向 景

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0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星通信技術(shù)開(kāi)始受到廣泛關(guān)注并大范圍應(yīng)用。其具有覆蓋面積廣、傳輸距離遠(yuǎn)、不被時(shí)空因素限制以及容量大等優(yōu)勢(shì)[1]，因此被廣泛應(yīng)用到廣播電視傳輸工作中，成為節(jié)目傳輸?shù)闹匾馈５l(wèi)星通信也不是無(wú)所不能的，由于自身特點(diǎn)和環(huán)境等因素的影響，會(huì)出現(xiàn)諸多干擾，從而影響衛(wèi)星通信的進(jìn)行。特別是在一些開(kāi)放式的系統(tǒng)，由于轉(zhuǎn)發(fā)器是透明的，很容易受到主客觀因素的影響與干擾，因此必須要分析這些干擾因素，采取科學(xué)化的策略進(jìn)行處理。

1 衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)概述

1.1 衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的工作原理分析

人造地球衛(wèi)星是衛(wèi)星信號(hào)在真實(shí)傳輸過(guò)程中的中轉(zhuǎn)站，連接地面上的多個(gè)地球站，從而達(dá)到傳輸?shù)哪康?。衛(wèi)星信號(hào)傳輸系統(tǒng)中主要包括空間和地面兩部分。其中，空間就是人造地球通信衛(wèi)星，地面就是地球站。傳輸衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，空間部分負(fù)責(zé)接收和轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)。其實(shí)，衛(wèi)星信號(hào)傳輸系統(tǒng)在實(shí)際工作中主要是利用人造衛(wèi)星接收地球發(fā)出的無(wú)線信號(hào)[2]，然后將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)地球站上，以達(dá)到不同區(qū)域和不同距離信號(hào)的暢通傳輸，這對(duì)于人民群眾的日常生產(chǎn)和生活來(lái)說(shuō)是十分便利的。

1.2 衛(wèi)星傳輸通信系統(tǒng)分析

如今，我國(guó)的通信技術(shù)水平顯著提升，衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)也獲得了良好的發(fā)展機(jī)遇。但信號(hào)在傳輸時(shí)由于多種因素的影響，其質(zhì)量也容易受到影響。因此，為改善這一情況，需要研究通信信號(hào)的傳輸，以提高通信質(zhì)量和水平，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)陌踩透咝А?/p>

2 衛(wèi)星通信常見(jiàn)的干擾

2.1 地面干擾

地面干擾主要包括地球站設(shè)備的雜波干擾、電磁干擾、互調(diào)干擾以及交叉極化干擾4種。地球站設(shè)備的雜波干擾，使得工作載體、諧波以及雜波等影響衛(wèi)星通信信號(hào)的傳輸[3]。調(diào)制器的輸出電平過(guò)高，會(huì)使得光譜出現(xiàn)擴(kuò)散，從而也會(huì)影響衛(wèi)星通信信號(hào)的傳輸質(zhì)量。同時(shí)，如果出現(xiàn)載波噪聲，也會(huì)干擾傳輸信號(hào)，這是由于轉(zhuǎn)換器和放大器的工作時(shí)間點(diǎn)設(shè)置的不準(zhǔn)確。此外，功率放大器非線性致使擴(kuò)頻，也會(huì)使衛(wèi)星的通信受到干擾。電磁干擾出現(xiàn)的原因是無(wú)線電視、工業(yè)噪聲、微波以及雷達(dá)等干擾上行傳輸信息。接收站的設(shè)備接地不佳，連接電阻太高也會(huì)干擾信息的接收。互調(diào)干擾容易出現(xiàn)在上行站處于多載波的工作情況下，主要是因?yàn)楣Ψ湃萘績(jī)?chǔ)備不夠，回退不足，三階互調(diào)分量與規(guī)定不符[4]，或是上行發(fā)射功率高于標(biāo)準(zhǔn)，使得衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器處于非線性工作區(qū)域，導(dǎo)致下行互調(diào)特性惡化。

2.2 空間干擾

空間干擾包括鄰星干擾、相鄰信道干擾以及個(gè)別用戶操作不達(dá)標(biāo)造成的失誤等。對(duì)于鄰星干擾，當(dāng)前的通信衛(wèi)星技術(shù)獲得了極好的發(fā)展，同步軌道的衛(wèi)星數(shù)量大幅度增加，衛(wèi)星間的間隔從原來(lái)的5°發(fā)展為2.5°，這在很大程度上增加了鄰星干擾的情況[5]。這一干擾的相關(guān)因素有干擾衛(wèi)星的下行信號(hào)功率密度和被干擾地球站天線的尺寸等。而且天線尺寸加大，干擾會(huì)減少。此外，如果鄰星個(gè)別用戶載波下行電平過(guò)高，或不能準(zhǔn)確地連接接收用戶的天線，都會(huì)產(chǎn)生下行干擾的問(wèn)題。對(duì)于相鄰信號(hào)產(chǎn)生的干擾，用戶的載波頻率分配與相鄰信號(hào)頻帶間有交叉，帶寬保護(hù)不到位，用戶載波頻譜特性不符合要求[6]，噪底過(guò)高。個(gè)別用戶不按照要求規(guī)范進(jìn)行操作，會(huì)使得信號(hào)受到干擾。其原因可能是頻率、接收率或調(diào)制安裝等出現(xiàn)錯(cuò)誤，對(duì)衛(wèi)星的程序測(cè)試不到位或不嚴(yán)謹(jǐn)，或是調(diào)試時(shí)為了趕時(shí)間導(dǎo)致操作設(shè)備失誤等。

2.3 自然干擾

衛(wèi)星通信過(guò)程中，自然因素的干擾是無(wú)法避免的。

2.3.1 雨 衰

信號(hào)傳輸過(guò)程中，電波穿越降雨區(qū)域時(shí)，雨滴會(huì)對(duì)電波產(chǎn)生吸收和散射造成衰減。衰減的大小與雨滴半徑和波長(zhǎng)的比值有關(guān)。由于C波段波長(zhǎng)大于雨滴半徑，而KU波段波長(zhǎng)與雨滴大小接近，所以C波段受降雨影響比較小，而KU波段比較大。為減小這一影響，在衛(wèi)星通信時(shí)就需要保證衛(wèi)星的天線處于高仰角，縮短降雨過(guò)程中電波從雨區(qū)穿越的距離。如果某一區(qū)域降雨量比較大，由于暴雨積水，高仰角天線的主反射面將在很大程度上吸收損耗電波，特別是上行。

2.3.2 日 凌

每年的春分和秋分前后，衛(wèi)星處于太陽(yáng)與地球之間的直線上。由于天線相對(duì)，會(huì)產(chǎn)生極大的電磁波，這是一個(gè)很大的噪聲源，衛(wèi)星信號(hào)的接收會(huì)受到很大的影響，從而影響接收鏈路，甚至發(fā)生接收中斷的情況，這就是日凌現(xiàn)象[7]。日凌只會(huì)影響衛(wèi)星下行鏈路。接收點(diǎn)的位置會(huì)影響其出現(xiàn)的時(shí)間，日凌持續(xù)的時(shí)長(zhǎng)受工作頻率和天線口徑等因素影響。一般情況下，處于春分時(shí)，位置的緯度越高，日凌就會(huì)越早的開(kāi)始和結(jié)束，而秋分季節(jié)的情況相反。若經(jīng)度相同，緯度每差3°，日凌開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間會(huì)相差1天。若緯度相同，自西向東，經(jīng)度每增加2°，日凌開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間會(huì)晚1 h。如果接收的頻率高且天線的口徑大，那么日凌持續(xù)的時(shí)間就短。日凌情況結(jié)束，衛(wèi)星通信即自動(dòng)恢復(fù)。

2.3.3 電離層閃爍

電離層的結(jié)構(gòu)不均勻，存在著隨機(jī)變化的可能性。當(dāng)電波從電離層穿越時(shí)，信號(hào)的振幅和相位會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)變化，發(fā)生電離層閃爍。這與地理位置、太陽(yáng)活動(dòng)以及工作頻率等因素是密切相關(guān)的。通常而言，電離層閃爍最為嚴(yán)重的時(shí)期是春分前后，持續(xù)時(shí)間一般是半小時(shí)到數(shù)小時(shí)，一般出現(xiàn)在18:00—24:00。

2.3.4 衛(wèi)星蝕

在春季和秋季的每日特定時(shí)間，衛(wèi)星會(huì)進(jìn)入陰影區(qū)域。這時(shí)候的衛(wèi)星是無(wú)法見(jiàn)到太陽(yáng)光的，因此導(dǎo)致太陽(yáng)能電池?zé)o法使用，只能依靠蓄電池或者燃料對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行供電，這一時(shí)期就是星蝕期。過(guò)去，衛(wèi)星通信會(huì)嚴(yán)重受到衛(wèi)星蝕的不利影響。而如今科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使得衛(wèi)星供電系統(tǒng)也日漸完善，在遇到衛(wèi)星蝕時(shí)，備用的電源可以保證衛(wèi)星的正常工作，因此衛(wèi)星通信并不會(huì)受到影響。

2.4 人為干擾

衛(wèi)星通信中，人為干擾也是不可忽視的重要因素。其主要包括人為操作失誤、惡意干擾、盜用轉(zhuǎn)發(fā)器以及反極與同極化干擾等。如今，衛(wèi)星通信使用的轉(zhuǎn)發(fā)器通常是透明的，衛(wèi)星信號(hào)在傳輸時(shí)只是變頻轉(zhuǎn)發(fā)，在問(wèn)題處理上無(wú)從下手，其主要實(shí)現(xiàn)部件是高功放器。對(duì)于高功放器而言，如果輸入功率比飽和點(diǎn)低，就可以近似認(rèn)為其處于工作線性區(qū)。如果輸入功率增大比飽和點(diǎn)高，就會(huì)進(jìn)入到飽和或過(guò)飽和區(qū)。這時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率會(huì)降低，進(jìn)而出現(xiàn)功率掠奪的情況[8]?？偟膩?lái)說(shuō)，人為干擾通常就是基于透明轉(zhuǎn)發(fā)器這一特點(diǎn)進(jìn)行盜用或惡意干擾。

3 衛(wèi)星通信干擾的處理對(duì)策

3.1 提高基礎(chǔ)設(shè)備質(zhì)量水平

強(qiáng)化設(shè)備采購(gòu)的質(zhì)量。實(shí)際操作時(shí)，做好采購(gòu)質(zhì)量的檢驗(yàn)工作，這是采購(gòu)工作中的重點(diǎn)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以更好地保證產(chǎn)品的質(zhì)量。同時(shí)，做好基礎(chǔ)設(shè)備測(cè)試中的應(yīng)用。為防止基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)安全質(zhì)量問(wèn)題，在使用過(guò)程中需要嚴(yán)格且及時(shí)地檢驗(yàn)監(jiān)督。例如，對(duì)于連接衛(wèi)星通信站設(shè)備內(nèi)外的電纜，需要保證電纜高質(zhì)量的屏蔽功能，從而防止其對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾。

3.2 做好衛(wèi)星入網(wǎng)驗(yàn)證工作

為保證暢通的衛(wèi)星通信，及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理衛(wèi)星運(yùn)行中的問(wèn)題，防止衛(wèi)星通信信號(hào)受到干擾，就需要做好衛(wèi)星入網(wǎng)驗(yàn)證工作。準(zhǔn)確判斷三階互調(diào)抑制比例，同時(shí)明確技術(shù)使用的相關(guān)要求標(biāo)準(zhǔn)，保證測(cè)試結(jié)果是準(zhǔn)確且穩(wěn)定的。在檢測(cè)衛(wèi)星通信信號(hào)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分明確功率和功效回退等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以確保在進(jìn)行載波傳播時(shí)具有較高的穩(wěn)定性。

4 采取先進(jìn)的干擾識(shí)別技術(shù)

4.1 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的干擾識(shí)別技術(shù)

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)原始信號(hào)數(shù)據(jù)的提取，并對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行歸類(lèi)處理。分析特征并提取信號(hào)的時(shí)域參數(shù)信息，這樣既能夠掌握通信信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化信息處理，還能夠避免人為造成的信號(hào)提取失誤。此外，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用還能夠?qū)?fù)雜的干擾信號(hào)進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別和處理，這在很大程度上解決了信號(hào)干擾問(wèn)題。

基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行干擾識(shí)別技術(shù)優(yōu)化可形成具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，通過(guò)不同層次的處理，最后處理網(wǎng)絡(luò)輸出層結(jié)果。在輸出層所形成的數(shù)據(jù)是長(zhǎng)度為8的一個(gè)矩陣，在矩陣中，只有一個(gè)數(shù)字是1，其他的為0。與之前的每種干擾定義標(biāo)簽進(jìn)行比對(duì)，從而得出干擾類(lèi)型，并采取針對(duì)性的抗干擾措施。

4.2 基于干擾識(shí)別的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)在信號(hào)向前傳遞過(guò)程中，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行逐層的處理分析，直到傳遞出輸出層。每一層的神經(jīng)元只會(huì)影響下一層的神經(jīng)元狀態(tài)，并相應(yīng)調(diào)整下一層的連接權(quán)值。如果輸出層結(jié)果與期望不符合，則網(wǎng)絡(luò)就會(huì)將誤差反向傳播，并進(jìn)一步調(diào)整網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，直到輸入結(jié)果與期望相符。在此技術(shù)應(yīng)用中，對(duì)于最小均方誤差的函數(shù)計(jì)算如下：

式中，y表示樣本目標(biāo)輸出，y=Wx+Wo，Wo表示網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)輸出。為了確保誤差E最小化，可以計(jì)算E對(duì)W的梯度，形成以下梯度下降法則：

基于梯度下降法則，可以得出干擾識(shí)別仿真函數(shù)：

基于干擾識(shí)別的仿真函數(shù)可以構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括輸入層、隱含層以及輸出層的節(jié)點(diǎn)。確定樣本信號(hào)類(lèi)型，將相應(yīng)數(shù)值代入函數(shù)后，可以計(jì)算出一維向量，進(jìn)而確定干擾信號(hào)的類(lèi)型，采取抗干擾措施。

5 結(jié) 論

衛(wèi)星通信是我國(guó)信號(hào)傳輸?shù)年P(guān)鍵信道。隨著我國(guó)的衛(wèi)星通信發(fā)展，干擾因素也逐漸增多，導(dǎo)致衛(wèi)星通信技術(shù)的運(yùn)行受到影響。就我國(guó)目前的技術(shù)水平而言，只能處理衛(wèi)星通信技術(shù)的干擾因素，還無(wú)法完全避免干擾因素的出現(xiàn)。雖然不能完全避免衛(wèi)星通信技術(shù)的干擾，但為促使我國(guó)衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，需要積極認(rèn)真分析研究干擾衛(wèi)星通信的因素，采用科學(xué)化的策略，強(qiáng)化基礎(chǔ)設(shè)備質(zhì)量水平，做好衛(wèi)星入網(wǎng)驗(yàn)證工作，積極研發(fā)衛(wèi)星通信技術(shù)，提高轉(zhuǎn)發(fā)器的使用功能，嚴(yán)厲打擊不法分子的干擾，從而使我國(guó)衛(wèi)星通信信號(hào)的傳輸更加高效且穩(wěn)定。