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自适应跳频在卫星通信抗干扰中的应用分析

作者:未知

  摘   要:在卫星通信系统中,多频时分多址技术是最主要的源动力,能够利用自身所具备的高强跳频能力保证卫星运行的稳定性,使其不会受到外界干扰因素所影响。文章对卫星通信系统中应用的多频时分多址技术和自适应跳频技术进行了着重分析,并结合卫星通信系统的抗干扰需求,提出一些自适应跳频抗干扰躲避技术措施和设计方案,以便相关人士参考。
  关键词:卫星通信系统;多频时分多址技术;自适应跳频技术
  卫星通信系统在长期运行过程中,很容易受到外界不良因素的干扰与影响,从而降低系统信号的接收能力,使其无法进行正常的信息传输。因此,为了改善这种现状,提高卫星通信系统的抗干扰能力,需要将多频时分多址技术有效引入系统设计构造中,因为该技术是现阶段抗干扰效果最好的技术手段和方法,能够运用自身所具有的跳频能力躲避一切信号干扰因素,保证卫星通信系统的正常运行。因此,对该技术在卫星通信抗干扰中的应用进行深入探究,很有必要。
  1    抗干扰通信技术概述
  1.1  多频时分多址技术
  多频时分多址技术是卫星通信系统中,不可缺少的重要组成部分,存在很多载波信道,能够按照一定的规律自动分解成多个时间帧,并且每个时间帧还会被细分成不同的时隙,以便为卫星通信系统的正常运转提供可靠的助动力。其中,每个载波信道的通信速率都是不同的,才能满足不同用户的需求,使其在进行业务接入时,能够在短期内达到最佳的标准,从而最大化提高卫星信道的利用率。另外,由于多频时分多址技术具备非常标准,且全网统一时间基准。所以,在对卫星通信系统进行控制时,会经历一系列科学合理的控制程序,如:功率控制、频率控制、定时控制等。在网内终端出现时隙跳变反应时,还会促使相对应的载波信道能够实现对突发通信信号的有效接收。由此可见,多频时分多址技术与卫星通信系统进行充分的融合,具有实际的意义,能够帮助卫星系统很好地应对各种干扰因素,进而使之保持长久、高效、稳定的通信效果[1]。
  1.2  自适应跳频技术
  目前,在卫星通信系统中,抗干扰方法基本以链路干扰技术为主。从技术形式来看,分为上行技术和下行技术两种;但是从信号特点来看,则可分为4种技术形式:宽带技术、部分频带技术、多频连续波技术以及频率跟踪技术。这些干扰技术都具有较强的自适应跳频功能,可以很好地抑制或削弱干扰信号,与常规跳频技术相比,自适应跳频技术增加了干扰检测装置。在多频时分多址卫星通信系统中,能够对载波信道上行与下行链路质量进行精准的检测和评估,并以自适应方式来躲避突发的干扰因素,最大化提高系统的抗干扰能力,使通信双方能够始终处于良好的通信环境中。此外,在躲避干扰信号时,卫星通信系统还要结合多頻时分多址技术的特点,利用定时基准来生成相应的跳频图案,并以此为基础,采用与之相对应的干扰检测技术,才能有效躲避干扰频点,保证系统运行的稳定性。在这一过程中,多频时分多址技术的应用优势最为突出,拥有一定的空间时隙,不仅能够按照一定的科学规律对空间站突发的哑数据进行实时发送,而且还能全面保护系统中的帧结构与关键帧。
  2    自适应跳频抗干扰躲避技术的应用策略
  2.1  卫星通信干扰的有效检测
  首先,在自适应跳频技术与卫星通信系统进行充分融合时,相关工作人员必须采用科学的检测技术对各载波信道进行全面的检测,如:FFT功率检测法、信噪比判别法、误码特性检测法等,以便能够及时将存在的各种干扰因素准确地估测、挖掘出来。其次,利用接收机对干扰频点进行精确的提取,并利用定时基准及上述几种检测技术共同对不可用频点进行有效识别。再次,采用干扰检测设备对频带范围内接收到的信噪比以及功率等进行综合性分析,以便可以将各频点所适应的检测门限精准的确定出来。与此同时,在设备接收数据信息时,还要运用FFT功率检测法对跳频带宽中存在的与信号频点不符的功率进行快速的检测与分析,才能准确定位出受干扰的频点,采取有效措施进行妥善处理。但是在该检测过程中,若是采用多频时分多址自适应跳频技术,必须增设多台解调器,才能实现大、小站点的组网,从而使卫星通信系统的接收能力和接收范围得到进一步的拓展[2]。
  2.2  具体躲避方案及相关优化措施
  2.2.1  躲避方案
  在卫星通信系统中,自适应跳频技术的抗干扰能力主要依靠下面两种躲避方式以有效应用:(1)集中控制方案。指在专门的干扰检测站中增设干扰检测设备,以便实现对载波信道质量的全面检测,第一时间将潜在的被干扰频点进行下发。在具体实施过程,一旦入网终端接收了干扰频点信息,则跳频频率就会迅速地对被干扰频点进行屏蔽,有效躲避各干扰频点,保证卫星系统的正常运行。据相关实践证明,该躲避方式在实际应用过程中,无需业务站的参与,只需一台抗干扰检测装置就能实现对被干扰频点的准确检测,不但虽然运行成本较低,而且还能获得十分明显的抗干扰效果。(2)分布控制方案。是根据业务站的实际数量,来增设干扰检测设备,并将其合理分配到各业务站点中,以便可以准确地对下行链路上的干扰频点进行有效检测,进而达到理想的抗干扰躲避效果。
  从上述躲避方案的应用现状来看,虽然获得的抗干扰效果明显,但是在具体实施过程中,仍存有一定的缺陷和不足。首先,上述两种躲避方案一般只针对卫星通信系统上行链路干扰问题的处理,相对在下行链路干扰问题的处理上,效果并不明显。其次,在采用集中控制方案时,只能局限在特定区域范围的干扰频点检测上,不包括其他区域范围内的干扰频点控制。最后,在采用分布式躲避方案时,很容易出现干扰检测结果偏差问题,使得整个卫星通信系统在躲避干扰频点时发生丢帧现象。
  2.2.2  优化措施
  为了弥补集中控制方案和分布控制方案的应用缺陷,应尽量采用以分布式干扰检测为基础的自适应跳频多频时分多址技术,这样才能达到良好的抗干扰效果,避免丢帧现象的发生。另外,在上述两种方案实施过程中,还要运用干扰检测设备与非主调节器相结合的方式对网内业务站信道的受干扰状态进行全面分析和检测。并将分布控制方案所获得的检测结果有效应用于申请突发方式上,这种突发方式的申请需向系统主站进行发送,当主站接收到申请信息后,就会及时地用检测技术对上下行干扰频点进行有效识别。在此过程中,若识别出的干扰频点存在于上行链路上,则被干扰频点进行下发处理,促使整个网络终端对被干扰频点进行屏蔽,避免对系统的正常运行造成影响。相反,若是干扰频点存在于下行链路中,则整个系统就会对各相关站的干扰频点进行记录,并准确计算出各时隙的干扰频点,最终以目的站显示的被干扰频点作为调整和分配时隙的最佳参考标准,以保证系统的抗干扰功能,使其能够全面躲避干扰因素的影响[3]。   3    自适应跳频卫星通信系统的设计方案
  3.1  基本设计
  为了降低自适应跳频卫星通信系统的设计难度,应在系统中设置专门的信道干扰分析模块,以便可以对跳频信道的受干扰情况进行实时的监测,从而使通信双方都能很好地躲避干扰频点所造成的影响。另外,各抗干扰终端设备中还要增设实时的时间TOD,并充分考虑卫星通信系统的长时延特性,选用慢跳频方案进行抗干扰躲避。其中,跳频速率应设定为100 Hops/s,才能帮助系统更好躲避各种干扰频点,提高其抗干擾能力。
  3.2  同步方式设计
  在自适应跳频卫星通信系统中,为了更好地确保通信双方能够进行良好的互动,关键任务是要对系统的接收端与发送端进行同步设计,尤其是时间的同步设计。在这一过程中,可以采用同步建立和同步跟踪的设计方案,以便可以实现两者的时钟同步、帧同步、跳频同步及跳频图案同步。其中,时钟同步设计可通过数字锁相环技术的应用来实现;而帧同步、跳频同步与跳频图案同步设计则要通过时序调整技术与TOD同步设计来实现。
  3.3  频率集更新设计
  基于卫星转发器带宽资源的局限性,为了进一步提高自适应跳频卫星通信系统的运行功能,应将所有可以利用的跳频集中起来,使其形成一个完整的频率集,以提高频谱的利用率。另外,在自适应跳频过程中,还要依据抗干扰设备所提供的检测结果,对被干扰的信道进行互控,并直接删除跳频频率集中被干扰的无效频率,若是发现可用的频率点小于某一特定值时,必须及时对频率集进行更新,并一次性释放所有的频率点,才能有效地控制被干扰信道,使其恢复正常的运转[4]。
  4    结语
  综上所述,随着卫星通信系统的不断应用与发展,对其抗干扰能力也提出了较高的要求。为了避免在运行过程中,受到过多干扰频点的影响,需要在现有的基础上,采取自适应跳频技术与多频时分多址技术来提升卫星通信系统的抗干扰能力,进而充分发挥卫星系统的功能和优势,使其在长期运行过程中,能够有效躲避各干扰频点,保证载波信道的质量,从而为通信双方营造良好的互动环境。
  [参考文献]
  [1]苏风旭.自适应跳频在卫星通信抗干扰中的应用[D].西安:西安电子科技大学,2010.
  [2]贾译春.广播电视中卫星通信抗干扰技术研究与分析[J].西部广播电视,2018(11):262.
  [3]徐洪文.自适应跳频技术在通信对抗中的应用[J].中国战略新兴产业,2018(6):204-205.
  [4]王欣,陶杰,崔佩璋,等.基于Simulink的跳频通信系统的抗干扰性能分析[J].通信技术,2018(6):45-46.
  Application analysis of adaptive frequency hopping in anti-interference of satellite communication
  Li Xinke
  (Military Police Cadet School, Hangzhou 311403, China)
  Abstract:In the satellite communication system, the multi-frequency time division multiple access technology is the most important source power, which can ensure the stability of the operation of the satellite by utilizing the high-strength frequency hopping capability provided by the multi-frequency time division multiple access technology, so that the multi-frequency time division multiple access technology is not affected by external interference factors. In this paper, the multi-frequency time division multiple access technology and the adaptive frequency hopping technology applied in the satellite communication system are analyzed and combined with the anti-interference requirement of the satellite communication system, some self-adaptive frequency hopping anti-interference avoidance technology measures and design schemes are put forward so as to be referred to by the relevant persons.
  Key words:satellite communication system; multi-frequency time division multiple access technology; adaptive frequency hopping technology
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