卫星通信中的邻星干扰及其在链路预算中的影响V2

卫星通信中的邻星干扰及其在链路预算中的影响

在前面的卫星通信链路预算相关章节中，我们考虑的是信号功率和噪声功率的情况，通过信号功率和噪声功率计算上行信噪比、下行信噪比以及总的信噪比，在计算过程中没有考虑卫星通信链路中的各种干扰的影响。

对于卫星通信链路预算来说，不考虑干扰的影响，是不完整的，所以今天我们就来说一说卫星通信链路预算中的各种干扰。

在卫星通信中存在的主要干扰类型包括：

• 邻星干扰
• 互调干扰
• 交叉极化干扰
• 邻道干扰

我们将分别介绍邻星干扰、互调干扰、交叉极化干扰、邻道干扰的：

• 原理、定义、
• 对卫星通信链路的影响，
• 工程上，在链路预算中这些干扰是如何计算，如何影响链路性能。

今天我们详细介绍一下邻星干扰，对邻星干扰的原理和链路预算影响进行详细分析。其他干扰类型将在后续文章中讨论。

一、为什么会有邻星干扰？

产生邻星干扰的原因主要有2个：

• 卫星轨道间距小。 对于地球同步卫星来说，卫星都位于赤道上空，卫星之间的间隔只有2°~3°，这么小的轨道间距，如果地面站天线的主瓣中心没有完全对准卫星，那么地面站天线发射的信号就可能扫过相邻的卫星。
• 地面站天线的旁瓣影响，所有的天线都有主瓣和旁瓣，天线的能量主要集中在主瓣上，但是也有信号能量从旁瓣泄露出去。一个非目标地面站（干扰站）发射的信号，从其天线的旁瓣泄露出去，被目标卫星（被干扰卫星）的天线接收，引起了上行邻星干扰。
• 当邻星（干扰卫星）天线发射的信号，进入了地面天线的旁瓣的接收范围，引起了下行邻星干扰。

二、地面站卫星天线的旁瓣抑制要求

根据上面的讨论我们可以得出结论：邻星干扰和地面站天线的旁瓣抑制程度密切相关。当地面天线对准业务卫星的时候，如果地面站天线的旁瓣抑制高，绝大多数的能量从天线主瓣上发射出去，直接发给了业务卫星，发给邻星的能量就小。同时即使邻星发射的信号进入了地面站天线的旁瓣，对系统的影响也较小。

2.1 国际电信联盟的合规性标准

根据ITU-R S.732中的相关规范，对于地球站天线，其旁瓣峰值的辐射增益包络应满足以下要求：

其中θ是偏离天线主瓣中心的角度。

下面的表格根据上面的公式计算了几个典型角度下的旁瓣抑制要求：

偏离主瓣角度 (θ)	计算过程	旁瓣增益不得超过 (dBi)
1°	29−25×log(1)=29−0	29
5°	29−25×log(5)≈29−17.5	11.5
10°	29−25×log(10)=29−25	4
20°	29−25×log(20)≈29−32.5	-3.5

从表格中可以看出，离主瓣越远，对天线的旁瓣抑制能力要求就越强，旁瓣电平必须随着偏离主瓣角度的增大而逐渐降低。

这个公式定义的是一个天线旁瓣增益的上限包络，规定了在整个角度范围内（1°到20°），所有旁瓣的峰值增益必须低于的这条天花板曲线，是卫星天线旁瓣抑制能力的合规性标准。

2.2 卫星运营商入网测试的要求

上面的公式是国际电信联盟对地面天线旁瓣规定的及格线。在实际卫星通信系统中，天线设计要使旁瓣尽可能低，减少对邻近卫星的干扰。卫星运营商对天线旁瓣抑制也有各自的规定和要求。

我们在卫星通信链路预算之三：EIRP、G/T中介绍了天线增益的计算公式：

天线增益跟工作频率和天线口径相关，当工作频率基本确定之后，天线增益基本上由天线的口径决定。

下面这个是天线3dB波束宽度的计算公式：

${\theta }_{3dB}\approx 70\times \lambda /D$

其中：λ是信号的波长， D是天线的直径。从上面的公式可以看出：在工作频率相同的情况下，天线的口径越大，天线的主瓣3dB波束宽度越小，能量越集中。相反，天线口径越小，天线的波束越宽，能量越分散。

一个波束很窄的大口径天线，其旁瓣（特别是第一旁瓣）的设计和控制相对容易，而波束宽的小口径天线就很难把天线旁瓣增益压低到很低的水平。

因此对于某个频段（比如Ku频段），就存在一个理论上的最小口径。低于这个口径的天线，其辐射方向图无法满足ITU规定的旁瓣抑制要求。

所以卫星通信天线并不是想做多小就可以做多小的。

卫星运营商会针对某个频段规定一个最小的天线口径要求，目的就是保证天线的旁瓣增益小，减少邻星干扰的影响。

对于Ku频段天线来说，0.6m通常被认为是满足ITU旁瓣要求下的一个最小尺寸要求。其他尺寸更小的天线，往往只是在特定场景下使用。

三、卫星链路预算中需要考虑的邻星干扰

在卫星链路预算中邻星干扰分为：上行邻星干扰和下行邻星干扰。

3.1 下行邻星干扰

1. 基本原理

下行邻星干扰：当邻星（干扰卫星）天线发射的信号，进入了地面天线旁瓣的接收范围，下行邻星干扰导致地面站接收的信噪比变差。

1. 目标卫星（A星）和邻星（B星）在轨道上相隔角度很小（例如0.5°到2°）。
2. 地面天线的主瓣精确地对准了目标卫星A。
3. 地面站天线除了接收到卫星A的信号之外，天线的旁瓣还接收到了来自卫星B发射的信号，导致地面站接收信噪比变差。

2. 计算公式

$I_{down}=EIRP(\theta {)}_{intsat}-L_{down}+G{r}_{es}({\theta }_{es})+\Delta$

其中：

• EIRP（θ）_int_sat = 干扰卫星B在“指向被干扰地面站A”方向上的EIRP (dBW)。
• $G{r}_{es}({\theta }_{es})$ =被干扰地面站A在其“指向干扰卫星B”方向上的旁瓣接收增益 (dBi)
• L_down = 干扰卫星到被干扰地球站的下行路径损耗 (dB)
• Δ = 极化隔离度、可能的附加保护裕量等修正因子 (dB)

3.2 上行邻星干扰

1. 基本原理

上行邻星干扰：一个非目标地面站（干扰站）发射的信号，从天线的旁瓣泄露出去，被目标卫星（被干扰卫星）的天线接收。上行邻星干扰导致卫星接收的信噪比变差。

1. 地面上有无数个卫星通信设备在工作，它们的天线指向各自的目标卫星。当前我们要评估的是地面站A和目标卫星A之间的卫星通信链路。此时地面站A的主瓣对准了卫星A的主瓣。
2. 在卫星A覆盖区域内，有另外一个地面站B，地面站B的主瓣对准了卫星B，但是地面站B的旁瓣落在了卫星A的主瓣内，导致地面站B从旁瓣泄露的信号被卫星A的天线接收。
3. 最终导致卫星接收信号的信噪比降低。

2. 计算公式

$I_{up}=EIRP(\theta {)}_{intup}-L_{up}+G_{r,sat}({\theta }_{sat})+\Delta$

其中

• EIRP(θ)_intup = 干扰地面站B在其“指向被干扰卫星A”方向上的旁瓣EIRP (dBW)。
• $G_{r,sat}({\theta }_{sat})$ = 被干扰卫星A在其“指向干扰地面站B”方向上的主瓣接收增益(dBi)。
• L_up = 干扰地面站到被干扰卫星的上行路径损耗 (dB)
• Δ = 极化隔离度等修正因子 (dB)

工程上链路预算时的取值

在工程上，上行链路干扰在链路预算中以上行邻星干扰**载干比($C/I_{up,as}$)**来体现。下行链路干扰在链路预算中以下行邻星干扰：**载干比($C/I_{down,as}$)**来体现。

C/I的取值范围取决于多个因素，包括国际电联（ITU）的规定、卫星运营商的规范、具体频段和业务类型等。在实际链路预算时，C/I的取值范围主要基于卫星运营商提供的数据。

业务类型	上行C/I要求	下行C/I要求	适用场景
广播电视	25-30 dB	27-32 dB	DTH直播、节目分配
VSAT数据	20-25 dB	22-27 dB	企业专网、SCADA
移动回传	18-22 dB	20-24 dB	蜂窝基站回传
应急通信	15-20 dB	17-22 dB	抢险救灾通信
互联网接入	18-23 dB	20-25 dB	宽带上网服务

以上C/I要求数值为基于公开资料的典型经验参考范围，实际链路预算中应采用卫星运营商根据其网络具体配置（如卫星轨道位置、波束覆盖、载波类型等）所提供的官方数据。

链路预算示例：

• 位于110.5°E的卫星，在北京地区，代入卫星通信链路的上行链路邻星干扰$C/I_{up,as}$=23.4dB，下行链路邻星干扰$C/I_{down,as}$=28.7dB。
• 位于100.5°E的卫星，在南方地区，代入卫星通信链路的上行链路邻星干扰$C/I_{up,as}$=18.4dB，下行链路邻星干扰$C/I_{down,as}$=21.7dB。

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，代入卫星通信链路的上行链路邻星干扰$C/I_{up,as}$=23.4dB，下行链路邻星干扰$C/I_{down,as}$=28.7dB。

• 位于100.5°E的卫星，在南方地区，代入卫星通信链路的上行链路邻星干扰$C/I_{up,as}$=18.4dB，下行链路邻星干扰$C/I_{down,as}$=21.7dB。

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