文 | 国家无线电监测中心云南监测站 周凌霄

       摘要: 本文对目前已经投入使用的主流NGSO（非静止轨道）星座通信系统进行分析，根据NGSO地面终端及通信链路特点，利用MATLAB软件，设计一定仿真条件，对NGSO卫星星座地面终端进行地面干扰仿真，为地面终端无线电防护提供参考。

       关键词：NGSO 卫星星座 地面终端 抗干扰仿真

       0 引言

       随着NGSO星座星间链路技术的成熟，一个信关站将可以覆盖800km左右的通信半径区域。由于NGSO通信星座在国外的普及，星座的地面通信终端数量将快速增加，境外NGSO卫星系统将呈现覆盖范围广、轨道参数差异大、卫星分布密度高及通信协议制式多样等特点。本文选取部分代表星座通信系统作为研究对象，对其地面终端抗干扰性进行研究，为国内NGSO地面终端无线电保护提供参考。

       1 NGSO星座链路分析

       根据相关资料，目前O3b、OneWeb、Starlink等NGSO互联网星座卫星系统网络架构均由卫星、信关站（Gateway）、测控站和用户终端（UserTerminal）四部分构成。

       分析目前主流星座卫星系统用户链路及馈线链路使用频谱情况，可以发现上述卫星系统频段跨度及信道带宽较大，分布在Ku、Ka频段，目前其下行频段集中在10.7-12.7GHz。相比传统卫星通信系统及地面移动通信系统，互联网卫星系统单信道带宽显著提升将达到1000MHz，具体如表1所示。

       中低轨NGSO星座卫星系统天线均采用点波束技术，支持右旋圆极化状态（RHCP）和左旋圆极化状态（LHCP）两种极化方式。O3b系统每颗卫星配置12个可控天线，产生2个馈线点波束和10个用户点波束，每个用户波束的覆盖区直径为700km。OneWeb系统一期卫星天线可产生16个不可控用户椭圆形点波束以及2个圆形可控馈线点波束；二期采用20个可控圆形用户波束以及2个圆形可控馈线点波束。Starlink系统一期部署卫星配备4套相控阵天线，所产生的点波束在视轴上的形状为圆形，在远离视轴时形状变为椭圆形，对地张角为44.85°；二期部署卫星的下行用户链路和馈线链路点波束在整个地球视野范围内都是独立可控的，分别使用1.5°和1.0°的窄波束。

       查找相关资料，OneWeb系统空中链路通信协议借鉴LTE协议；O3b系统空中链路采用PSK/QAM调制制式；目前尚未查到Starlink系统通信体制相关信息。

       2 NGSO用户终端干扰及防护仿真

       利用MATLAB仿真软件，构建对NGSO卫星地面终端通信链路干扰仿真分析系统。由MATLAB软件生成用户链路，传播模型采用ITU-RP.452建议书《评估频率高于约0.1GHz时地球表面上电台之间干扰的预测程序》中的建议算法，采用宽带高斯噪声干扰，分析受到干扰后用户链路的误符号率。

       场景设计如下：NGSO卫星地面终端下行链路受到单个干扰源干扰，分析地面终端在不同调制方式、不同干扰功率、雨天晴天及增加防护后受到干扰的误码率，具体参数如表2所示。

       仿真结果如下所述：

       2.1 不同调制受干扰情况

       下行用户链路采用QPSK、8APSK、16QAM三种不同调制方式时的干扰效果如图1所示。

       由仿真结果可知，三种调制方式干扰的误符号率达到50%时所需等效干扰功率分别约为29.9dBW、-13.1dBW、-18.5dBW；误符号率提高至平稳时所需干扰功率分别约为60dBW、27.2dBW、19.8dBW。同等误符号率水平时，QPSK抗干扰性最强，16QAM最容易受到干扰。QPSK最高可达误符号率约为75%，8APSK约为87.25%，而16QAM约为93.75%。

       2.2 不同距离受干扰情况

       下行链路QPSK调制且等效干扰功率为30dBW时，干扰机和用户终端距离与误符号率的关系如图2所示。

       由仿真结果可知，距离与误符号率近似幂函数关系，随着距离的变大，干扰效果会出现显著恶化。

       2.3 雨天受干扰情况

       由仿真结果可得，极端雨天达到同等误符号率所需等效干扰功率更大（见图3）。

       2.4 增加防护后的受干扰情况

       选取调制方式为16QAM（此次实验中最容易受到干扰的调制方式），设定干扰和终端高度差为5m，干扰功率设置为29.9dBW（此时终端误码率为50%）。在终端水平距离10m处设置一个高度为3m的防护装置，保持干扰功率不变由近到远移动干扰源。从仿真结果中可以看出增加防护后对干扰效果影响十分明显，随着干扰源与终端的距离增加，终端误符号率快速下降（见图4）。

       3 小结

       由于NGSO用户终端接收天线的主旁瓣增益比较大，且接收天线的仰角较大，应尽量架设于高处，这能够有效避免干扰信号进入接收天线口面，从而减少干扰。降雨对高频信号具有衰减作用，但对于地面终端来说，相同情况下晴天更容易受到外界干扰源干扰。若对地面终端采取适合的防护措施，能够有效降低外界干扰影响。

       参考文献：

       [1]ITU-RP.452评估频率高于约0.1GHz时地球表面上电台之间干扰的预测程序[S]

       [2]李荃,黄越星,吴翔,项顺祥.卫星通信链路干扰研究[C]//第十七届卫星通信学术年会论文集.[出版者不详],2021:102-106.DOI:10.26914/c.cnkihy.2021.032795

       [3]张海旺.卫星通信链路仿真与动态分析[C]//2019中国信息通信大会论文集（CICC2019）,2019:415~419.DOI:10.26914/c.cnkihy.2019.068444

       [4]刘冠邑,张海勇,任重.干扰条件下卫星通信链路计算模型研究[J].通信技术,2018,51(10):2279~2286