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指挥控制与仿真

指挥控制与仿真 >

2017 , Vol. 39 >Issue 5: 93 - 99

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2017.05.020

工程实践

基于仿真对透明转发器的干扰分析

  • 李岱若 ,
  • 徐慨 ,
  • 杨海亮 ,
  • 李奇
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  • 海军工程大学电子工程学院, 湖北 武汉 430033

作者简介：李岱若(1993-),男,山东淮坊人,硕士研究生,研究方向为卫星通信对抗。

徐 慨(1985-),男,副教授。

杨海亮(1980-),男,讲师。

李 奇(1994-),男,硕士研究生。

收稿日期: 2017-05-11

  修回日期: 2017-06-12

  网络出版日期: 2022-04-29

收起

Interference Analysis of Transparent Satellite Repeater Based on Simulation

  • LI Dai-ruo ,
  • XU Kai ,
  • YANG Hai-liang ,
  • LI Qi
Expand
  • Naval Engineering University School of Electronic Engineering, Wuhan 430033, China

Received date: 2017-05-11

  Revised date: 2017-06-12

  Online published: 2022-04-29

Fold

摘要

卫星通信系统旨在为接收方传送高质量的信号,确保双方正常通信。一条基本的卫星链路主要由发端地球站、上行链路、卫星转发器、下行链路和收端地球站所组成。由于卫星通信采用远距离通信,而传输信号的功率与传输距离的平方成反比,因此卫星转发器接收和转发的信号都很微弱,容易受到干扰和破坏。在对卫星通信系统进行侦收分析的基础上,对卫星转发器的干扰进行了研究。从转发器干扰功率分析和转发器干扰下的链路性能分析入手,通过仿真对透明转发器在欠饱和线性状态和过饱和非线性状态下不同的ρ(ρ为干扰信号占转发器总带宽的ρ部分频带)时受干扰的信道输入端的载噪比与上行干信比之间的关系进行分析,找到干扰信号占带宽比例和干扰效果以及干扰覆盖区域之间的关系,为下一步干扰机的设计与改进提供了一定的基础。

关键词： 卫星通信; 转发器干扰; 载波与噪声干扰比; 干扰功率

本文引用格式

李岱若 , 徐慨 , 杨海亮 , 李奇 . 基于仿真对透明转发器的干扰分析[J]. 指挥控制与仿真, 2017 , 39(5) : 93 -99 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2017.05.020

Abstract

The satellite communication system is designed to transmit high-quality signals to the receiver to ensure proper communication between the two parties. A basic satellite link consists mainly of originating earth stations, uplinks, satellite transponders, downlink and end-of-earth stations. Since the satellite communication uses long-distance communication, and the power of the transmission signal is inversely proportional to the square of the transmission distance, the signal received and forwarded by the satellite transponder is very weak and susceptible to interference and destruction. In this paper, based on the investigation and analysis of the satellite communication system, the interference of satellite transponders is studied. Based on the analysis of the link performance under transponder interference power and transponder interference, the different ρ (ρ is the interference signal to the total bandwidth of the transponder) in the under-saturated linear state and the supersaturated nonlinear state of the transparent transponder Ρ part of the frequency band), and the relationship between the interference ratio and the interference coverage and the interference coverage area is found. The relationship between the interference signal and the interference coverage area is analyzed. Design and improvement provide a certain basis.

Key words： satellite communications; transponder interference; ratio of carrier to noise and jamming; interference power

卫星传输就是基于卫星这个中继站实现无线通信的过程,卫星转发器承担着转发各个地球站信号的作用,是通信卫星系统的重要组成部分[1]。卫星转发器分为透明转发器和处理转发器两种。透明转发器收到地面各个地球站的信号后,仅进行低噪声放大、变频和功率放大处理后再发向地球站。透明转发器的主要组成部分是高功放器件:行管波放大器(TWTA)或固态功放(SSPA)。透明转发器的特点主要是当输入功率小于某电平(饱和点)时,可以将其近似地看成工作在线性区。当输入功率大于饱和点时,功放就进入饱和区或者过饱和区。处理转发器除了进行信号的转发之外,还具有信号处理能力。
对卫星转发器的干扰以及抗干扰一直以来都是国内外专家学者的热点问题之一,C.Prakash研究了对宽带卫星转发器的干扰及干扰消除工作[2],DH Lee和KS Kim对硬限幅转发器对信号的影响做了研究,并特别注意了信号和干扰源之间的特定相干关系发生的扩频信号完全湮灭现象并明确了常用干扰方案QPSK、MSK的干扰特性[3],CY Lee 和JH Jun研究了数字卫星通信中转发器受到干扰后的干扰抑制能力[4]。本文主要研究对透明转发器的干扰分析,变换思维从干扰方的思维出发,找到了干扰信号占带宽比例与干扰效果以及干扰覆盖区域之间的关系,为下一步干扰机的设计和改进提供了一定参考价值。

1 卫星转发器干扰功率分析

通常情况下通信对抗干扰设备针对卫星转发器进行有效的干扰,需要满足以下的基本条件:
1)卫星通信链路上行信号的工作频率处于干扰设备的可干扰频率范围[fjmin,fjmax]之内。
2)干扰设备要处在卫星覆盖区之内。即干扰机所处的位置要符合一定的要求,即要满足位置条件:
βsj≤β/2
式中,βsj为卫星和干扰设备在地球表面上的射影之间的地心夹角,可由下式计算出[5]:
cosβsj=cos-1(sinφjsinφs+cosφjcosφscos(θj-θs))
式中,θs代表静止轨道卫星的经度,φs代表静止轨道卫星的纬度,θj代表干扰设备的经度,φj代表干扰设备的纬度。对于静止轨道卫星来说,卫星纬度φs=0°,所以上式可以简化成:
cosβsj=cosφjcos(θj-θs)
3)干扰机发射的干扰功率不应该小于将转发器推高至饱和点所需要的上行干扰功率,可以通过下式开展分析[6]:
JSRu=Ju/Cu=EIRPjuGsj/(EIRPtuGstu)
JSRu表示卫星接收天线的输入端接收到的上行干扰功率和单用户载波功率的比值。其中Ju和Cu分别表示卫星通信系统上行链路的干扰功率和用户信号的载波功率,EIRPju和EIRPtu分别表示干扰在上行链路的等效辐射功率和信号在上行链路的等效辐射功率。Gsj和Gstu分别表示卫星接收天线对干扰和对信号的增益。当干扰设备和卫星地球站同处于通信卫星发射的波束范围内时,卫星接收天线对干扰和信号的增益可近似看做相等,即Gsj=Gstu。
卫星转发器工作于饱和点以下功率时,非线性对其的工作状态影响非常小,因此在饱和点以下工作时,转发器的输入输出功率近似成线性的。在达到饱和点以及饱和点以上时,开始出现非线性特征,因此需要通过限幅来保证饱和输出功率 P d s a t u r 。[7]
对卫星通信系统中的转发器,若转发器设计时并未考虑干扰的影响,其输出功率就可以看成是上行链路信号功率加噪声的和。转发器在线性工作状态时的输入功率、输出功率一般要低于最大功率,超过线性状态最高值又低于最大功率即工作在回退状态。令b表示卫星转发器的回退值。
先不考虑对卫星转发器的干扰,卫星转发器通常工作在回退状态下,Nch个信道的信号功率之和加上噪声功率,经过转发器转发增益后就得到饱和输出功率Pdsatur减去回退值b,即
(CuNch+NouWp)Gp=Pdsatur/b
式中,Cu表示用户信号的载波功率,Nch为转发器同时容纳的信道个数,Nou为卫星转发器接收端的单边噪声功率谱密度,即上行噪声功率谱密度。表示转发器总带宽,Wp为转发器的增益,Pdsatur为饱和输出功率,b表示卫星转发器的回退值。
当考虑上行链路干扰时,上行干扰将卫星转发器推向饱和点,回退为0dB(10logb=0,即b=1),并且此时卫星通信系统中的用户数量为U(U≤Nch),则
(CuU+NouWp+Jusatur)Gp=Pdsatur/1
式中,Pdsatur为将转发器推高至饱和点所需要的上行干扰功率。式(5)除以式(6)可以得到:
Jusatur=(b-1)NouWp+(b-U/Nch)CuNch
可以看出,当U=1时,将转发器推至饱和点所需要的上行干扰功率Jusatur最大,为
J u s a t u r m a x=(b-1)NouWp+(b-1/Nch)CuNch
当U=Nch时,将转发器推至饱和点所需要的上行干扰功率Jusatur最小,为
J u s a t u r m i n=(b-1)[NouWp+CuNch]
由上面的分析可以得出结论,到达卫星转发器接收端的干扰功率必须至少大于所有用户信号和噪声功率和的(b-1)倍才能将卫星转发器推向至饱和。
下面详细分析式(9)中各项参数:
Cu表示用户信号的载波功率,由前面分析过的上行链路的信号传输公式可得
Cu=EIRPtuGstu/LtuLAsu
上式表示信号在上行自由空间内,不考虑干扰的情况下,载波遇到的衰减只有上行自由空间损耗Ltu,大气损耗LAsu,自由空间损耗为[6]
Lu=(4πRst/λu)2=(4πRstfu/c)2
将式(11)代入式(10)可得:
Cu=EIRPtuGstu/LAsu(4πRstfu/c)2
上行链路噪声功率为
Nu=NouWp=kTuWp
式中,k为玻尔兹曼常数(1.38×10-23J/K),Tu是卫星转发器接收到的噪声源噪声温度(K),Wp表示转发器信道的噪声带宽(Hz),Nou为卫星转发器接收端的单边噪声功率谱密度,即上行噪声功率谱密度(W/m2)。
当考虑上行链路干扰时,干扰遇到的衰减为上行自由空间损耗Lju,大气损耗LAju,卫星转发器接收端的干扰功率为
Ju=EIRPjuGsj/LAjuLju =EIRPjuGsj/LAju(4πRsjfu/c)2
将式(12)、(13)、(14)代入式(10)可知,将卫星转发器推向饱和,需满足下面的条件:
EIRPjuGsj/LAju(4πRsjfu/c)2≥(b-1)× [EIRPtuGstu/LAsu(4πRstfu/c)2Nch+kTuWp]
为了提高干扰机的效率,一般干扰机会装配在地方的地球站附近,对于静止轨道卫星来说,即Rsj≈Rst,大气损耗LAsu和LAju与自由空间损耗相比可以忽略不计[7],若干扰机使用的干扰频率与通信信号频率接近,即fj≈fu,所以可对式(15)进行化简得
EIR P j u m i n≥(b-1)EIRPtuNch+(b-1)kWp G s t u T u - 1Lju
式中, G s t u T u为卫星的品质因数 G T值,干扰的自由空间损耗Lju可按下面式子进行计算:
Lju=(4πRsjfj/c)2=(4πfj/c)2[R2+r2-2Rrcosφjcos(θj-θs)]
将式(17)代入式(16)可以得到经纬度处于(θj,φj)的干扰设备对经度为θs的静止轨道卫星进行干扰时,其达到干扰效果的最小干扰等效辐射功率为
EIR P j u m i n≥(b-1)EIRPtuNch+(b-1)kWp(4πfj/c)2[R2+r2-2Rrcosφjcos(θj-θs)] G s t u T u - 1
接下来以中卫一号静止轨道卫星(87.5°E,0°)为例子,将相关参数b=3dB,EIRPtu=68dBW,k=1.38×10-23J/K,Wp=36MHz,fj=14.178GHz,取地球赤道半径R=6378km,静止轨道卫星距离地表距离约为36000km,r为卫星到地心的距离r=36000+6378=42378, G s t u T u=4dB/K代入式(18)得
EIRPjumin=1.58489×105×Nch+ 1.1056×10-10 [R2+r2-2Rrcosφjcos(θj-87.5°)]
转发器同时容纳的信道个数Nch不同时,干扰机所需的最小的等效辐射功率EIR P j u m i n可以用干扰机的地理位置(θj,φj)来确定,用Matlab对其进行仿真得图1。
图1 干扰机所需的最小EIRPj
由前面升高距离限制的分析可知,机载干扰机离地面距离不会太远,地方地球站和我方干扰设备的路径损耗接近,但是要对卫星转发器实施有效干扰需要很大的干扰功率,而机载干扰设备受到载重量、容积、电源和天线尺寸等种种因素的限制,很难进行大功率的干扰,因此可以得出结论,对卫星转发器的干扰一般不采用机载干扰设备。
由Matlab仿真图可知对转发器进行干扰时,转发器同时容纳的信道个数Nch越多,地面干扰机所需要的最小有效辐射功率EIR P j u m i n也越大。Nch=10的时候,地面干扰机所需的EIR P j u m i n约为62dBW;Nch=100的时候,地面干扰机所需的 EIR P j u m i n约为72dBW; Nch=200的时候,地面干扰机所需的EIR P j u m i n约为75dBW; Nch=400的时候,地面干扰机所需的EIR P j u m i n约为78dBW。由此可得,即使在转发器同时容纳的信道个数Nch比较小时,地面干扰机所需的最小有效辐射功率也是一个很大的数值。所以,地面干扰机一般要有很大的EIRP值。转发器同时容纳的信道个数Nch比较大时,因为 Nch比较大,一旦干扰成功,会使得数量比较多的地面通信受到影响,对卫星通信系统的损害就比较大。

2 卫星转发器干扰下的链路性能分析

2.1 转发器工作在欠饱和状态

当转发器的输入功率小于某电平(饱和点)时,可以将其近似地看成工作在线性区,这个时候基本可以忽略非线性对转发器的影响。分析转发器受干扰下的链路性能的影响,可以通过观察地球站接收装置解调器输入端的载波功率和对转发器干扰功率功率谱密度之比 C X 0来进行分析:

C X 0= G p G s t d G s d / L d ( N o u + J u / W j ) ( G p G s t d G s d / L d ) C u + N o d C d - 1

式中,Gp为转发器增益,Gstd为卫星发射天线增益,Gsd为地球站接收天线增益,Ld为卫星通信系统下行链路损耗,Nou、Nod分别是上行链路和下行链路噪声功率谱密度,Ju为对转发器的干扰功率,Wj为干扰分布带宽。不同的干扰样式,只需要对Ju/Wj进行修正,确定其干扰分布带宽再进行进一步干扰分析。
将上式化简可得

C X 0= N o u C u + J u / W j C u + N o d C d - 1

由化简后的式子可以看出,地球站输入端的载波功率和对转发器干扰功率功率谱密度之比 C X 0主要由下行链路载噪比和上行链路载噪比以及载干比三部分组成。 C u N o u、 C d N o d可由下式求出[8]:
C u N o u=EIRPt-Lu-L'+ G T s-10lgk-BOi
C d N o d=EIRPs-Ld-L'+ G T r-10lgk-BOo
对于只考虑了噪声而为充分考虑干扰的卫星通信系统来说,比较小功率的干扰落入到信号的频带之内就会使信道的信噪比大大下降,误码率上升,使卫星通信系统的性能大大下降。
在总的干扰功率取一定值的情况下,落在每个信道上的功率随瞬时带宽的增大而减小。部分频带干扰将干扰功率集中在目标所使用的频谱范围内的部分信道上,但不是所有信道。单频干扰和窄带干扰都可以看做是部分频带干扰的特殊情况,单频干扰和窄带干扰、部分频带干扰只能使收到干扰覆盖的信道无法正常通信,而对于其他信道的通信影响很小[9]。显然,当干扰带宽足够大时,且等于目标系统的总带宽时,可以对所有信道进行干扰,但对每个受扰信道的干扰功率减小,影响变小。因此只研究部分频带干扰即可,可以把单频干扰和窄带干扰近似看成部分频带干扰,假设ρ为干扰信号占转发器总带宽Wp的ρ部分频带,即干扰分布带宽Wj=ρWp,所以宽带干扰可以看作频带占有率ρ为1的部分频带干扰。将Wj=ρWp,JSRu= J u C u代入式(21)可得

X 0 C= N o u C u+ N o d C d+ J S R u ρ W p

首先将相关参数代入式(22)、(23),计算出上行链路载噪比和下行链路载噪比,最后代入式(24)并确定ρ的取值就可以得到载噪比和干信比之间的关系曲线。
首先计算 C u N o u,以北京某地球站A(116°E,40°N)通过中卫一号静止轨道卫星(87.5°E,0°)和另一地球站B(113°E,10°N)之间的通信为例子,卫星转发器为软限幅的SSPA,具体的参数如表1,2所示。
表1 地球站A的各项参数表
项目 参数
经纬度 116°E,40°N
天线效率 0.55
发射功率/W 25
天线口径/m 4.5
上行信号频率/GHz 14.178
表2 卫星S的各项参数表
项目 参数
经纬度 87.5°E,0°
BO0/dB 0
G/T/(dB/K) 4
Wp/MHz 36
由文献[9]中的公式可以计算出天线增益为53.9dB,卫星通信系统地球站的等效辐射功率EIRPt等于发射功率加地面站发射天线的增益:
EIRPt=10log25+ π 2 D 2 c 2 f u 2·η=68dBW
卫星通信系统的发端地球站(116°E,40°N)与中卫一号静止轨道卫星(87.5°E,0°)之间的距离Rts可以按下式求出[7,10]:
Rts= R 2 + r 2 - 2 R r [ c o s 40 ° c o s ( 116 ° - 87.5 ° ) ]
取地球赤道半径R=6378km,卫星到地球的距离r=42378km代入上式可以算出Rts=38375km,则由自由空间损耗公式可以计算得出上行链路自由空间损耗的大小为
Lu=92.44+20lgRts+20lgfu=207.15dB
大气损耗L'可以近似看作0,卫星 G T s=4dB/K,输入回退BOi=0代入式(22)可得
C u N o u=EIRPt-Lu-L'+ G T s-10lgk-BOi=93.48dB
同理,中卫一号静止轨道卫星(87.5°E,0°)与卫星通信系统的收端地球站(113°E,10°N)之间的距离可以按文献[7]中的公式求出:
Rsr= R 2 + r 2 - 2 R r [ c o s 10 ° c o s ( 113 ° - 87.5 ° ) ]
可计算出Rsr=36824km,则由自由空间损耗公式可以计算得出下行链路自由空间损耗大小为
Ld=92.44+20lgRsr+20lgfd=205.65dB
卫星的等效辐射功率EIRPs=50dBW,大气损耗 L'可以近似看作零,接收地球站的品质因数 G T r=25.6dB/K,输出回退BOo=0代入(23)可得
C d N o d=EIRPs-Ld-L'+ G T r-10lgk-BOo=98.55dB
将 C u N o u、 C d N o d代入(21)得

C X 0= J S R u ρ W p + 5.8838 × 10 - 10 - 1

卫星通信系统的接收端地球站的话音传输速率Rb为8kbps,门限信噪比Eb/N0=7.0dB,因为C=Eb×Rb,所以可以将门限信噪比乘上传输速率可转化为门限载噪比C/N0=(Eb×Rb)/N0=10log(100.7×8000)=46dB。接收地球站的数据传输速率为9.6kbps,门限信噪比Eb/N0=9.0dB,将其转化为门限载噪比C/N0=(Eb×Rb)/N0=10log(100.9×9600)=48.8dB。
然后确定干扰带宽占总带宽的比例 值,即可由式(32)确定出受干扰信道输入端的载噪比和上行链路干信比的关系曲线图如图2所示。
图2 转发器欠饱和状态下不同的ρ时受干扰的信道输入端的载噪比与上行干信比关系曲线
由Matlab仿真图可知,随着干扰带宽占总带宽的比例的值不断减小,干扰由全频段分布到更小的频带范围中去,在总干扰功率不变的前提下,其干扰功率谱密度增大,干扰效果增强。由图可知,ρ=1时,全频带干扰,当干信比大于29.56dB时,才可以中断发端地球站和收端地球站之间的话音通信,当干信比大于26.76dB时,才可以中断其数据通信。而对于部分频段干扰,比如ρ=0.1时,干信比大于19.56dB会中断两地球站间话音通信,大于16.77dB时才可以中断其数据通信;当频带占有率下降到ρ=0.01时,仅需干信比大于9.561dB就能中断话音通信,大于6.758dB就能中断数据通信。可得出结论:对于部分频段干扰,其频带占有率越小,就可以用越小的干信比中断通信,也就是越容易对信道进行干扰。同样,频带占有率ρ越小,受到干扰的信道数量也会越来越少,可能会影响到干扰效果。所以实际干扰时要结合侦收的相关数据,尽量准确去确定敌方所使用的频段,这样就可以尽可能集中干扰用有限的干扰功率达成中断通信的干信比,对敌方的卫星通信系统进行有效干扰。

2.2 转发器工作在过饱和状态

当转发器的输入功率高于某电平(饱和点)时(Ju>Jusatur),卫星转发器工作在非线性区,非线性特性明显增加,输出功率接近饱和点,进入过饱和状态。这个时候必须考虑非线性如互调噪声、小信号压缩、功率分配等对转发器的影响。
互调干扰主要是指一个受调制的干扰与要接收的信号同时作用于接收端接收机,由于非线性作用,这两个干扰的组合频率有时会恰好等于或接近有用信号频率从而顺利通过接收机,由此形成干扰,其中三阶互调干扰最严重。
小信号压缩会致使信号被一个大于1的压缩因子f[11]所压缩:
Cd=Cu·GgpGstdGsd/L·f
式中,Ggp代表过饱和状态下的转发器增益,Gstd代表卫星发射天线增益,Gsd代表地球站接收天线增益,L代表卫星链路损耗。
功率分配是因为卫星转发器工作在过饱和状态之后,转发器的输出功率接近饱和点不再随输入功率的增加而增加,而是基本处于饱和点保持不变[12]。I0即因为卫星转发器工作在过饱和状态而产生的互调噪声功率谱密度。假设C'、N'和J'分别是经卫星转发器转发到下行链路上的上行信号功率、上行链路噪声和上行链路干扰,则
EIRPs=C'+N'+J'+I0·Wp
工作在过饱和状态下的载噪比为

C ' N '= S N R u f)

工作在过饱和状态下的载干比为

C ' J '= 1 f · J S R u

将式(34)两边同时除以C'再和式(35)、(36)联立可得
C'=EIRPs/ 1 + N ' C ' + J ' C ' + I 0 W p C ' =EIRPs/ 1 + f S N R u + f · J S R u + I 0 C ' · W p
到达接收地球站接收机输入端载波功率C为
C=C'Grd/Ld
式中,C'为经转发器输出的下行功率,Gsd为地球站接收天线增益,Ld为下行空间损耗。卫星地球站接收机接收到的转发器转发的上行链路噪声、干扰和互调噪声之和为:
Nd+Jd+Id=(N'+J'+I0Wp)Grs/Ld
下行链路噪声功率谱密度Nod=kTd,所以可以得到卫星地球站接收端的载波功率和总的干扰和噪声功率谱密度的和的比值为

C X 0= C ' G r s / L d ( N ' + J ' + I 0 ) · G r s / L d + N o d = f N o u C u + f J S R u ρ W p + I 0 C ' + L d k C ' G T r - 1 - 1

可见,Gu的值因为小信号压缩表现在压缩因子f压缩上,Gd的功率通过用户功率、上行噪声功率谱、干扰合成功率、互调项I0Wp进行分配。
继续以某地球站(116°E,40°N)通过中卫一号静止轨道卫星(87.5°E,0°)和另一地球站(113°E,10°N)之间的通信为例子。
根据文献[12]中用INTELSATV转发器为例子,分别计算总结出来载波通过行管波放大器(TWTA)和固态功放(SSPA)的互调干扰公式:
TWTA: C ' I 0=5.38·Wp·1 0 2 × B O 0 10
SSPA: C ' I 0=10.68·Wp·1 0 2.6 × B O 0 10
中卫一号静止轨道卫星使用TWTA放大器,输出回退BOo=3dB,可以计算出:
C ' I 0=5.38·Wp·1 0 2 × B O 0 10=88.87dB
假设上式中的压缩因子f=3dB,根据3.1的计算可知 C u N u=93.48dB, G T r=25.6dB/K,Ld=205.65dB, k=1.38×10-23(即228.6dB), Wp=36MHz,卫星的等效辐射功率EIRPs=50dBW,则根据式(37)可以求出C':
C'=EIRPs/ 1 + f · N o u W p C u + f · J S R u + I 0 C ' · W p =1 0 50 10/ 1 + 10 93.48 - 3 10 × 3.6 × 10 7 + f · J S R u + 10 88.87 10 × 3.6 × 10 7 =105/(1.0799+f·JSRu)
将相对应的参数代入式(40),得
C X 0= f N o u C u + f J S R u ρ W p + I 0 C ' + L d k C ' G T r - 1 - 1 =[ 1 10 93.48 - 3 10+ 10 0.3 3.6 × 10 7× J S R u ρ+ 1 10 8.887+ 10 205.65 - 228.6 10 5 (1.0799+100.3JSRu)· 1 10 2.56]-1=[2.3436×10-9+5.54×10-8× J S R u ρ+ 2.7861×10-10×JSRu]-1
然后确定干扰带宽占总带宽的比例值,即可由式(45)确定出过饱和状态下受干扰的接收机输入端的载噪比和上行链路干信比的关系曲线图如图3所示。
图3 转发器欠饱和状态下不同的ρ时受干扰的信道输入端的载噪比与上行干信比关系曲线
由Matlab仿真图可知,随着干扰带宽占总带宽的比例 的值不断减小,干扰由全频段分布到更小的频带范围中去,在总干扰功率不变的前提下,其干扰功率谱密度增大,干扰效果增强,这与转发器处于欠饱和状态时是一致的。对比卫星转发器处于欠饱和状态和过饱和状态时中断语音通信和数据通信的门限载噪比,如表3所示。
表3 对比转发器处于欠饱和状态和过饱和状态下中断话音数据所需的干信比
干扰占总
带宽比例ρ		 欠饱和状态
下中断话音
传输所需干
信比/dB		 过饱和状态
下中断话音
传输所需干
信比/dB		 欠饱和状态
下中断数据
传输所需干
信比/dB		 过饱和状态
下中断数据
传输所需干
信比/dB
1 29.56 26.54 26.76 23.74
0.5 26.56 23.54 23.75 20.74
0.1 19.56 16.56 16.76 13.76
0.01 9.562 6.565 6.761 3.766
0.001 -0.433 -3.436 -3.299 -6.24
通过上表的对比可以得出结论,对相同卫星转发器进行干扰时,更小的干扰功率就可以使工作在过饱和状态下的转发器的通信被中断,大约减小3dB左右的卫星上行干信比就可以使两地球站通过卫星的话音传输、数据传输小于门限信噪比Eb/N0,使两地球站的通信被中断。即相同的干扰功率对卫星转发器进行干扰时,转发器工作在过饱和状态下的载噪比C/X0减小了,性能损失大约在3dB左右。因此在实际干扰时,干扰带宽的选择应多方面折中考虑。

3 结束语

卫星通信系统的迅速发展,对卫星通信适应现代作战复杂的电磁环境提出了新的作战需求,对卫星转发器的干扰已经成为针对卫星通信的一种重要电子对抗手段。本文研究了透明转发器卫星通信系统在不同工作状态下不同的ρ(ρ为干扰信号占转发器总带宽的ρ部分频带)时干扰与载噪比的关系。载噪比可以和误码率建立联系,进而通过误码率对卫星通信的效果进行分析。
本文通过仿真计算得出了透明转发器卫星通信系统在干扰下的通信能力,而且可以得出干扰信号占转发器总带宽的比例和干扰覆盖区域以及干扰效果的关系,为接下来的干扰机的设计和改进提供了理论分析。

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