星上再生转发时 , 信号分别在星上和卫星通信 终端解扩 、解调 , 上下行链路 相互独立 , (SNR)O 分 别取上 、下行链路的信噪比(Eb/ n0)u 和(Eb/ n0)d 。
4 抗干扰性能分析
4 .1 卫星通信干扰模型 卫星通信信 道由上行链路 、卫星 、下行链路 组
成 。 一个完整的通信链路中 , 可分别针对上行链路 、 卫星 、下行链路 3 处实施干扰(对卫星的干扰亦是通 过上行信号对卫星转发器干扰 , 只是干扰信号不一 定在信号频带内)。 卫星通信信道干扰模型如图 2 所示[ 1] 。
不完全等同于接收端的抗 干扰性能 。 干扰条件不 同 , 卫星转发方式不同 , 卫星通信上 、下行链路抗干
扰性能亦不同 。
下面分别讨论只存在上行链路干扰 、只存在下 行链路干扰和同时存在上下行链路干扰情况下的系
统抗干扰性能 。
4 .2 只存在上行链路干扰时系统抗干扰性能
(1)透明转发器转发 令转发器 输入干 信比为 JSRu , 输出 干信 比为 JSRo , 取 Δ=JJSSRRuo , Δ>1[ 1] 。 卫星输出的有用信号功率
Abstract :A satellite communication anti -jamming design combing direct sequence spread spectrum(DSSS)and adaptive nulling antenna is proposed .For different jamming conditions and satellite transponding modes , theoretical analysis of system anti -jamming performance is given .It is concluded that the system anti -jamming capability can be effectivly improved by combining DSSS and adaptive nulling antenna and then performing onboard regeneration processing and transponding . Key words:satellite communication ;anti-jamming ;DSSS ;adaptive nulling ;jamming tolerance
从图 1 可以 看出 , 当[ (SNR)O] 超过[ (SNR)th] 8 dB以上时 , 干扰容限值趋于稳定 。 工程设计时 , 结 合抗 干扰 性 能要 求 及实 现 代价 , 取(SNR)O 高 于 (SNR)th 3 ～ 8 dB为宜 。
卫星透明转发时 , [ (SNR)O] 取上下行链路总信 噪比(Eb / n0)total , 即 : [ (SNR)O] =(Eb/ n0)total = (Eb/ n0)u-1 +(Eb/ n0)- d 1 -1 (4) 式中 ,(Eb/ n0)u 、(Eb/ n0)d 分别表示上 、下行链路每 比特信号能量与单边噪声功率谱密度比 。
波频率 fd =2 .5 GHz(对应的自由空间传播损耗[ L] =192 dB);卫星输出功率[ (EIRP)s] =35 dBW ;卫星 通信终端自适应调零接收天线增益[ GE] =6 dB , 干 扰抑制能力[ GA] =40 dB ;卫星通信终端接收等效噪 声温度 Td =300 K ;若(SNR)O 足够高 , 直接序列扩 频后 , 接收端干扰容限
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入信干比 , 但当信号和干扰方向一致或十分接近时 , 则干扰抑制作用基本消失 。
3 .3 直接序列扩频
自适应调零天线可以抑制接收端数量有限的较 强干扰 , 为进一步提高系统抗干扰性能 , 应对更多的 其他形式干扰 , 如窄带 、宽带 、多径干扰等 , 系统可进 一步采用直接序列扩频方式 。
1 引 言
复杂电磁环境下的通信会受到各种自然和人为 干扰的影响 , 尤其卫星通信 。 卫星长期暴露于覆盖 区上空 , 敌我共视 , 特别容易受到干扰和攻击 。为保 证通信的有效性和可靠性 , 抗干扰是卫星通信系统 设计必须考虑的关键问题之一 。
卫星通信抗干扰设计通常采用扩频 、星上处理 等方 式 。 本 文 结 合 工 程 实 践 , 将 直 接 序 列 扩 频 (DSSS)和自适应调零天线相结合 , 给出了抗干扰卫 星通信链路信道模型和设计建议 。 在此基础上 , 对 卫星通信上 、下行链路的抗干扰表达式进行了理论 推导 , 并通过定量计算 , 对不同干扰条件 、不同卫星
一般 M 阵元的天线阵列有 M -1 个自由度 , 可 形成多个方向图零陷 , 有效抑制不同方向的干扰信 号 。干扰越强 , 自适应调零天线零陷越深 。 目前工 程水平可以实现大于40 dB的干扰抑制 。
采用自适应调零天线 , 在通信和干扰来波方向 夹角较大时 , 抗干扰效果明显 , 能有效提高接收机输
自适应调零天线利用相控阵天线原理 , 在干扰源 方向形成波束零点 ;利用数字信号处理技术对干扰信 号进行识别和检测 ;利用自适应技术自动调整天线波 束的零点指向 , 使干扰信号最小 , 通过波束形成算法 , 设置对期望信号到达方向(卫星来波方向)的增益约 束 , 保证天线主波束始终指向有用信号方向 。
比(含实现损耗和各种编码增益), 改写式(1), 得包
括接收机等效噪声的直接序列扩频系统干扰容限
Mj
=
Pj Ps
max
=Eb
GP /(nj +n
0)-E
GP b/ n
0
=
GP (SNR)th
-(SNGRP )O
(2)
由式(2)可以得出如下结论 :
(1)系统正常工作 , (SNR)O >(SNR)th ;
提高系统干扰容限的途径有 :提高接收机信干 比处理增益 , 降低实现损耗和解调器输入端要求的 门限信噪比 。
3 卫星通信抗干扰设计
3 .1 设计思路
卫星通信功率 、带宽受限 , 干扰环境复杂 、多变 , 许多小型应用平台设备体积 、重量 、功耗受限 , 因此 , 无法采用单一手段达到较为理想的抗干扰效果 , 系 统设计时 , 需综合考虑抗干扰措施 。
转发方式下系统的抗干扰性能进行了比较和分析 。
2 抗干扰基本原理
根据无线通信抗干扰基本概念 , 当干扰进入通 信系统(接收机)后 , 不考虑门限效应 , 通信系统正常 工作的条件是[ 1] 接收机输入干信比小于系统干扰容
限 ,即:
Pj Ps
<Mj
提高通信系统抗干提高系统干扰容限两方面采取措施 。 降低接收机输入干信比的途径有 :提高信号发
根据抗干扰基本原理 , 可以通过上行链路功率调 节(改善收端信号质量), 降低系统通信信息速率(提 高链路信噪比), 采用自适应调零天线技术(通过空域 滤波进行干扰信号抑制)等措施降低接收机输入干信 比 ;通过扩频技术 、干扰抑制技术(提高接收机信干比 处理增益), 信源编码 、信道编码和有效调制方式(降 低解调器输入端门限信干比要求), 优化设备设计(降 低信干比损失)等措施提高系统干扰容限 。
Anti -jamming Design Consideration and Performance Analysis in Satellite Communication
HUANG Ai-jun
(Southwest China Institute of Electronic Technology , Chengdu 610036 , China)
摘 要 :提出了直接序列扩频和自适应调零天线相结合的卫星通信抗干扰设计思路 , 针对不同干扰 条件和不同卫星转发方式 , 进行了系统抗干扰性能的理论分析 , 结果表明 , 直接序列扩频和自适应调 零天线相结合 , 经星上再生处理转发可有效提高系统抗干扰能力 。相关分析与结论对工程应用具有 一定的参考意义 。 关键词 :卫星通信 ;抗干扰 ;直接序列扩频 ;自适应调零 ;干扰容限 中图分类号 :TN927 文献标志码 :A doi :10 .3969/ j .issn .1001 -893x .2012 .03 .001
其中直接序列扩频与自适应调零天线相结合的 通信终端设计 , 是卫星通信抗综合干扰的一种优化 方案 。
3 .2 自适应调零天线
自适应调零天线特别适合复杂电磁环境条件下 对接收链路通信质量有较高要求的应用 。除大型卫 星通信地球站外 , 一般小型应用平台无法通过增大 天线口径来获得高增益 , 可采用自适应调零天线改 善信号干扰之比 , 以实现对干扰信号的抑制 , 保证卫 星信号有效接收 。
[ Mj ] =[ Gp] -[ (SNR)th] =29 .03 dB ,
再加上自适应调零天线的空域干扰抑制能力 , 接收
端干扰容限
[ Mj] =[ Gp] -[ (SNR)th] +[ GA] =69 .03 dB 。 可见扩频和自适应调零天线相结合 , 使接收端
干扰容限大幅提高 。但卫星通信链路的抗干扰性能
射功率 、发射与接收天线增益 、干扰传输路径损耗 、
收稿日期 :2012-02-06;修回日期 :2012 -03-08
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电讯技术
2012 年
干扰和信号的时域/ 频域/ 极化重合损耗 , 减小信号 传输路径损耗 、干扰接收天线增益等[ 1] 。
(2)当(SNR)O 足够大时 , 接收机等效噪声单边
功率谱密度 n0 对抗干扰性能 的影响可以忽 略 , 式 (2)变形为
Mj =(SNGRP )th
(3)
(3)Gp 、(SNR )th 一 定 时 , 系 统 干 扰 容 限 随 (SNR)O 增加而增加 , 同时其增量随(SNR)O 增加而 减小 。 不同 Gp , 干扰容限与(SNR)O -(SNR)th的变 化关系一致 。