刘善财
中国人民解放军75842部队 510880
摘要：卫星移动通信系统在进行多载波传输时，不可避免的会发生相互干扰问题，进而影响正常通信过程。本文首先分析了多载波传输时互调干扰的基本原理，进而介绍了多载波频率选取的基本原则，最后结合三种具体案例详细介绍了多载波频率的选择方法。总之，进行多载波传输时需要对不同载波之间的频率进行科学合理的选择，这样即便多载波之间产生互调干扰问题，其产物频率也不会落入正常工作频率范围以内。
关键词：卫星移动；通信系统；互调干扰；频率选择
引言
卫星移动通信系统中如果内部含有非线性器件，那么在开展多载波传输过程中，时常会出现互调响应，并且滤波器无法将互调产物彻底消除[1]。从而对移动通信过程造成一定程度的干扰，进而影响通信过程的可靠性和稳定性[2]。目前针对卫星移动通信系统互调干扰问题的研究，相关资料主要集中在功率控制、干扰协调等方面，但在如何正确选择频率方面却鲜有资料可查[3]。针对该问题，本文主要阐述了互调干扰中的频率选择问题，对于保障卫星通信系统运行的可靠性，具有一定的理论和实践意义。
1.互调干扰基本原理分析
如果卫星移动通信系统中包含有非线性器件，那么就会对相关信号造成一定程度的影响。特别是同时输入两个以上频率分量信号时，在非线性系统的作用下，会产生新的频率分量。对正常工作频率信号造成干扰的分量就是互调干扰。实际操作过程中互调主要表现为三个方面，分别为发射机互调、接收机互调以及外部效应互调。其中，发射机互调是因为多个载波信号共同作用引起的；接收机互调是因为混频器对信号的非线性处理造成的；外部效应互调主要就是系统中使用的金属型硬件设施发生不良接触造成的。
基于理论分析可知，卫星移动通信系统中，通过非线性系统对信号进行处理后，其输出信号共包含六个部分，依次为直流项、基频项、二次谐波项、二次拍频项、三次谐波项、三次拍频项。理想情况下，输出信号中应该只包含前两个部分，后四个部分都是因为互调干扰产生的。输入信号中的二次倍频项对输出信号中的直流项会产生明显的干扰，输入信号中的三次倍频项会对输出信号中的基频项产生明显的干扰，以上两者均为幅度失真。后四个部分全都是频谱失真。
互调干扰产生的频率全部都是两种以上输入信号频率分量的组合。如果只有两种输入信号，那么互调干扰频率可用以下公式描述：|pf1±qf2|，其中，f1和f2分别表示两个输入信号的频率，p和q均为系数，根据实际情况可以取为0、1和2。利用以上公式可以把所有的互调干扰频率表达清楚。
2.多载波频率选择的原则
一旦多个输入信号频率产生了互调干扰的问题，利用滤波器很难彻底消除，只能采取有效措施从源头上规避互调干扰频率产生。已有的 实践经验表明，卫星移动通信系统中进行多载波通信时，不管是发射机还是接收机都特别容易产生互调干扰问题。如果互调干扰频率处在正常工作频率范围以外，不会对正常通信产生影响；如果互调干扰频率正好处在正常通信频率范围以内，则会对正常通信过程产生不良影响。
如图1所示为卫星移动通信系统转发器的工作原理框图。由图可知，不管是发射机还是接收机均有两个及以上的载波通道。如果发射机多个载波通道同时工作，相互之间干扰产生的产物，很可能会混入其他载波通道，也有一定概率混入接收机载波通道。实际工作中，发射机和接收机的工作频率存在一定差异，比如发射机工作频率通常在6GHz，接收机工作频率通常在4GHz。所以互调干扰产生的谐波频率很有可能落入正常工作频率范围，对正常通信造成干扰。另一方面，很多情况下卫星移动通信系统会在地面和卫星两个部位同时进行放大转发，这种工作模式特别容易产生两级互调响应，最终引发更多的互调产物。
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3.不同场景频率选择的案例分析
3.1.对系统内其它用户干扰
当两个通信终端a和b的距离相对较近，且它们正常工作频率也比较接近时。终端a上行使用多载波通信时造成的互调产物会落在终端b上行工作频率上，对终端b的正常通信造成一定程度的干扰。假设终端a和b的正常工作频率均在（fmin, fmax）范围内，终端a的正常工作频率f1已经在该范围内选取，需要根据实际情况在该范围内选取终端b的工作频率f2。确定f2的目标是防止两者之间产生的互调干扰产物频率f3落入到（fmin, fmax）范围内。根据理论计算f2的选取范围应该遵循以下原则：当f1≤(2fmin+fmax)/3时，则f2应该在（(fmax+f1)/2，fmax）范围内取值；当f1＞(2fmin+fmax)/3时，则f2应该在（2f1-fmin，fmax）范围内取值。基于以上原则得到的f2可以保障，两个载波信号互调干扰产生的频率f3不会落入到（fmin, fmax）范围内，进而确保通信过程的正常和稳定进行。
3.2.对本用户接收机干扰
在终端a上行工作频率和下行工作频率相差不大的情况下，上行阶段工作时多载波之间的互调干扰产物频率，很有可能会落入到下行阶段工作时的频率范围内，进而对接收机的正常工作产生不良影响。假设终端a上行工作频率和下行工作频率范围全部为（fmin, fmax）。其中上行工作频率已在上述范围内选定为f1，现需要根据实际情况在该范围内选定下行阶段的工作频率f2，确保上行阶段的多载波互调干扰产物频率f3不会落入到（fmin, fmax）范围内。根据理论计算f2的选取范围应该为（2f1-fmin，2f1-fmax）。在以上范围选定的f2可以保障上行多载波互调干扰产物频率f3不会落入到（fmin, fmax）范围内，进而确保下行阶段通信的正常开展。
3.3.两级放大造成的干扰
终端a在上行阶段进行多载波通信过程中引起的互调干扰产物，由于无法利用滤波器对其彻底消除。该互调干扰产物会与有效通信信号一起输送到卫星转发器中，互调干扰产物频率和有效通信信号频率又会产生相互干扰，产生二次互调干扰产物。这些互调干扰产物最终都可能落入到正常工作频率范围内，对通信过程造成干扰。已有的实践和理论经验均表明，对于以上这种情况很难通过对频率的合理选择来完全规避这种问题。
4.结束语
卫星移动通信系统中进行多载波传输时，不同载波之间不可避免的会发生互调干扰问题，进而产生干扰产物，产物频率很有可能会落入到正常通信频率范围内，进而对通信过程产生不良影响。本文在分析互调干扰基本原理以及多载波频率选取基本原则的基础上，结合三种具体案例详细介绍了多载波频率选择的方法，对于规避卫星移动通信系统中多载波之间的相互干扰，提升通信效果具有重要的实践意义。
参考文献
[1] 刘为，王琳，温文坤，等. 卫星移动通信地面终端单跳直通技术方案[J]. 中国电子科学研究院学报. 2021, 16(04): 374-385.
[2] 王洪锋，陶雪娇，马红永. 我国卫星干扰源定位的邻星选择与干扰应对措施研究[J]. 中国无线电. 2021(02): 31-33.
[3] 孔景娜. 基于强化学习的卫星通信智能抗干扰决策探讨[J]. 无线互联科技. 2021, 18(05): 3-4.