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卫星通信抗干扰体制及关键技术探讨

浏览301次时间：2014年8月09日 15:47

文/章学辉

随着信息化时代的到来，作为一种高效信息传输方式——卫星通信，受到社会各界的广泛关注。微信通信容量大、覆盖面广、不受地理空间限制，成为国内与国际通讯中必不可少的重要方式。接下来，本文将结合笔者多年相关工作经验，详细论述卫星通信抗干扰体制及关键技术。

摘要

【关键词】卫星通信抗干扰体制关键技术

由于卫生公开在空间轨道上暴露，在复杂的电磁环境中生存，其自身面临着多方面威胁，很容易受到敌方的干扰、窃听甚至摧毁。一旦卫星这个关键节点出现故障，就会造成整个通讯网络瘫痪。因此，加强卫星通信抗干扰体制及关键技术的研究，成为摆在我们面前的重要研究课题。

1 卫星通信发展现状

随着科学技术突飞猛进的发展，给卫星通信带来了前所未有的发展机遇，大大推动了卫星通信技术的发展，主要表现在以下几个方面：第一，采用数字化、智能化通信技术，比如说，压缩与处理数据编码等等。第二，研制多波束以及点波束卫星天线，大大提高军事卫星的通信吸引力。第三，多址方式，使得卫星通信技术与未来发展技术更加吻合。第四，星上处理技术，使得卫星通信自身发生质的变化。第五，交换体制与传输体制的发展，大大提高了卫星通信向综合业务过渡的可能性。第六，小型化、轻型化与智能化等技术的发展，有效解决了动中通等问题。第七，对于卫星通信频段与通信体制的研究，大大提高了卫星通信活力。卫星通信技术的大力发展，进一步提高了卫星通信的组网技术、系统容量与业务品质。

2 简要论述卫星通信抗干扰问题

现阶段，卫生通信抗干扰体制从整体上来说还不完善，但是，在抗干扰技术的研究上取得了显著成效，部分独立的抗扰扰技术得到深入研究。比如说，调制解调技术，SMARTAGC 技术，干扰自适应抵消技术，扩频通信抗干扰技术，猝发抗干扰技术等等。可以说，这些技术都是由地面网技术发展起来的，最终成功应用到卫星通信方面。是新器件、新技术在卫星通信中的具体应用，进一步提高了卫星抗干扰能力。不可避免的，上述技术自身存在一定问题，特别是在未来高科技竞争中，将不能有效发挥卫星通信的主导作用。要想从根本上解决这一问题，必须加强卫星抗干扰技术与抗干扰体制两方面的研究。

3 卫星通信抗干扰体制

研究卫星通信抗干扰体制，必须要找到与卫星通信特点相吻合、抗干扰能力强、能有效抵御各种人为干扰的抗干扰新技术。站在通信电子角度分析，卫星抗干扰主要由跟踪瞄准干扰、宽带强功率干扰以及同频窄带干扰等技术。针对卫星通信来说，笔者认为要想实施干扰，必须在上行链路进行，综合考虑抗干扰效果、经济因素以及技术因素，侦查、测位与跟踪上行卫星信号，进而实施信号干扰，这成为了未来卫星通讯最有效、最常用的对抗通信方式。所以说，应以此为出发点，进一步研究论证卫星抗干扰通信体制，从而取得事半功倍的效果。站在技术角度分析，扩展频谱通信成为了现阶段最有效、最常用的认为干扰方式，主要包括直接扩谱通信，跳频通信以及两者之间的有效组合。在地面网中，这种技术已经比较完善，这种技术势必将会成为未来卫星抗干扰体制的主要技术。要想将这种技术成功移植到卫星通信中去，还需要进一步进行理论研究与技术研究。与此同时，有效的网管网控技术以及科学合理的组网方式，能够进一步促进卫星抗干扰技术的发展。相对于地面网络来说，要想真正实现卫星通信抗干扰体系，还需要深入研究多种技术问题。比如说，选择扩频码、设计跳频图案、与现有卫星网络的兼容问题、研究软件化、数字化终端等问题。必须经过全面、系统的真如研究与论证，笔者提出以下抗干扰通信体制：第一，以扩谱技术作为主要应用技术，另外，辅助于天线调零技术、SMARTAGC 技术等抗拒强干扰技术，使得整体系统的抗干扰能力达到55dB。第二，采用扩谱信号作为上行信号，采用TDM 信号作为下行信号，在简化终端设备的同时，促使抗干扰系统技术更容易完成。第三，地面站完成信号扩频全过程，星上处理转发器负责完成解扩过程，所以说，需要进一步加强星地一体化的研究与设计。第四，在70 赫兹或140 赫兹中频进行信号扩谱与信号解扩。选择36 赫兹或72 赫兹宽的转发器，可以充分利用现有器件与技术。第五，现阶段能够对8-16路信号同时进行研究与分析，每路信号速率可设置为4.8kbit/s，,9.6 kbit/s、14.4kbit/s、19.2kbit/s，可随机占用信道也可按申请分配信道。第六，在选择频段上，需要考虑向EHF 段发展。

4 卫星通信抗干扰技术分析

本文分析的抗干扰体制是基于下图实现的，具体情况见图1：这一体制的关键技术为星上解扩技术与上行信号扩谱技术，特别是需要达到35dB 以上的处理增益。必须选择直扩与跳频相结合的卫星信道，直扩可以提供约20dB 以上增益，调频可以提供约15dB 以上增益。图2 为地面站功能示意图。

在上图中我们可知，这一体制选择的是先扩后跳的方式。之所以选择这一方式，主要是为了更好的促进星上解跳技术、解扩技术的实现。变换信息与编码，主要是将基带信号（控制信息、信息净荷、路由信息）转化成为卫星通道使用的传输码，现阶段，可以采用协议方式、软件以及芯片技术完成。具体来说，直接扩谱模块通过用基带信号和PN 码实现直接扩谱。能够直接用硬件系统完成，笔者建议使用软件系统完成，其通用性与灵活性将会更强大。结合这一关系：10109 码速率/ 息速率>20 或码速率/ 息速率>100 选择信息速率与码速率。与此同时，还需要考虑调频方式、信道容量等因素。由调频模块直接完成变中频功能，由模拟乘法器、频率合成器以及伪码产生器等组成，处理增益可达到15dB 以上。即：10logN>15或N>32，也就是必须保障跳点数大于32 个。直扩信号小于跳频间隔，跳速低于100 次/s，之所以这样配置，主要是为了实现星上解扩技术。与此同时，选择支扩码型与设计跳频图是非常重要的技术与理论问题。直扩伪码主要考虑码长问题、互相关特性以及自相关特性。设计跳频图与跳频码主要考虑击中概率、邻站干扰情况以及容量问题。预处理主要包括抑制较强干扰、下变频等作用，主要利用软件、数字滤波技术等实现信号分离。然后，各路分别进行解跳与解扩，进一步将基带信号恢复完整，再进行成帧，最后一步就是通过TDM 数据以广播形式传送到地面。数字分路这种关键技术，进行了有效仿真与模拟，并获得了满意效果。而解扩技术主要是恢复伪码问题与系统同步问题，可以通过软件与硬件两方面共同完成。