第3章 鏈路傳輸工程

1、1第3章 鏈路傳輸工程2目錄一、星-地鏈路傳播特性二、衛(wèi)星移動(dòng)通信鏈路特性三、天線(xiàn)的方向性和電極化問(wèn)題四、噪聲與干擾五、衛(wèi)星通信全鏈路質(zhì)量六、信道對(duì)傳輸信號(hào)的損害七、上、下行鏈路的RF干擾3鏈路傳播特性鏈路傳播特性u(píng)星際鏈路：只考慮自由空間傳播損耗u星-地鏈路：由自由空間傳播損耗和近 地大氣的各種影響所確定4 衛(wèi)星通信的電波要經(jīng)過(guò)對(duì)流層（含云層和雨層）、平流層、電離層和外層空間，跨越距離大，影響電波傳播的因素很多。熱層（熱電離層）（Thermosphere） 80 - 500 km中間層（Mesosphere）50 - 80 km 平流層（Stratosphere） 16 - 50 km對(duì)流層

2、（Troposphere） 7- 16 km 外逸層（外逸層（ExosphereExosphere） 500 - 64,374 km500 - 64,374 km5傳播問(wèn)題物理原因主要影響衰減和天空噪聲增加大氣氣體、云、雨大約10GHz以上頻率信號(hào)去極化雨、冰結(jié)晶體C和Ku頻段的雙極化系統(tǒng)折射和大氣多徑大氣氣體低仰角跟蹤和通信信號(hào)閃爍對(duì)流層和電離層折射擾動(dòng)對(duì)流層：低仰角和10GHz 以上頻率電離層：10GHz以下頻率反射多徑和阻塞地球表面及表面上物體衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)傳播延遲、變化對(duì)流層和電離層精確的定時(shí)、定位衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳播問(wèn)題衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳播問(wèn)題6衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù) 等效全向輻射功率

3、（EIRP） 定義：地球站或衛(wèi)星的天線(xiàn)發(fā)射功率P與該天線(xiàn)增益G的乘積。 表明了定向天線(xiàn) 在最大輻射方向?qū)嶋H所輻射的功率。 EIRP=PG，或 EIRP(dBW)= P(dBW)+G(dB) 噪聲溫度（Te） 定義：將噪聲系數(shù)折合為電阻元件在相當(dāng)于某溫度下的熱噪聲，溫度以絕對(duì)溫度K計(jì)。噪聲溫度（Te）與噪聲系數(shù)(NF）的關(guān)系為： NF=10lg(1+Te/290)dB 品質(zhì)因素（G/Te） 定義：天線(xiàn)增益與噪聲溫度的比值。 G/Te=G(dB)-10lgTe(dB/K)73.2 星-地鏈路傳播特性 衛(wèi)星通信的電波在傳播中要受到損耗，其中最主要的是自由空間傳播損耗，它占總損耗的大部分。 其它損耗還

4、有大氣、雨、云、雪、霧等造成的吸收和散射損耗等。 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)還會(huì)因?yàn)槭艿侥撤N陰影遮蔽(例如樹(shù)木、建筑物的遮擋等)而增加額外的損耗，固定業(yè)務(wù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)則可通過(guò)適當(dāng)選址避免這一額外的損耗。83.2 星-地鏈路傳播特性l 自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗 電波在傳播過(guò)程中，能量隨距離的增大而擴(kuò)散，由此引起的傳播損耗稱(chēng)為鏈路的自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗。 自由空間電波傳播是無(wú)線(xiàn)電波最基本、最簡(jiǎn)單的傳播方式。自由空間是一個(gè)理想化的概念，為人們研究電波傳播提供了一個(gè)簡(jiǎn)化的計(jì)算環(huán)境。9圖圖3-1 以確定的天線(xiàn)面積在不同距離上接收輻射能量以確定的天線(xiàn)面積在不同距離上接收輻射能量2 (3-1)4t

5、rPPd距離較近的天線(xiàn)可以接收到更大的功率，離發(fā)射機(jī)越遠(yuǎn)的相同面距離較近的天線(xiàn)可以接收到更大的功率，離發(fā)射機(jī)越遠(yuǎn)的相同面積接收機(jī)天線(xiàn)可以接收到的信號(hào)功率越小。積接收機(jī)天線(xiàn)可以接收到的信號(hào)功率越小。10圖圖3-1 以確定的天線(xiàn)面積在不同距離上接收輻射能量以確定的天線(xiàn)面積在不同距離上接收輻射能量 有效面積天線(xiàn)效率實(shí)際物理面積11天線(xiàn)增益的計(jì)算公式天線(xiàn)增益的計(jì)算公式 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中的天線(xiàn)增益可以按下式進(jìn)行計(jì)算： (3-3)式中，A是天線(xiàn)口面的有效面積(m2)，是工作波長(zhǎng)（m），為天線(xiàn)效率，Ae為接收天線(xiàn)有效面積。其中=c/f，c為光速，取值為3*108(m/s)。(3-3)式作變換，則2244

6、(3-3)eAGA22244 AfGAc12l 例一 計(jì)算頻率為6GHz時(shí)，口徑3m的拋物面天線(xiàn)的增益。（天線(xiàn)效率為0.55）解：根據(jù)29228461030.55231010 lg42.9 (dB)GGG22244 AfGAc13l 例: 某地球站使用5m的天線(xiàn)，工作頻率為12GHz，天線(xiàn)噪聲溫度為100K，接收機(jī)前端噪聲溫度為120K，試計(jì)算G/T值（天線(xiàn)與接收機(jī)之間的饋線(xiàn)損耗忽略，天線(xiàn)效率為0.55）解：根據(jù)292284121050.55231010 lg53.37 (dB)GGG22244 AfGAc1 0 lg1 0 lg 1 2 02 0 .7 9 ()/5 3 .3 72 0 .7

7、 93 2 .5 8()TTd B KGTd B K14自由空間傳播損耗計(jì)算公式自由空間傳播損耗計(jì)算公式電波從點(diǎn)源全向天線(xiàn)發(fā)出后在自由空間傳播，能量將擴(kuò)散到一個(gè)球面上。如用定向天線(xiàn)，電波將向某一方向會(huì)聚，在此方向上獲得增益，那么到達(dá)接收點(diǎn)的信號(hào)功率為： 其中：PT為發(fā)射功率;GT為發(fā)射天線(xiàn)增益;GR為接收天線(xiàn)增益；Lf為自由 空間傳播損耗。 TTRRfP GGPL2244 (3 -5 )fdd fLcd為傳播距離，為工作波長(zhǎng)，C為光速，f為工作頻率。 Lf通常用分貝表示，當(dāng)d用km、f用GHz表示時(shí)，又可以表示為92.4420lg20lg (dB) (3-8)fLdf15圖圖3-2 3-2 自

8、由空間損耗與傳播路徑長(zhǎng)度的關(guān)系自由空間損耗與傳播路徑長(zhǎng)度的關(guān)系92.4420lg20lg (dB) (3-8)fLdf16l例二 衛(wèi)星和地面站之間的距離為42,000km。計(jì)算6GHz時(shí)的自由空間損耗。解：根據(jù)公式（3-8）， Lf=92.44+20lg42000+20lg6=200.46 (dB)92.4420lg20lg (dB) (3-8)fLdf17圖3-3 衛(wèi)星與地球站的幾何關(guān)系arccoscos eeRRh18圖圖3-4 3-4 靜止衛(wèi)星與地球站的通信距離關(guān)系曲線(xiàn)靜止衛(wèi)星與地球站的通信距離關(guān)系曲線(xiàn)422381.0230.302coscosd19 例： 若靜止衛(wèi)星定位于E90o，求位

9、于E110o，N40o的地球站對(duì)衛(wèi)星的仰角、信號(hào)傳播距離。若射頻頻率為6GHz，計(jì)算鏈路的自由空間傳播損耗。解：422381.0230.302coscos422381.0230.302cos40 cos20422381.0230.302 0.766 0.9397422380.805637910()oodddkm92.4420lg20lg (dB) = 92.4420lg3791020lg6 =92.44+20 4.57875+20 0.77815 =199.578(dB) fLdf2222cos239.3eeeoRhdRd R203.2.2 鏈路附加損耗 星地鏈路傳播損耗除自由空間傳播損耗外，

10、還有一些其他附加損耗，包括l大氣吸收損耗l雨衰和云霧的影響l大氣折射的影響l電離層閃爍和多徑211. 1. 大氣吸收損耗大氣吸收損耗 在大氣各種氣體中，水蒸汽、氧氣對(duì)電波的吸收衰減起主要作用，水蒸汽的第一吸收峰在22GHz，氧氣在60GHz。 總體上，大氣吸收損耗隨頻率的增加而增大。在0.3-l0GHz的頻段，大氣損耗小，適合于電波傳播，這一頻段是當(dāng)前應(yīng)用最多的頻段。30GHz附近也有一個(gè)低損耗區(qū)。大氣吸收附加損耗與頻率的關(guān)系大氣吸收附加損耗與頻率的關(guān)系22鏈路附加損耗 2、雨衰和云霧的影響、雨衰和云霧的影響 在雨天或有霧的氣象條件下，雨滴和霧對(duì)于較高頻率（10GHz以上）的電波會(huì)產(chǎn)生散射和吸

11、收作用，從而引入較大的附加損耗，稱(chēng)為雨衰。 仰角為的傳播路徑上的降雨衰減量為： LR=RlR() R是降雨衰減系數(shù)，定義為由雨滴引起的單位長(zhǎng)度上的衰減，單位dBkm；lR()是降雨地區(qū)的等效路徑長(zhǎng)度，定義為當(dāng)仰角為時(shí)傳播路徑上產(chǎn)生的總降雨衰減(dB)與對(duì)應(yīng)于地球站所在地降雨強(qiáng)度的降雨衰減系數(shù)比(dBkm)，單位為km。23圖圖3-6 不同仰角時(shí)的雨衰頻率特性不同仰角時(shí)的雨衰頻率特性24云、霧引起的損耗可用下式計(jì)算：其中f為頻率，單位為GHz；Vm為能見(jiàn)度，單位為m。密霧：Vm50m濃霧：50Vm200m中等霧：200Vm500m雪引起的附加損耗可用下式計(jì)算：其中f為頻率，單位為GHz；I為降雪

12、強(qiáng)度，單位為mm/H。15GHz下，只有中等強(qiáng)度以上的雪才有影響。21.430.148/ (dB/km) cmLfv5530.67.47 10(15.77 10) (dB/km) sLf If I 25鏈路附加損耗3、大氣折射的影響 大氣折射率隨著高度的增加、大氣密度的減小而減小，電波射線(xiàn)因折射率隨高度變化而產(chǎn)生彎曲，波束上翹一個(gè)角度增量。 大氣折射率的變動(dòng)對(duì)穿越大氣的電波起到一個(gè)凹透鏡的作用，使電波產(chǎn)生微小的散焦衰減，衰減量與頻率無(wú)關(guān)。在仰角大于5度時(shí)，散焦衰減小于0.2dB。26圖圖3-7 微波信號(hào)通過(guò)大氣層時(shí)產(chǎn)生折射微波信號(hào)通過(guò)大氣層時(shí)產(chǎn)生折射主要影響衛(wèi)星定位主要影響衛(wèi)星定位27鏈路附加

13、損耗4、電離層閃爍和多徑 電離層內(nèi)存在電子密度的隨機(jī)不均勻性而引起閃爍，可使信號(hào)產(chǎn)生折射。 電離層中不均勻體的發(fā)生和發(fā)展，造成了穿越其中的電波的散射，使得電磁能量在時(shí)空中重新分布，造成電波信號(hào)的幅度、相位、到達(dá)角、極化狀態(tài)等發(fā)生短期不規(guī)則變化。 對(duì)閃爍深度大的地區(qū)，用編碼、交織、重發(fā)等技術(shù)，來(lái)克服衰落，減少電離層閃爍的影響；其它地區(qū)可用適當(dāng)增加儲(chǔ)備余量的方法克服電離層閃爍的影響。 28電離層閃爍形成多徑傳播電離層閃爍形成多徑傳播29圖圖3-8 3-8 地面反射形成的多徑傳播地面反射形成的多徑傳播 5、多徑傳播 地面或環(huán)境設(shè)施對(duì)信號(hào)的反射，可形成信號(hào)的多徑傳播。對(duì)于天線(xiàn)高度低、增益小的移動(dòng)終端更

14、容易出現(xiàn)這樣的情況。30 5、多徑傳播l 多徑衰落：電波在移動(dòng)環(huán)境中傳播時(shí)，會(huì)遇到各種物體，經(jīng)反射、散射、繞射，到達(dá)接收天線(xiàn)時(shí)，已經(jīng)成為通過(guò)各個(gè)路徑到達(dá)的合成波。各傳播路徑分量的幅度和相位各不相同，因此合成信號(hào)起伏大，稱(chēng)為多徑衰落。l 陰影衰落：電波途經(jīng)建筑物、樹(shù)木等時(shí)受到阻擋被衰減，這種陰影遮蔽對(duì)陸地衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的電波傳播影響很大。31 3.3 衛(wèi)星移動(dòng)通信鏈路特性 衰落信道模型Rician（萊斯）概率密度函數(shù) 由建筑物、樹(shù)木或其它反射物造成的反射波形成的多徑信號(hào)，與直射波信號(hào)合成，其信號(hào)包絡(luò)r(t)服從Rician分布，相位服從0,2的均勻分布，r(t)可以表示為： 22 (3-11)

15、csr tatKat其中 和 為相互正交的高斯過(guò)程，而參數(shù)K稱(chēng)為萊斯因子，它是直射分量的功率與其他多徑分量功率之和的比值。 cat sat32多普勒頻移l 在衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中，衛(wèi)星與地面移動(dòng)終端之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而它們作為發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的載體，接收信號(hào)相對(duì)于發(fā)送信號(hào)將產(chǎn)生多普勒頻移。分析表明，多普勒頻移fD可由下式表示cos (3-14)cDvffc其中，V為衛(wèi)星與用戶(hù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，fc為射頻頻率，C為光速，為衛(wèi)星與用戶(hù)之間的連線(xiàn)與速度V方向的夾角。333.4 天線(xiàn)的方向性和電極化問(wèn)題l 天線(xiàn)增益和方向圖 在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，通常要求天線(xiàn)具有向特定方向輻射信號(hào)的能力，即天線(xiàn)具有方向性。 將

16、天線(xiàn)在最大輻射方向上的場(chǎng)強(qiáng)E與理想的各向同性天線(xiàn)均勻輻射場(chǎng)強(qiáng)E0的比值，以功率密度計(jì)的倍數(shù)稱(chēng)為天線(xiàn)的增益G：2200 =20lg (dBi) (3-15) EEGEE 對(duì)于接收天線(xiàn)，增益表示天線(xiàn)接收來(lái)自某一指定方向電磁波的能力。此時(shí)增益為天線(xiàn)的有效接收面積A與理想的各向同性天線(xiàn)的接收面積A0的比值：204 =10lg()(dBi) (3-17) AAGA 343.4 天線(xiàn)的方向性和電極化問(wèn)題l 天線(xiàn)增益和方向圖 天線(xiàn)增益通常是指最大輻射方向上信號(hào)功率增加的倍數(shù)，天線(xiàn)方向圖可以描述天線(xiàn)在整個(gè)空間內(nèi)輻射功率的分布情況。方向圖的主要參數(shù)是主瓣的半功率角0.5（單位為度），常稱(chēng)為波束寬度，對(duì)于拋物面天

17、線(xiàn)，其近似估算公式為0.5 ND 其中，D為拋物面天線(xiàn)的口面直徑，單位為m；N是一個(gè)與場(chǎng)分布圖在天線(xiàn)口面上的分布規(guī)律有關(guān)的常數(shù)。當(dāng)場(chǎng)在天線(xiàn)口面上呈均勻分布時(shí)，N=58；當(dāng)場(chǎng)在天線(xiàn)口面上呈錐形分布時(shí)，N=70。 錐形分布是指場(chǎng)分布圖在天線(xiàn)口面上從中心向四周逐漸減弱的分布，即口面中心的場(chǎng)強(qiáng)最強(qiáng)，而邊緣的場(chǎng)強(qiáng)最弱。35 1sin (3-20)sinDJG 為以主瓣中心軸線(xiàn)為參考的方向角；而J1( )為第一類(lèi)一階貝塞爾函數(shù)。 對(duì)于同相均勻激勵(lì)的圓口徑天線(xiàn)來(lái)說(shuō)，方向圖可用下式表示36l 天線(xiàn)的極化隔離 一般情況下，在一個(gè)周期內(nèi)電場(chǎng)矢量的頂點(diǎn)在垂直于傳播方向的平面上的投影為一個(gè)橢圓，稱(chēng)為橢圓極化。從天線(xiàn)順

18、著電波傳播方向看，若電場(chǎng)矢量順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，稱(chēng)為右旋，若逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，稱(chēng)為左旋。 對(duì)于一個(gè)橢圓極化波，可以用三個(gè)參數(shù)來(lái)描述它：(1)旋轉(zhuǎn)方向，（2）軸比，（3）傾角（長(zhǎng)軸相對(duì)于基軸的傾角）。 圓極化和線(xiàn)極化是橢圓極化的兩種特例：軸比為1的極化為圓極化，而軸比為無(wú)限大的極化為線(xiàn)極化。任何一種極化方式，極化波矢量都可以分解為相互正交的兩個(gè)分量。對(duì)于圓極化波，分解為左旋和右旋兩個(gè)極化波矢量；對(duì)于線(xiàn)極化波，分解為水平極化和垂直極化兩個(gè)分量。 37圖圖3-13 由饋源喇叭形成的垂直和水平極化波由饋源喇叭形成的垂直和水平極化波電波傳播方向電波傳播方向38 理論上兩個(gè)正交極化波是完全隔離的，一個(gè)天線(xiàn)可以配置兩個(gè)接

19、收或發(fā)送端口。每個(gè)端口只與一個(gè)極化波匹配，而與另一個(gè)極化波正交。 393.5 噪聲與干擾 系統(tǒng)熱噪聲 宇宙噪聲 外部環(huán)境干擾 其他干擾40系統(tǒng)熱噪聲l 系統(tǒng)熱噪聲 熱噪聲：只要傳導(dǎo)媒質(zhì)不處于絕對(duì)溫度的零度，其中的帶電粒子就存在隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)信號(hào)形成干擾的噪聲，稱(chēng)為熱噪聲。 噪聲功率譜密度n0：0 (3-21)nkT 其中，k為波耳茲曼常數(shù)，1.3810-23J/K；T為噪聲源的噪聲溫度，單位為K。噪聲的功率譜密度與頻率無(wú)關(guān)，為白噪聲。 的單位為W/Hz 網(wǎng)絡(luò)輸出噪聲功率N0：000 (3-22)ieNNNKT BAKT BA 其中，T0是輸入匹配電阻的噪聲溫度 ，Te稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度

20、，A為網(wǎng)絡(luò)增益，B為網(wǎng)絡(luò)的帶寬。0n41l等效噪聲溫度與噪聲系數(shù)l 天線(xiàn)噪聲溫度：天線(xiàn)噪聲溫度是衡量通過(guò)天線(xiàn)進(jìn)入接收機(jī)的噪聲量的一個(gè)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)所有來(lái)自外部噪聲源的噪聲分量進(jìn)行積分求得。l 噪聲溫度：隨著損耗的增加，輻射噪聲也相應(yīng)增加。大氣對(duì)地球站天線(xiàn)噪聲溫度的影響可以用下式計(jì)算：/10(1 10) LsmTT其中，Ts為天線(xiàn)接收到的天電噪聲溫度（K）；Tm為傳播媒質(zhì)的有效溫度（K）； L為路徑損耗（dB）。l噪聲系數(shù)NF：定義為輸入信噪比與輸出信噪比的比值 。000/1 (3-23)/()iiieFooieSNSKBTTNSNSKB TTT (1) (3-24)eFoTNT網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度

21、Te可以表示為：42宇宙噪聲 宇宙噪聲來(lái)自于外層空間星體的熱氣體在星際空間的輻射，其中最主要的噪聲干擾源來(lái)自太陽(yáng)。 43頻率（MHz）噪聲溫度（oK）3007*1056004.6*10510003.6*10530006.5*104100001.1*104太陽(yáng)寂靜期的噪聲溫度（天線(xiàn)增益太陽(yáng)寂靜期的噪聲溫度（天線(xiàn)增益53dB53dB）44其他干擾 衛(wèi)星通信系統(tǒng)內(nèi)的其他噪聲干擾主要包括系統(tǒng)間干擾、共道干擾、互調(diào)干擾、交叉極化干擾等。l 系統(tǒng)間干擾：如衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面微波通信系統(tǒng)之間的干擾l 共道干擾：為了充分利用頻率資源，常采用空間頻率復(fù)用技術(shù)，相同頻道可能分配在指向不同地區(qū)的兩個(gè)波束覆蓋區(qū)，但波

22、束間的隔離往往并不十分理想，從而產(chǎn)生共信道干擾。l 交叉極化干擾：為了充分利用頻率資源，衛(wèi)星通信系統(tǒng)常采用極化隔離頻率復(fù)用技術(shù)，即兩個(gè)波束的指向區(qū)域可能是重疊的并且使用相同的頻率，通過(guò)使用不同的極化方式來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)間的隔離。由于極化的不完全正交可能造成干擾，即能量從一種極化狀態(tài)耦合到另一種極化狀態(tài)引起的干擾。這也是一種共道干擾。l 互調(diào)干擾：當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器用于轉(zhuǎn)發(fā)多載波信號(hào)時(shí)，總是希望轉(zhuǎn)發(fā)器有較高的功率效率，但高效率的功放可能產(chǎn)生較明顯的非線(xiàn)性，使各載波信號(hào)之間形成互調(diào)干擾。 45五、衛(wèi)星通信的全鏈路質(zhì)量l鏈路預(yù)算分析l全鏈路傳輸質(zhì)量46鏈路預(yù)算分析圖圖3-15 鏈路單元與功率平衡方程鏈路單元與功率平

23、衡方程47 電波經(jīng)自由空間傳播后的接收信號(hào)功率Pr: (32 8 ) ttrrftrP G GPLL L2 4rrttPG G Pd若考慮發(fā)射機(jī)到發(fā)射天線(xiàn)的波導(dǎo)傳播損耗（饋線(xiàn)）Lt和接收天線(xiàn)到接收機(jī)的波導(dǎo)傳播損耗Lr，則接收信號(hào)功率為：(3-28)式稱(chēng)為功率平衡方程。48接收機(jī)的輸入噪聲功率可以表示為：T為接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度，它包括從天線(xiàn)進(jìn)入接收機(jī)的噪聲的等效噪聲溫度和接收機(jī)內(nèi)部噪聲折算至其輸入端的等效噪聲溫度；k為波耳茲曼常數(shù)， ；B為系統(tǒng)的帶寬，單位Hz。接收信號(hào)的載噪比C/N為：/ (3-30)ftrEIRP GC NL L L kBT其中， C為接收載波功率， N表示接收端的噪聲功

24、率，C=(EIRPG)/LfLtLr, N=KBT, G為接收天線(xiàn)增益。 iNKTB231.38 10/kJ K49除載噪比C/N作為系統(tǒng)的重要參數(shù)以外，也常用載波功率與等效噪聲溫度之比C/T反映系統(tǒng)的性能。/ (3-32)EIRP GC TLT其中， C=(EIRPG)/L，L=LfLtLr, G/T為接收系統(tǒng)的品質(zhì)因素。不同類(lèi)型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，對(duì)G/T的要求有較大差異。例如，國(guó)際衛(wèi)星七號(hào)（IS-）的工作于全球波束的空間站G/T值為-11.5dB/K，而天線(xiàn)仰角大于5度的A型標(biāo)準(zhǔn)地球站，在晴天的G/T值應(yīng)滿(mǎn)足：G/T40.7+20lg(f/4)。歐洲通信衛(wèi)星（EUTELSAT）是區(qū)域性波束覆

25、蓋，空間站G/T值為-5.3dB/K，而對(duì)地球站G/T的要求為37.7 dB/K +20lgf/4。衛(wèi)星移動(dòng)通信的地面移動(dòng)終端天線(xiàn)增益通常只有12dB，G/T在-22-23 dB/K左右。品質(zhì)因素：天線(xiàn)增益與噪聲溫度的比值50接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度圖圖3-16 接收系統(tǒng)噪聲溫度接收系統(tǒng)噪聲溫度51 “接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度”包括天線(xiàn)、饋線(xiàn)和接收機(jī)在內(nèi)的所有噪聲的等效噪聲溫度。以接收機(jī)輸入端為參考點(diǎn)，將天線(xiàn)、饋線(xiàn)的噪聲溫度折算到接收機(jī)輸入端，并與接收機(jī)的等效噪聲溫度相加。 52全鏈路傳輸質(zhì)量 衛(wèi)星通信系統(tǒng)全鏈路的傳輸質(zhì)量主要決定于上行和下行鏈路的載波（功率）與噪聲溫度之比。對(duì)于上、下行鏈路，分別

26、有 / -36eusuEIRPGCTLT（ 3）/ -37sdedEIRPGC TLT（3）（3-36）和（3-37）中，(EIRP)e和(EIRP)s分別為地球站和衛(wèi)星的等效全向輻射功率，(G/T)s 和(G/T)e分別為衛(wèi)星接收系統(tǒng)和地球站接收系統(tǒng)的品質(zhì)因素，Lu和Ld分別為上行鏈路和下行鏈路的傳輸損耗。53 當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的行波管放大器（TWTA）同時(shí)放大多個(gè)載波時(shí)，將產(chǎn)生互調(diào)噪聲，其影響也用載波噪聲溫度比(C/T)i來(lái)表示?；フ{(diào)噪聲的大小與載波數(shù)目、各載波間的相對(duì)電平、頻率配置方案和行波管工作點(diǎn)有關(guān)。 全鏈路傳輸質(zhì)量的載波噪聲溫度比C/T為：1111/ -38udiC TC TC TC

27、T（3） 其中，C/T為全鏈路傳輸?shù)妮d波噪聲溫度比，總的等效噪聲溫度T為各部分的噪聲溫度之和。 鏈路余量：(3-38)式右端增加一項(xiàng)作為系統(tǒng)的余量；規(guī)定鏈路實(shí)際信噪比高于門(mén)限信噪比。 鏈路預(yù)算的任務(wù)有兩類(lèi)：在選定空間轉(zhuǎn)發(fā)器和地球站設(shè)備的情況下，驗(yàn)證系統(tǒng)能否滿(mǎn)足用戶(hù)的使用要求；或者，在已知空間站或地球站部分參數(shù)的條件下，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)要求，確定對(duì)設(shè)備另一部分指標(biāo)的要求，如地球站天線(xiàn)尺寸、接收機(jī)噪聲性能等。54鏈路預(yù)算實(shí)例 Ku波段DTH系統(tǒng)下行鏈路預(yù)算 已知條件：衛(wèi)星發(fā)射功率為250W ,天線(xiàn)增益為30dBi，傳輸帶寬為27MHz，地面為小型單收站(RO) ,其天線(xiàn)直徑為45cm，等效噪聲溫

28、度假定為140K。參數(shù)數(shù)值發(fā)射功率發(fā)射波導(dǎo)損耗發(fā)射天線(xiàn)增益EIRP自由空間損耗接收機(jī)天線(xiàn)增益（45cm直徑）接收端波導(dǎo)損耗接收信號(hào)功率接 收 噪 聲 功 率 （ T = 1 4 0 K , B=27MHz）C/N 250W或24.0dBw1.0dB30.0dBi53.0dBw205.6dB32.7dBi0.5dB-120.4dBw-132.8dBw12.4dB 55 C波段多載波系統(tǒng)鏈路預(yù)算（1）上行鏈路頻率為6GHz，傳送距離假定為38607km（仰角30）。上行鏈路自由空間傳播損耗為:92.4491.73 15.56199.73dBfuL 假定：地球站EIRP=85dBw ,衛(wèi)星接收機(jī)G/

29、T=-11.6dB/K，則上行鏈路的C/T值：/85 11.6 199.73126.33dBw /KuC T （2）下行鏈路頻率為4GHz，傳送距離仍為38607km，則下行鏈路的自由空間傳播損耗為：92.4491.73 12.04196.21dBfdLdB92.4420logkm20lgGHz fLdf/ EIRP GC TLT56 假定衛(wèi)星飽和EIRP=26dBW?？紤]到轉(zhuǎn)發(fā)器工作在多載波情況，為減小互調(diào)干擾，衛(wèi)星實(shí)際工作的 EIRP為20dBW。假定地球站G/T=41dB/K , 則下行鏈路C/T值為：/2041 196.21135.21dBW/KdC T 對(duì)于多載波工作的轉(zhuǎn)發(fā)器，典型的

30、互調(diào)噪聲(C/T)im為-131.7dBW/K，而上、下鏈路受到的其他干擾的(C/T)I典型值為-130.5dBW/K。全鏈路的C/T值為： 111111213131313/4.61 103.327 101.479 101.122 106.389 10udimiC TC TC TC TC T/138.05dBW /KCT 57 在確定系統(tǒng)帶寬B后，可求得接收信（載）噪比C/N。噪聲功率N=kBT，接收站的載波功率為C=(EIRP G)/( LfLtLr),則載波噪聲功率比C/N為/ ftrEIRP GC NL L L kBT則/ C TC NkB那么C/N=C/T-k-B= -138.05+2

31、28.6-65.56= 24.99 dB58/ ftrEIRP GC NL L L kBT因?yàn)槠渲?，噪聲功率為N=kTB，噪聲功率譜密度為n0=kT，則載噪比頻譜密度C/n0為0/ ftrEIRP GC nL L L kT 0/ ftrC nEIRPG TLLLk59例七 假設(shè)衛(wèi)星鏈路的傳播損耗為200dB，余量和其它損耗總計(jì)為 3dB，接收機(jī)的G/T值為11dB/K，EIRP值為45dBW。計(jì)算系統(tǒng)接收到的C/N值。（假設(shè)帶寬為36MHz）解： 236/ 45112003 10log(1.38*10)10log(36*10 ) 45112003228.675.56 6.04 (dB)C NE

32、IRPG TLkB/ ftrEIRP GC NL L L kBT60例八 載波頻率12GHz，自由空間損耗206dB，天線(xiàn)指向損耗1dB，大氣損耗2dB，接收機(jī)的G/T值為19.5dB/K，接收機(jī)饋線(xiàn)損耗1dB。EIRP為48dBW。計(jì)算載噪比頻譜密度。解：載噪比頻譜密度為：0(/) / 48 19.5206 12 1228.6 86.1 (dBHz)C nEIRPG TLk 61六、信道對(duì)傳輸信號(hào)的損害 通信系統(tǒng)中，實(shí)際的非理想信道會(huì)對(duì)傳輸信號(hào)造成損害 , 這種損害不是由于噪聲或外部干擾造成的，而是由于信道的線(xiàn)性失真和非線(xiàn)性失真所引起的。 由于系統(tǒng)特性而產(chǎn)生的失真稱(chēng)為線(xiàn)性失真，與信號(hào)本身幅度

33、無(wú)關(guān)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間保持線(xiàn)性關(guān)系，傳輸函數(shù)只與頻率或時(shí)間有關(guān)；信號(hào)在傳輸中引起的失真與被傳輸信號(hào)本身的幅度有關(guān)時(shí)稱(chēng)為非線(xiàn)性失真，傳輸函數(shù)是輸入信號(hào)幅度的函數(shù)。 信道的線(xiàn)性失真包括幅度頻率失真和相位頻率失真，前者是在信號(hào)帶寬內(nèi)，信道不能提供平坦的增益特性；而相位頻率失真是由于相頻特性的非線(xiàn)性產(chǎn)生的，即在帶內(nèi)不能提供平坦的群延時(shí)特性（調(diào)相信號(hào)在通過(guò)濾波器時(shí)，其包絡(luò)的傳播時(shí)間延遲稱(chēng)作時(shí)間延遲或群延時(shí)）。 非線(xiàn)性失真主要由功率放大器（特別是星載行波管放大器TWTA）產(chǎn)生。信道的非線(xiàn)性失真分為幅度非線(xiàn)性失真和相位非線(xiàn)性失真。 62失真類(lèi)型與輸入信號(hào)幅度的關(guān)系輸出與輸入信號(hào)的關(guān)系傳輸函數(shù) 新的頻率成分失真產(chǎn)生的原因線(xiàn)性失真無(wú)呈線(xiàn)性為頻率或時(shí)間的函數(shù)不產(chǎn)生電抗元件的分布參數(shù)非線(xiàn)性失真有呈非線(xiàn)性 為輸入信號(hào)幅度的函數(shù)產(chǎn)生非線(xiàn)性元器件線(xiàn)性失真與非線(xiàn)性失真的比較63圖圖3-18 星上星上TWTA的典型特性的典型特性64圖圖3-19 FDMA系統(tǒng)的最佳系統(tǒng)的最佳TWTA工作點(diǎn)和相應(yīng)的工作點(diǎn)和相應(yīng)的C/N65七、上下行鏈路的射頻干擾 衛(wèi)星通信系統(tǒng)上、下行鏈路之間