CN103067066A - 双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法，涉及一种干扰抑制方法，为了解决现有适用于窄带的阵列天线抗强干扰系统将无法保证通信系统后续信号处理所需的信干噪比的问题。当卫星地面站受同波段信号强干扰时，卫星重复发送训练序列信号z(t)，启动卫星地面站双天线系统，将定向天线接收信号r(t)和全向天线信号r'(t)依次进行下变频和模/数转换，再利用干扰消除模块对获得定向天线离散采样序列R(nT_s)和全向天线离散采样序列R'(nT_s)干扰消除，获得估计序列

将所述与本地的导频序列z(nT_s)对比计算均方误差MSE；若MSE满足通信要求，则将解调输出，结束；若否，则通过发送反馈信号，对干扰消除模块进行参数调整，重新进行干扰消除。它用于卫星通信系统地面站的抗近距离强干扰。

Description

双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法

技术领域

本发明涉及一种干扰抑制方法，特别涉及一种双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法。

背景技术

在现有军用及民用卫星通信系统中，随着应用对通信数据速率要求的提高，信号带宽不断增加。当卫星地面站天线接收到邻近大功率干扰信号时，如在C波段(4~8GHz载波频率)卫星地面站附近存在地面C波段微波中继的环境下，此时随着信号带宽的增大，现有的适用于窄带的阵列天线抗强干扰的系统将无法保证通信系统后续信号处理所需的信干噪比(signal-to-interference-plus-noise ratio,SINR)，因此卫星通信质量将受到严重影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的适用于窄带的阵列天线抗强干扰的系统将无法保证通信系统后续信号处理所需的信干噪比，因此卫星通信质量将受到严重影响的问题，本发明提供一种双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法。

本发明的双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法，所述双天线卫星通信系统包括定向天线和全向天线；

所述方法包括如下步骤：

步骤一：当卫星地面站遭受来自附近的同波段信号的强干扰时，卫星重复发送训练序列信号z(t)，则启动卫星地面站双天线系统，所述定向天线和全向天线同步接收信号，定向天线接收信号为r(t)，全向天线接收信号为r'(t)；

步骤二：将步骤一中获得的定向天线接收信号r(t)进行下变频处理，获得定向天线中频信号R(t)；

将步骤一中获得的全向天线信号r'(t)进行下变频处理，获得全向天线中频信号R'(t)；

步骤三：将步骤二中获得的定向天线中频信号R(t)进行模/数转换，获得定向天线离散采样序列R(nT_s)；

将步骤二中获得的全向天线中频信号R'(t)进行模/数转换，获得全向天线离散采样序列R'(nT_s)，其中T_s为采样间隔；

步骤四：采用干扰消除模块将步骤三中获得的定向天线离散采样序列R(nT_s)和全向天线离散采样序列R'(nT_s)进行干扰消除，获得对训练序列信号z(t)的估计序列

步骤五：将步骤四中获得的估计序列

与本地的导频序列z(nT_s)对比计算获得均方误差MSE；

步骤六：判断步骤五中获得的均方误差MSE是否满足通信要求，若是，则将步骤四中获得的估计序列

解调输出，向上行链路提示卫星恢复正常通信，结束；若否，则通过向干扰消除模块发送反馈信号，对干扰消除模块进行参数调整，转入步骤四。

本发明提出一种双天线卫星通信系统实现同波段强干扰的有效抑制。采用高增益定向卫星天线与全向天线组合的接收系统，根据两天线中对不同接收信号的增益差别，借助全向天线接收的干扰并通过调节其增益在中频段消除卫星地面站上高增益定向天线接收信号中恶干扰，进而获得信干比性能的提升，并保证卫星通信过程不被中断。

附图说明

图1为本发明所述的双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法原理示意图。

图2为本发明所述的双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法的信号流程示意图。

图3为本发明具体实施方式三所述的干扰消除的信号流程示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法，双天线卫星通信系统包括定向天线和全向天线；

所述方法包括如下步骤：

步骤一：当卫星地面站遭受来自附近的同波段信号的强干扰时，卫星重复发送训练序列信号z(t)，则启动卫星地面站双天线系统，所述定向天线和全向天线同步接收信号，定向天线接收信号为r(t)，全向天线接收信号为r'(t)；

步骤二：将步骤一中获得的定向天线接收信号r(t)进行下变频处理，获得定向天线中频信号R(t)；

将步骤一中获得的全向天线信号r'(t)进行下变频处理，获得全向天线中频信号R'(t)；

步骤三：将步骤二中获得的定向天线中频信号R(t)进行模/数转换，获得定向天线离散采样序列R(nT_s)；

将步骤二中获得的全向天线中频信号R'(t)进行模/数转换，获得全向天线离散采样序列R'(nT_s)，其中T_s为采样间隔；

步骤四：采用干扰消除模块将步骤三中获得的定向天线离散采样序列R(nT_s)和全向天线离散采样序列R'(nT_s)进行干扰消除，获得对训练序列信号z(t)的估计序列

步骤五：将步骤四中获得的估计序列

与本地的导频序列z(nT_s)对比计算获得均方误差MSE；

步骤六：判断步骤五中获得的均方误差MSE是否满足通信要求，若是，则将步骤四中获得的估计序列

解调输出，向上行链路提示卫星恢复正常通信，结束；若否，则通过向干扰消除模块发送反馈信号，对干扰消除模块进行参数调整，转入步骤四。

如图1所示，双天线卫星通信系统由一个高增益的定向天线和一个全向天线组成，高增益定向天线实时跟踪接收卫星信号。C波段卫星地面站接收天线沿中心轴方向（即入射角θ＝0°)接收信号功率增益为g_r=49.7dB，且当θ≥1°时随着入射角增大接收信号功率增益变化满足：

$g_r\left(\mathrm{\θ}\right)=\left\{\begin{array}{cc}29-25\log \mathrm{\θ}& 1\≤\mathrm{\θ}\≤7\\ +8& 7\≤\mathrm{\θ}\≤9.2\\ 32-25\log \mathrm{\θ}& 9.2\≤\mathrm{\θ}\≤48\\ -10& 48\≤\mathrm{\θ}\≤180\end{array}\right.---\left(1\right)$

设卫星信号入射角为1.5°，则经过下变频后的中频信号可表示为：

s(t)=g_r1·l_p1·d₁(t)cos(ω_ct+φ₁)                (2)

其中信号幅度增益g_r1=10^{(29-25×log1.5)/20}=16.98(12.3dB)，且l_p1为经过卫星发射天线发射增益和时自由空间路径损耗以及其他损耗后到达接收天线端的信号幅度增益值。d₁(t)为归一化的基带数据信号，ω_c=2πf_c为下变频后的中频段载波中心频率且φ₁为相位延迟。

若此时地面站定向天线同时受到邻近的其他地面C波段通信设备(如C波段微波中继)的干扰，且干扰信号入射角为15°，载波中心频率与卫星信号载波中心频率相同(此时对卫星下行链路信号干扰最严重)。则干扰信号可表示为：

x(t)=g_r2·l_p2·d₂(t)cos(ω_ct+φ₂)                (3)

其中地面站接收天线对干扰的幅度增益g_r2=10^{(32-25×log15)/20}=1.35(1.3dB)，且l_p2为经过干扰源的发射天线增益和路径损耗后到达接收天线端的干扰信号幅度增益。d₂(t)为归一化的干扰源基带数据信号，φ₂为相位延迟。

此时地面站定向天线接收信号为：

r(t)=s(t)+x(t)+n(t)                (4)

其中n(t)为接收端引入的噪声信号。此时地面站定向天线的信干噪比SINR可表示为：

$\mathrm{SINR}=\frac{g_{r1}\·l_{p1}}{g_{r2}\·l_{p2}+{\mathrm{\σ}}_n^2}---\left(5\right)$

其中为噪声平均功率。当SINR≥10dB时卫星链路可正常工作，但由于干扰地面站邻近干扰源，干扰信号功率很大，SINR很小甚至出现负值，因此无法满足卫星通信数据有效传输的要求。

双天线卫星通信系统引入辅助的全向天线同时接收卫星信号和干扰信号，通过信号放大后实现干扰抑制。在全向天线端经过下变频后的中频段信号可表示为：

s'(t)=l_p1·d₁(t+Δt)cos(ω_ct+φ'₁)                    (6)

假设借助现有的信号同步技术已保证定向天线和全向天线接收机的信号同步，则有Δt=0且φ₁=φ'₁。同理，在干扰同步的条件下，全向天线接收的干扰信号可表示为：

x'(t)=l_p2·d₂(t)cos(ω_ct+φ'₂)                (7)

其中φ'₂=φ₂。则全向天线的接收信号为：

r'(t)=s'(t)+x'(t)+n'(t)                        (8)

当将r'(t)功率放大g倍时，对定向天线处接收信号实现干扰消除： $\hat{s}\left(t\right)=r\left(t\right)-g\·r^{\′}\left(t\right)$ (9)

$=s\left(t\right)+x\left(t\right)-g\·s^{\′}\left(t\right)-g\·x^{\′}\left(t\right)+n\left(t\right)-g\·n^{\′}\left(t\right)$

当g=g_r2时

满足：

$\hat{s}\left(t\right)=(g_{r1}-g_{r2})\·l_{p1}\·d_1\left(t\right)\cos ({\mathrm{\ω}}_{c}t+{\mathrm{\φ}}_1)+n^{\′\′}\left(t\right)---\left(10\right)$

其中

n″(t)=n(t)-g_r2·n'(t)                        (11)

为噪声信号。式(10)表示经过干扰消除后同波段的干扰信号被完全消除。代入到前面述参数后可知信号功率损失(16.98-1.35)²/16.98²=0.85(-0.72dB)。若假设两天线引入的噪声功率相同，则噪声功率增加1+1.35²=2.8225倍(4.5dB)。因此信干噪比与无同频段强干扰时的情况相比损失了-0.72-4.5=-5.22dB。但由于同波段的强干扰被完全消除，SINR不会出现负值。且当无干扰时卫星通信链路SINR≥15.22dB时，通过引入双天线干扰抑制系统，卫星通信下行链路仍可正常工作。以上推导以模拟信号为例展开，数字序列推导同理。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法的进一步限定，步骤四中，采用干扰消除模块将步骤三中获得的定向天线离散采样序列R(nT_s)和全向天线离散采样序列R'(nT_s)进行干扰消除，获得对训练序列信号z(t)的估计序列

的方法为：

步骤四一：将步骤三中获得的定向天线离散采样序列R(nT_s)存入寄存器1；

将步骤三中获得的全向天线离散采样序列R'(nT_s)存入寄存器2；

步骤四二：将寄存器1中存储的定向天线离散采样序列R(nT_s)进行时延差τ，获得定向天线延时离散采样序列；

将寄存器2中存储的全向天线离散采样序列R'(nT_s)进行放大g倍，获得全向天线放大离散采样序列；

步骤四三：将步骤四二中获得的定向天线延时离散采样序列与全向天线放大离散采样序列相减，获得估计序列

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法的进一步限定，

步骤六中所述通过向干扰消除模块发送反馈信号，对干扰消除模块进行参数调整的方法包括如下步骤：

根据反馈信号的激励线性调整所述时延差τ和放大倍数g，直至干扰消除。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法的进一步限定，所述时延差τ的取值范围为：

其中d为定向天线和全向天线的中心距离，c为电磁波在空气中的传播速度。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法的进一步限定，根据接收端的干扰入射角θ限定放大倍数g取值范围，10°≤θ≤45°。

当放大器倍数g=g_r2时，可实现完全干扰消除。而干扰的增益g_r2只与干扰到达定向天线的入射角有关。当入射角不可知的情况下，无法准确调节放大器倍数实现完全干扰消除，因此需要线性调节g直至干扰消除后的信号MSE满足通信要求。

g的取值范围可根据干扰入射角计算调节。如接收端认为干扰入射角θ范围在10°至45°之间，则可根据公式(1)计算g的取值范围，并在此范围内线性调节g的取值。

Claims (5)

1.双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法，其特征在于，

双天线卫星通信系统包括定向天线和全向天线；

所述方法包括如下步骤：

步骤一：当卫星地面站遭受来自附近的同波段信号的强干扰时，卫星重复发送训练序列信号z(t)，则启动卫星地面站双天线系统，所述定向天线和全向天线同步接收信号，定向天线接收信号为r(t)，全向天线接收信号为r'(t)；

步骤二：将步骤一中获得的定向天线接收信号r(t)进行下变频处理，获得定向天线中频信号R(t)；

将步骤一中获得的全向天线信号r'(t)进行下变频处理，获得全向天线中频信号R'(t)；

步骤三：将步骤二中获得的定向天线中频信号R(t)进行模/数转换，获得定向天线离散采样序列R(nT_s)；

将步骤二中获得的全向天线中频信号R'(t)进行模/数转换，获得全向天线离散采样序列R'(nT_s)，其中T_s为采样间隔；

步骤四：采用干扰消除模块将步骤三中获得的定向天线离散采样序列R(nT_s)和全向天线离散采样序列R'(nT_s)进行干扰消除，获得对训练序列信号z(t)的估计序列

步骤五：将步骤四中获得的估计序列

与本地的导频序列z(nT_s)对比计算获得均方误差MSE；

步骤六：判断步骤五中获得的均方误差MSE是否满足通信要求，若是，则将步骤四中获得的估计序列

解调输出，向上行链路提示卫星恢复正常通信，结束；若否，则通过向干扰消除模块发送反馈信号，对干扰消除模块进行参数调整，转入步骤四。

2.根据权利要求1所述的双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法，其特征在于，步骤四中，采用干扰消除模块将步骤三中获得的定向天线离散采样序列R(nT_s)和全向天线离散采样序列R'(nT_s)进行干扰消除，获得对训练序列信号z(t)的估计序列

的方法为：

步骤四一：将步骤三中获得的定向天线离散采样序列R(nT_s)存入寄存器1；

将步骤三中获得的全向天线离散采样序列R'(nT_s)存入寄存器2；

步骤四二：将寄存器1中存储的定向天线离散采样序列R(nT_s)进行时延差τ，获得定向天线延时离散采样序列；

将寄存器2中存储的全向天线离散采样序列R'(nT_s)进行放大g倍，获得全向天线放大离散采样序列；

步骤四三：将步骤四二中获得的定向天线延时离散采样序列与全向天线放大离散采样序列相减，获得估计序列

3.根据权利要求2所述的双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法，其特征在于，

步骤六中所述通过向干扰消除模块发送反馈信号，对干扰消除模块进行参数调整的方法包括如下步骤：

根据反馈信号的激励线性调整所述时延差τ和放大倍数g，直至干扰消除。

4.根据权利要求2或3所述的双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法，其特征在于，所述时延差τ的取值范围为：

其中d为定向天线和全向天线的中心距离，c为电磁波在空气中的传播速度。

5.根据权利要求2或3所述的双天线卫星通信系统下行链路干扰抑制方法，其特征在于，

根据接收端的干扰入射角θ限定放大倍数g取值范围，10°≤θ≤45°。

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