衛(wèi)星通信鏈路計算過程

1、衛(wèi)星通信鏈路計算過程It was last revised on January 2, 2021衛(wèi)星通信鏈路計算過程星通信載波的鏈路汁算方法為，先分別計算上行和下行鏈路的載波功率與 等效 噪聲溫度比C/T或者載波與噪聲功率比 C/N、以及載波與干擾功率比 C/I,再求出考慮 干擾因素的系統(tǒng)載噪比 C/(N+I) 和載波的系統(tǒng)余量。上下行 C/T上行和下行 C/T 的計算公式分別為C/T 產(chǎn) EIRPE - Lossv + G/TgC/L 二 EIRPs - LOSSD + G/T“s式中的EIRPE和EIRPs分別為載波的上行和下行 EIRP, Lossv和Loss。分別為總的 上 行和下行傳

2、輸衰耗，G/Tsa:和G/Te， s分別為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和地球站的接收系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)。上式中的數(shù)據(jù)均為對數(shù)形式。C/N 與 C/T 的關(guān)系C/N 與 C/T 的關(guān)系式為C/N = C/T - k - BW X = C/T + 228. 6 - BW X式中的k為波茲曼常數(shù)，BWx為載波噪聲帶寬。式中的數(shù)據(jù)均為對數(shù)形式。C/I 與 C/IM衛(wèi)星通信載波需要考慮的干擾因素主要有，上行和下行反極化干擾C/Ig ;和C/I"、以及上行和下行鄰星干擾(；/1樣和C/Ia。此外，還需考慮轉(zhuǎn)發(fā)器在多載波工作條件下的交調(diào)干擾 C/IM 。C/N 與 C/I 的合成由多項C/N和C/I求取總的C/N、C/I

3、、以及C/(N+I)的算式為(C/N tz F 二(C/Nv )_1 + (C/N d )-1(c/lz )-1 = (c/s )_1 + (C/Uu )-1 + (C/IM) -1 + (c/s )_l + (C/IASJ, F(C/(N+I)F = (C/Nz F + (C/S上述三個算式中的數(shù)據(jù)均為真數(shù)形式。山多項 C/N 和 C/I 求取總的 C/(N+I) 的步驟也可為(C/(N+I)v ) _1 = (C/Nv F + (C/qy (C/Uv ) _1(C/(N+I) D F = (C/% )_1 + (C/I" F + (C/4 ) _1 + (C/IM) -1(C/(

4、N+I) _1 = (C/(N+I)v ) -1 + (C/(N+I) D)r上述兩種不同訃算步驟所得到的結(jié)果是相同的。系統(tǒng)所需的 Eb/N 。與 C/N數(shù)字載波解調(diào)器對載波的每 bit能量與噪聲密度之比Eb/凡通常有一個最低要求，由 此數(shù)據(jù)可以求出系統(tǒng)所需要的最低 C/N。C/N = Eb/Nol + 201og(R Data) - BW X上式中的R為真數(shù)形式的載波數(shù)據(jù)速率或信息速率，其余的數(shù)據(jù)均為對數(shù)形式。系統(tǒng)余量系統(tǒng)余量為系統(tǒng)的C/(N+I)與系統(tǒng)所需最低C/N之差值。數(shù)字載波的鏈路預(yù)算設(shè)計衛(wèi)星通信線路時，通常先選定通信衛(wèi)星和工作頻段，根據(jù)和用戶需求，選擇系統(tǒng)所用的天線口徑、調(diào)制和編碼

5、方式，然后通過鏈路汁算，驗證所設(shè)訃線路的可行性與合理性。合理的設(shè)計應(yīng)保證系統(tǒng)略有余量，同時使系統(tǒng)所占用的 轉(zhuǎn)發(fā)器功率資 源與帶寬資源相平衡。如果鏈路預(yù)算結(jié)果說明，在功率與帶寬相 平衡時所得的系統(tǒng) 余量過大或缺乏，可以改變天線口徑，或調(diào)制、編碼參數(shù)，對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化?？紤]到口前的話音、 數(shù)據(jù)通信和電視播送的主流是數(shù)字化， 這里只介紹數(shù)字載 波的。 表中列舉了兒種不同類型的業(yè)務(wù)，它們共用一個 36MHz 帶寬的 C 波段轉(zhuǎn) 發(fā)器。載波帶寬計算載波帶寬時，通常按下式先從被傳輸?shù)男畔⑺俾?、糾錯碼率和調(diào)制方式，求出符號速率。符號速率=(信息速率/ FEC編碼率/ R-S編碼率)*調(diào)制因子 如果有報頭的話，

6、 應(yīng)將其計入信息速率中。前向糾錯 (FEC)編碼率通常為1/2、2/3、3/4、5/6和 7/8, Reed-Solomon 編碼率常用 188/204。 BPSK、 QPSK、 8PSK 和 16QAM 的 調(diào)制因子分別為 1、 1/2、 1/3 和 1/4o載波噪聲帶寬和占用帶寬的取值應(yīng)分別為符號速率的 1.2倍和 1.4倍。局部設(shè) 備商強(qiáng) 調(diào)其調(diào)制波的占用帶寬可圧縮到符號速率的 1. 35倍甚至 1. 3倍，但通常 不被衛(wèi)星操 作者所接受。在鏈路預(yù)算中，載波噪聲帶寬將被用于計算C/T、C/X 和 Eb/N 。之間的關(guān)系，占 用帶寬將被用于決定載波工作頻率，以及訃算載波的輸出和輸入回退量。

7、輸出和輸入回退通信轉(zhuǎn)發(fā)器的功放級多釆用行波管放大器TWTA或固態(tài)功率放大器SSPA o這兩種放大器在最大輸出功率點附近的輸出 / 輸入關(guān)系曲線為非線性。多載波工作于同一個轉(zhuǎn)發(fā)器時，為了防止非線性放大器產(chǎn)生的交調(diào)干擾，必須使使放大器 工作在線性狀 態(tài)。這時，整個轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率遠(yuǎn)低于最大功率。采用 TWTA 的 轉(zhuǎn)發(fā)器在線性工 作狀態(tài)時的輸出功率，通常比最大功率低4.5dB。也就是說，整個轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出線性回退約為 4. 5dBo轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入回退量可根據(jù)輸出回退量，在中查得。對于采用 TWTA 的轉(zhuǎn)發(fā)器， 輸 入回退量一般比輸出回退大 6dB 上下。對應(yīng)于 4.5dB 的輸出線性回退，轉(zhuǎn)發(fā) 器的輸

8、 入線性回退約為 10. 5dBo在鏈路預(yù)算中，載波輸出回退和輸入回退將分別被用于計算載波的下行和上行EIRPo用戶載波的功率分配功率和帶寬同為轉(zhuǎn)發(fā)器的重要資源。用戶所能占用的轉(zhuǎn)發(fā)器功率應(yīng)與他向衛(wèi)星公司租用的轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬相平衡。在一般情況下，用戶載波所占用的轉(zhuǎn)發(fā)器功率與轉(zhuǎn)發(fā)器總功率的比值，應(yīng)該和用戶租用帶寬占轉(zhuǎn)發(fā)器總帶寬的比例大致相 等。載波功率的輸出回退值與轉(zhuǎn)發(fā)器線性回退之差值， 即為載波占用轉(zhuǎn)發(fā)器功率的 比例。 當(dāng)載波在轉(zhuǎn)發(fā)器中的功率占用率與帶寬占用率相平衡時，OBOc 二 0B0? + 10 lg B% / BWc式中，OBOc為載波的輸出回退值，0B0樹為轉(zhuǎn)發(fā)器的線性輸出回退值，BW?和

9、分別為轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬和載波租用帶寬。上式說明，轉(zhuǎn)發(fā)器的線性輸出回退值 越低，或者 載波帶寬越寬，載波所分配到的功率就越高；轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬越寬，載 波所分配到的功 率就越低。SFD與上行EIRP轉(zhuǎn)發(fā)器的飽和通量密度 SFD反映衛(wèi)星信道的接收靈敬度。接收靈敏 度越拓，所 要求的上行功率就越低。不過，一味提高 SFD并不是好事。因為降低上 行功率 的同時，也將相應(yīng)降低上行載噪比和上行抗干擾能力。值得一提的是，通過調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)器信道單元中的可變衰耗器，可以改變SFD的數(shù) 值。因此，在轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù)表中，一般會注明SFD是某個衰減檔的對應(yīng)值。在取 用SFD參數(shù)時，應(yīng)該根據(jù)參數(shù)表中的參考衰減檔與轉(zhuǎn)發(fā)器當(dāng)前所用衰減檔的差值

10、，對參數(shù)表中的SFD數(shù)值加以修正。上行載波的 EIRP 可按下式求得，EIRPz二SFD -載波輸入回退-G。+上行傳輸損耗式中的G。為單位面積的標(biāo)準(zhǔn)天線增益。載波的上行EIRP用于計算上行G/T與上行站的天線發(fā)送增益和功放輸出功率。上行和下行 C/TC/T 為載波功率與等效噪聲溫度之比，上行與下行 C/T 的計算公式均為，C/T = EIRP - 傳輸損耗 + G/T計算上行C/T時，上式中的EIRP為載波的上行EIRP,傳輸損耗為上行損耗， G/T為 轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù)。計算下行 C/T時，上式中的EIRP為載波的下行EIRP,傳 輸損耗為下行 損耗， G/T 為地面接收系統(tǒng)的參數(shù)。鏈路預(yù)算的對象

11、也可以是 C/N,它與C/T的關(guān)系為，C/N = C/T - BW X - k式中， BW 、?為載波噪聲帶寬， k 為波茲曼常數(shù)。三項干擾因素的估算在鏈路預(yù)算中，除了上行與下行的 C/T或C/N夕卜，通常還需考慮反極化干擾、 鄰 星干擾和交調(diào)干擾等因素。這三項干擾因素的計算，因數(shù)據(jù)缺乏而很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果。由于它們對鏈路預(yù)算結(jié)果的影響很有限，為此，通常只采用簡化 的估算方法。反極化干擾應(yīng)考慮被干擾信號與反極化干擾信號的功率譜密度之比，以及地面天線和衛(wèi)星收發(fā)天線的極化隔離度的綜合影響。 假設(shè)兩個極化的轉(zhuǎn)發(fā)器的工作 狀態(tài)相同， 兩個極化的載波都只占用轉(zhuǎn)發(fā)器平均功率，反極化干擾的載波干擾 比C/I

12、即可簡化為 天線極化隔離度的綜合影響。一般而言，在鄰星干擾中，下行干擾起決定作用。鄰星干擾的 C/I 大致由雙方 載波在 接收站點的下行 EIRP 譜密度之比與接收天線的偏軸增益差 地面天線 指向所用衛(wèi)星 的最大接收增益與指向鄰星的偏軸接收增益之差值 決定。衛(wèi)星操作者通常都要求用戶為發(fā)送多載波的上行站功放預(yù)留足夠的線性回退。因此，交調(diào)干擾可以只考慮由轉(zhuǎn)發(fā)器引起的局部。交調(diào)干擾的 C/I 大致山轉(zhuǎn)發(fā) 器的線性回退 量和相鄰載波與被計算載波的功率譜密度之比決定。鏈路載噪比與系統(tǒng)余量 鏈路預(yù)算需要綜合考慮上行 C/N與下行C/N、以及各種干擾所產(chǎn)生的 C/I,最后求得相 關(guān)載波鏈路的系統(tǒng)C/N。相關(guān)

13、算式為(C/N) t° 二(C/(N+I) + (C/(N+I)o?=(C/N) up'1 + (C/I)嗣+ (C/I)陰 T + (C/N) do-1 + (C/I) : ?q+ (C/I)期+ (C/I)*)上式中，(c/g+D)?和(c/(+D)g分別為上行和下行的載波與噪聲干擾比，(c/D八-p和(c/Dxps分別為上行和下行的載波與反極化干擾比，(c/D如“和(C/I)如*分別為上行和下行的載波與鄰星干擾比，(C/I)珂為下行載波與交調(diào)干擾比。上式中，所有的原為對數(shù)形式的載波噪聲比和載波干擾比，都需在換算 為真數(shù)后，再進(jìn)行倒數(shù)求和計 算。山此得到的系統(tǒng)c/x,還得

14、再次換算為常用的對數(shù)形式，單位為dB。采用不同的調(diào)制和編碼方式的數(shù)字載波，都對應(yīng)有一個最低要求的Eb/N。值。通 過換算，可以求得相關(guān)載波所需的最低 C/N 值。載波鏈路的系統(tǒng) C/N 估算值與載波所需的最低 C/N 值之差，為相關(guān)載波的系統(tǒng) 余量。 在不考慮降雨衰耗時，系統(tǒng)余量以 1到2dB較為適宜。余量太低時，系 統(tǒng)工作將不 夠穩(wěn)定；余量過高時，將增加不必要的設(shè)備本錢。干擾估算的簡化處理上一節(jié)中，系統(tǒng) C/N 也可通過綜合上下行 C/N 與上下行 C/I 求得。算式可以相 應(yīng)變 化為(c/N)w 二(C/N)嗨 J + (C/I)3?=(C/N)vp _1 + (C/N)o?) + (C/I)嗣 + (C/I)w+ (c/dxpqj + (C/I)期+ (C/I),)一般說來，載波噪聲比(C/N)A的估算結(jié)果較為準(zhǔn)確，而載波干擾比(C/Dv,s的估算結(jié)果 較為粗糙。實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)C頻段的接收天線口徑不小于 3米時，(C/NL沁與(C/N) g】的差 值通常為0. 5到ldB ;當(dāng)Ku頻段的接收天線口徑不小于1? 2米時，(C/嘰與(C/NLw的差值通常為1到2dBo為此，在上述接收天線口徑條件下，可以省略本來就有些自欺欺人的載波干擾比估算。鏈路估算時，可以只計算上下行鏈