卫星通信专题
轨道位置与干扰协调- 卫星轨位与干扰协调 发布时间:2019/7/29 14:14:54
卫星轨位与邻星干扰
静止通信卫星只能工作在赤道上空大约3万6千公里的同步轨道环上。由于天线的收发波束具有一定的宽度,当轨道环上的卫星过于密集,而且相邻卫星的工作波段与服务区均相同时,地面天线既在偏轴方向上辐射出干扰邻星的信号,也会接收到来自邻星的干扰。为了避免相互干扰,地面服务区相同的通信卫星之间需要留有适当的轨位间隔。
轨位申请与协调优先权
轨位和频谱资源的协调和管理机构为国际电联(ITU, International Telecommunication Union)。国际电联规定,各国应在发射通信卫星前申报卫星协调资料,并且完成与邻星的干扰协调。国际电联还规定,申报卫星轨位的优先权取决于相关协调文件被电联公布的日期先后。
亚太地区的轨位资源
在亚太地区,早期的通信卫星集中在美国和苏联、以及两大国际组织Intelsat和Intersputnik手中,主要用于越洋通信业务。1980年前后,中国、印度尼西亚、印度和日本分别采用自造自射、或者买星代发射等方式,相继开通了国内卫星通信业务。当时因为卫星少、地面天线大,轨位资源还不很紧张。到了1990年代,汤加、韩国、泰国、马来西亚、新加坡等国竞相在国际电联登注通信卫星轨位,使亚太地区的轨位成了紧缺资源。值得一提的是,没有实际需求的太平洋岛国汤加抢占了多个有利的轨道位置,而中国却由于对国际规则的不熟悉或不重视,错过了申请轨位的好时机。成立于1988年2月的亚洲卫星公司很幸运,得以赶在抢注热潮之前及时申报了所需的卫星轨位。
地面天线与偏轴增益
天线的峰值增益与偏轴增益之差被称为偏轴增益差。偏轴增益差决定了地面天线发往己星和邻星、或者收己星和邻星的功率比值,或者说,偏轴增益差决定了地面天线的抗干扰能力。
目前,C波段和Ku波段通信卫星的轨位间隔通常为2度到2.5度。按照国际电联在《无线电规则》中给出的估算公式,可以求出不同波段的几种小口径天线在偏轴角为2度和2.5度时的偏轴增益差。附表中的Gmax为天线峰值增益,Goff-axis和G分别为不同偏轴角的偏轴增益和相应的偏轴增益差。
Frequency (GHz) | 4 | 6 | 12 | 14 | 19 | 29 |
Antenna (m) | 3.0 | 3.0 | 1.2 | 1.2 | 0.65 | 0.65 |
G max (dBi) | 40.1 | 43.6 | 41.4 | 42.7 | 40.0 | 43.7 |
Off-axis (deg) | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
G off-axis (dBi) | 24.1 | 21.5 | 21.0 | 21.5 | 23.1 | 21.5 |
G (dB) | 16.0 | 22.2 | 20.3 | 21.2 | 16.9 | 22.2 |
Off-axis (deg) | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 |
G off-axis (dBi) | 19.1 | 19.1 | 19.1 | 19.1 | 19.1 | 19.1 |
G (dB) | 21.1 | 24.6 | 22.3 | 23.6 | 21.0 | 24.6 |
附表:不同波段的小口径天线的偏轴增益差
上述数据表明,天线口径和工作频率决定了抛物面天线的波束宽度与偏轴增益差。天线口径越大,工作频率越高,波束宽度就越窄,偏轴增益差就越大。在此条件下,相应的邻星间隔可以稍小些,同时运作在同步轨道环上的通信卫星也可以更多些。但是,随着技术的进步,卫星功率越来越大,地球站的天线口径越来越小,邻星干扰问题也越来越严重。
干扰协调的判断条件
《无线电规则》建议,数字载波的载扰比(C/I,载波与邻星干扰载波的功率频谱密度之比)应比载波的接收门限高12.2dB。常用的数字载波采用3/4FEC纠错编码,其接收门限约为8dB,C/I应有20dB 。
对于两颗服务区相重叠、性能相似的邻星而言,如果采用上述调制编码方式和载扰比判断标准,能够共同工作的条件为地面天线的偏轴增益差大于20dB。由上表可见,在2度邻星条件下,C波段3米天线和Ka波段0.65米天线的接收隔离度仍有欠缺。估算结果表明,除了卫星性能外,邻星协调要求也是限制地面天线口径的重要条件。
干扰协调与资源利用
国际电联鼓励各国和各卫星公司通过协调方式解决邻星的共存问题,以便能够高效利用有限的轨位和频谱资源。但是,几乎所有的通信卫星都试图覆盖市场需求大的热点地区,几乎所有的卫星公司都不愿意因为天线口径受限而影响其市场开发能力。在双边协调无法解决矛盾时,轨位的优先地位就成为决定因素:至少在理论上,协调地位落后的一方应该限制载波功率和天线口径,以避免干扰地位优先的邻星系统。