFRP），the 1ocation of interference sources is bui1ded.This paper then precent the interference with up1ink sate11ite users from ATN terrestria1 users.

integrated sate11ite and terrestria1 systemsjco_frequencyjinterference jSBNjATC

TN927+.2

A

1674_6236（2016）10_0142_02

2015_05_30稿件编号：201505260

成克伟（1987—），男，甘肃兰州人，硕士研究生。研究方向：航天器天线技术。