大规模非静止轨道互联网卫星星座间同频干扰分析和干扰规避研究

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大规模非静止轨道(Non-geostationary Orbit,NGSO)卫星系统具有传输时延小、全球覆盖等特点,近年来成为研究的重点。而大规模NGSO卫星系统的大量部署也带来了频轨资源紧张的问题,大量的NGSO卫星系统之间会造成严重的同频干扰。现有的干扰分析与干扰规避方法主要针对同步轨道卫星间、同步轨道与NGSO卫星系统间提出,在针对大规模、高动态的NGSO系统间干扰存在缺少合理建模、计算复杂、难以准确刻画干扰特征的问题。针对上述问题,本文对NGSO星座系统间干扰场景特点、干扰评估方法及空域干扰规避方法开展了研究。首先,针对未来大规模NGSO星座系统卫星数量多、卫星相对位置时变以及波束灵活可变的特点,本文对现有典型大规模NGSO星座的频率、波束、轨道特性进行了梳理,得到馈电链路间的干扰场景、用户链路间的干扰场景、馈电与用户间的干扰场景等三类典型干扰场景,并进一步对不同场景干扰的特点以及异同之处进行了分析。在此基础上,建立了面向NGSO动态干扰场景的多波束干扰分析模型,并对NGSO卫星动态特性以及不同链路中多天线、多波束的特点对系统间的传输信号与干扰信号进行了描述。其次,对典型大规模NGSO星座系统间的同频干扰进行了仿真分析。本文以国际电信联盟(International Telecommunications Union,ITU)规定的经典干扰分析指标为基础,结合动态特性下的多波束信号模型,对One Web与Starlink两个典型NGSO卫星星座间的干扰程度进行了评估。经过仿真分析,不同的NGSO星座系统会对同频的其他系统造成非常严重的干扰甚至造成长时间的通信中断。同时,仿真分析了不同仿真步长、地面站隔离距离、地面站纬度位置等建模参数对结果的影响,相关结果能够对星座设计及地面站布设提供指导。最后,针对NGSO星座系统之间同频干扰规避问题,传统的干扰规避方法在面对集总干扰及高动态特性时具有很大局限性。本文针对实际中影响最大的共线干扰规避问题,基于未来相控阵灵活波束控制的发展趋势,提出了基于波束切换与零陷展宽的干扰规避技术组合,通过将地面站波束切换至可视范围内的其他卫星,使得共线干扰成为旁瓣干扰,再利用旁瓣零陷展宽的自适应波束形成方法对高动态环境下的旁瓣干扰进行抑制实现完整可靠的干扰规避。所提方法使用One Web与Starlink星座间干扰场景进行了仿真验证,仿真结果证明波束切换与零陷展宽的组合方法能够有效减少低轨星座间的干扰,提高链路质量。
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