航天通信科技论文
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航天通信科技论文篇一
3G通信基站对于航天测控频段的影响及消除方法研究
摘 要：按照统一测控频段规定，航天器测控频段为S频段，与3G通信频段相邻，对卫星地面站接收信号有干扰，严重的会导致S频段不可用。其原因在于3G通信信号的频段与卫星地面站S频段间存在频率距离过近甚至重叠的现象。这会导致卫星地面站S频段的前端放大器出现饱和，致使卫星的对地信号无法进入接收系统。
【关键词】S频段 3G通信 电磁干扰 误码率
1 研究的背景和意义
众所周知，随着信息化进程的不断推进，人们已经越来越不满足于现有GSM/CDMA网络以窄带方式提供的单一语音服务。而3G通信系统具有提供更大的系统容量和更灵活的高速率、多速率数据传输的能力，除了语音和数据传输外，还能传送高达2Mbit/s的高质量的活动图像，真正实现“任何人，在任何地点、任何时间与任何人”都能便利通信这个目标。所以，3G在全球得到了快速的发展，一部分国家已经迈入了3G通信时代，在该趋势下，越来越多的3G通信基站将会被建立。但是，卫星地面站的S频段接收工作频率为2200～2300MHz，3G移动通信的下行频率2110～2170MHz，与S频段接收频率仅间隔30MHz。3G通信信号对卫星地面站S频段信号接收存在电磁频段干扰。这就使得遥感卫星地面站附近的3G通信基站工作时对地面站接收卫星数据造成巨大的影响。情况严重时甚至会导致地面站的S频段不可用，致使地面站无法对卫星的进行测控。如，我国三亚遥感卫星地面站受3G通信基站的影响，S频段无法工作。如果由于3G基站的设立而造成航天测控任务失败，有可能造成巨大的经济损失。从促进我国信息化产业的发展的角度看，遥感卫星地面站和3G移动通信都很重要，如何减少3G通信基站对于航天测控频段的影响，使得二者能够“和平共处、相互促进”就成为了一个急待解决的问题。
2 遥感卫星地面站
2.1 工作原理
遥感卫星地面站主要完成对在太阳同步轨道上运行的遥感卫星捕获、跟踪、实时接收、记录下行的遥感数据及遥测数据，针对不同的遥感卫星载荷完成遥感数据的快视成像及显示，通过指定的方式输出、存储遥感原始数据和遥测数据。
地面站设备系统主要包括天伺馈分系统、跟踪接收分系统、接收和处理分系统、数据记录与快视分系统、监控与管理分系统、测试标校分系统、时频分系统以及技术保障分系统等部分。地面站执行一次卫星过境接收任务前，首先由监控管理分系统根据卫星星历数据计算并控制天线指向卫星出现的方位，并控制天线完成方位和俯仰预置或进行空域搜索;当卫星进入地面站天线主波束范围时，接收机捕获信号，然后天线的跟踪伺服系统闭环，对卫星进行角度跟踪。为得到较大的跟踪捕获范围，系统可以先采用S波段跟踪系统进行宽波束引导，并由S波跟踪设备的FFT对信号进行快速频率捕获;然后天线的跟踪伺服系统闭环，对卫星进行角度跟踪。当S波段跟踪系统已可靠的完成对卫星的捕获跟踪后，再由ACU切换到X波段跟踪设备，使天线对卫星精确跟踪。同时，系统进入遥感数据接收状态。
X波段和S波段跟踪信号变频为70MHz中频信号，跟踪接收机收到并锁定下行信号后，送出AGC电压指示和角跟踪误差电压给天线控制单元，使伺服回路闭环，实现对天线驱动轴的控制，完成角跟踪，并输出测角数据。
卫星的两路下行数传信号经天线进入馈源，再经场放和下变频器，变成1200MHz中频信号进入中频切换单元;该中频信号经中频分配单元分别送给两个解调器完成QPSK或BPSK解调，并输出I、Q之路的数据流和时钟信号;这些信号经基带数据分配单元送给数据记录及快视分系统，完成遥感数据的实时记录及快视。
2.2 地面站选址及建筑设计要点
(1)选址应远离市区，避免高大障碍物遮挡和电波干扰。天线主波束的方向必须避开居民点，以防天线产生的高频电波影响人体健康。站址地基条件要好。
(2)总体布局一般由天线和中央控制室以及仪表测试室等组成主体建筑。主体建筑、辅助用房和生活用房均按功能分区布置。如1973年建成的上海国际卫星通信地面站，将主体建筑布置在场地后部中央地段，辅助用房和生活用房布置在两翼。
(3)天线基础设计要求严格，地基要有足够刚度。有不少地面站的天线基础直接设在天然岩石地基上，以保证使用上的高精度要求。
(4)中央控制室需设空调，一般室温要求冬季在20℃以上，夏季低于25℃;相对湿度不大于70%。中央控制室要作隔振和吸声处理，以免空调系统影响通信设备。
(5)供电设计可靠性要求高，除具备两路外线电源和一路备用电源外，还要有自动切换装置或确保交流电不间断的电源设备。
3 仿真分析
为了分析3G信号对于航天测控数据的影响，我们建立了基带链路仿真分析平台，对于天线同时接收到的航天测控数据和3G数据进行仿真分析，研究其对航天测控数据误码率的影响。
通过该仿真分析，研究解调后的数据误码率受3G信号影响的程度，以确定进入天线口面的3G信号强度的上限。使用Simulink作为仿真工具，开展研究工作。
3.1 3G信号干扰仿真
按照图1仿真模块进行仿真。
根据仿真我们得到表1中的数据结果。通过分析上述表1实验结果我们得到：当Eb/N0 ≥7时，误码率为恒定值0.008758。此时，前端低噪放不饱和，3G信号对地面站接收信号的干扰无影响，误码率没有发生变化。通过仿真分析，可以得知，落到带内的3G信号的谐波部分对于采用QPSK调制和RS编码的航天测控数据误码率影响影响甚微，可以认为，只要前端放大器不饱和，进入S频段3G信号对于航天测控数据误码率无影响。因此，只要保证3G信号强度不使前端低噪放饱和，就不会对地面站接收航天测控数据造成影响。
3.2 干扰计算
卫星地面站的S频段接收工作频率为2200MHz～2300MHz，联通WCDMA下行频率为2130～2145MHz，与S频段接收频率仅间隔55MHz。卫星地面站的接收最低仰角为3°，该基站的高度文件说是30米，与我方接收天线存在约10米高差，基站发射的信号不会被卫星地面站天线的波束主瓣接收，但旁瓣可以收到。 天线第一副瓣的增益比主瓣低15dB(约为30.5dB);卫星地面站天线为圆极化接收天线，联通的信号为垂直极化信号，用圆极化天线接收垂直极化天线的极化隔离为3dB;低噪放前采用了预选滤波器对2145MHz的信号进行抑制，但该措施会导致系统S频段G/T值的恶化，折中考虑后，在低噪放前端增加了40dB抑制度的滤波器(损耗0.4dB)。
卫星接收信道前端采用的S频段低噪放增益为60dB，P-1(1dB压缩点)为10dBm，接收到的WCDMA信号在LNA入口不能高于-50dBm，否则会引起LNA饱和，对接收性能造成恶化。等效到天线入口的信号强度不能超过-50+40+3-30.5=-37.5dBm，即基站的信号经过空间损耗传播后，在天线口面其信号强度不能超过-37.5dBm。因此，要求基站发射的信号空间损耗不小于68.7+37.5=106.2dB。
根据电磁波的自由空间损耗计算公式，(距离较近，忽略大气损耗和地物遮挡)：L=32.44+20lgR(km)+20lgF(MHz)
计算可知，当R≥2.27Km时，卫星地面站S频段前端LNA不会出现饱和。
4 结论
为了降低3G基站通信信号对卫星地面站S频段信号接收的影响，可以采取以下措施：
(1)在卫星地面接收站周围的一定区域内禁止修建移动通信基站;
(2)在卫星地面接收站设备中采用高性能的预选滤波器对3G通信的信号进行抑制。
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作者单位
测绘遥感信息工程国家重点实验室 湖北省武汉市 430040