随着对通信需求地不断增长,低轨卫星通信系统已经成为一个备受关注的领域,各国和商业公司也纷纷加入到低轨卫星建设的浪潮中。然而卫星数量的增加使得频率和轨道资源变得非常拥挤。合理和高效利用频谱资源有助于推动低轨卫星系统可持续的建设和发展。为实现频谱轨道资源的高效利用,须研究大规模低轨卫星星座系统与其他无线电系统之间的干扰机制,基于系统间的干扰特性并制定相应的干扰规避策略。宽带低轨通信卫星广泛采用Ku、Ka和Q\V等频段。这些频段也适用于其他通信业务,例如地面通信业务、静止轨道卫星固定和卫星广播业务等。为了不对已有的通信系统造成有害干扰,宽带低轨通信卫星需采取相应的干扰规避措施。除了考虑同频系统之间的兼容性,非对地静止轨道（NGSO）卫星系统还需要考虑与邻频系统之间的频谱共存。例如射电天文业务（RAS）,其频率包括Ku频段的10.6～10.7GHz以及Q\V频段的42.5～43.5GHz,并且与NGSO卫星固定业务的频段相邻。由于射电天文系统对有害干扰的约束非常苛刻,低轨通信卫星系统设计需要考虑与RAS之间的频谱共存。为了解决低轨卫星通信系统频谱兼容性的挑战,这里探索了低轨卫星通信系统与静止轨道（GSO）卫星系统之间、低轨卫星系统之间以及低轨卫星系统与射电天文系统之间的兼容性。低轨卫星通信系统与GSO卫星系统之间的兼容性挑战在于干扰规避策略的设计。ITU RS.1503建议书已经规定了低轨卫星系统对GSO卫星系统的干扰评估方法,并且卫星操作者可以通过ITU所提供的GIBC干扰仿真模块来验证低轨卫星系统是否对GSO卫星系统产生有害干扰。规避低轨卫星系统对GSO卫星系统的干扰常用策略包括空间隔离、功率控制以及波束成形等方法。渐进倾斜是由One Web公司提出的一种基于空间隔离的干扰规避技术,旨在保证低轨卫星与GSO卫星系统之间存在一定的角度隔离,从而规避有害干扰。除了规避干扰,低轨卫星星座系统的无缝覆盖是一个非常重要的指标。渐进倾斜策略的设计需在满足空间隔离和无缝覆盖的约束下尽可能地降低对低轨卫星通信容量的影响。基于对干扰特性的研究,下行最差干扰事件发生时,低轨卫星、GSO卫星以及GSO卫星系统地球站三点共线。为了满足共线干扰和无缝覆盖条件,我们建立了一个带约束的系统容量最大化的优化问题。通过对优化问题进行离散化,我们提出了一种结合暴力搜索和遗传算法的求解方案。根据仿真结果,该方案满足约束的条件下能够对卫星系统的通信容量进行最大化。低轨卫星系统之间的频谱兼容性挑战包括对有害干扰的评估以及干扰规避策略的研究。对于低轨卫星系统之间的干扰,目前国际上并没有公认的干扰评估指标以及工具。本文对低轨卫星通信系统之间的干扰进行了深入的研究。时变特性是低轨卫星系统之间干扰的主要特征之一。当干扰卫星、被干扰卫星以及相关地球站的位置三点共线时,干扰最为强烈并且持续时间较短。为了评估低轨卫星系统之间的干扰,我们对干扰场景进行提炼并提出了相应的干扰分析模型。首先我们对干扰进行分类,并通过随机几何对被干扰卫星系统信干噪比进行理论分析。此外NGSO卫星可能采用复杂的选星方式,这使得干扰的理论分析变得非常困难。因此,我们对低轨卫星系统之间的干扰建立仿真模型,该模型能够支持干扰规避策略、波束调度策略以及干扰场景的输入。最后为了对有害干扰进行评估,我们采用的干扰评估指标包括可用性,通信容量恶化程度以及频谱效率的恶化程度等指标。低轨卫星通信系统与RAS之间频谱兼容性的挑战包括对干扰的评估以及干扰规避策略的设计。为了评估低轨卫星系统对RAS的干扰,根据ITU的规定和建议,我们开发了一个干扰分析和仿真框架。该框架可以仿真单个NGSO卫星星座的对射电望远镜的干扰,也可以分析多个NGSO卫星系统产生的集总干扰。通过输入卫星系统参数,包括星座配置、用户分布和波束调度策略,该框架能够预测不同纬度和观测方向下射电望远镜所受干扰的分布。仿真结果可以用来指导干扰规避策略的制定。本文主要围绕着低轨卫星通信系统的频谱兼容性研究展开,为低轨卫星星座系统设计提供输入。为实现频率和轨道资源的高效地利用,需要对频谱使用加以约束以保证不同通信系统之间的和谐共存。根据频率划分,与低轨卫星通信系统存在干扰的系统包括静止轨道卫星系统、地面通信系统以及射电天文等系统。研究低轨卫星系统相关的干扰,对实现可持续的频谱资源利用至关重要。