衛(wèi)星通信中常見問題

1、b的概率，稱為鏈路可用度。因此鏈路可用度表示含義是：一年問題：5、降雨耗費(fèi)及鏈路可用度6、飽和通量密度7、轉(zhuǎn)發(fā)器的增益8、連路計(jì)算9、系統(tǒng)容量估計(jì)5、降雨耗費(fèi)及鏈路可用度：降雨對(duì)鏈路的影響：降雨會(huì)以致電磁波的散射并且會(huì)吸取無線電波的能量；降雨的衰減量隨著頻率的高升而增加，因此Ku波段的降雨衰減要比C波段嚴(yán)重；水平極化的降雨衰減要比垂直極化的降雨衰減要大；雨衰會(huì)產(chǎn)生噪聲，衰減和噪聲對(duì)衛(wèi)星鏈路性能的影響在上、下行鏈路的雨衰余量中考慮。降雨對(duì)天線罩的影響：對(duì)半球形的天線罩，降雨會(huì)產(chǎn)生一個(gè)厚度不平均的水層，水層將以致吸撤耗費(fèi)和反射耗費(fèi)（1mm厚的水層所產(chǎn)生的耗費(fèi)是14dB）。降雨會(huì)以致信號(hào)的去極化：雨

2、滴經(jīng)過大氣層時(shí)略帶橢圓形，主軸方向?qū)﹄妶?chǎng)重量的影響不同樣于次軸方向?qū)﹄妶?chǎng)重量的影響，其結(jié)果就是使電波變成了橢圓極化波；對(duì)圓極化波的影響大于線性極化波，為了填充降雨引起的去極化，需要安裝去極化妝備。鏈路可用度：定義：在一年中p%的時(shí)間內(nèi)，鏈路的誤比特率不高出一個(gè)給定的門限值中經(jīng)過該鏈路傳輸?shù)恼`比特率性能優(yōu)于門限pb的時(shí)間百分比。為了使鏈路可用度達(dá)到要求，定義一個(gè)門限載噪比C/Nth和余量M，余量包括雨衰余量、系統(tǒng)余量以及設(shè)備余量等，因此設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)該達(dá)到的載噪比為：CCM(dB)。NNth6、飽和通量密度：衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的行波管放大器（TWTA）存在輸出功率飽和現(xiàn)象，由此定義：使TWTA達(dá)到飽和時(shí)接收

3、天線所要求的通量密度為飽和通量密度，用s表示。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的飽和通量密度也稱為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的矯捷度。若是用EIRPS表示能使衛(wèi)星接收天線達(dá)到飽和通量密度所要求的地球站的有效全向輻射功率，則有：sEIRPsLOSSs10lg(42)顯然，EIRPssLOSSs10lg(42)，這樣，若是知道衛(wèi)星接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)s以及系統(tǒng)的工作頻率、各種傳輸耗費(fèi)，就可以計(jì)算單一載波時(shí)地球站的EIRPS。7、轉(zhuǎn)發(fā)器的增益：衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的三個(gè)主要參數(shù)為G、TS與EIRP。G和TS（飽和通量密度）反響衛(wèi)星接收系統(tǒng)在其服務(wù)區(qū)內(nèi)的性能，它們與衛(wèi)星接收天線的增益分布線性相關(guān)。EIRP反響轉(zhuǎn)發(fā)器的下行功率，它與衛(wèi)星發(fā)送天線的增益分

4、布線性相關(guān)。衛(wèi)星天線增益隨天線指向與工作頻率而變。因此，轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù)隨服務(wù)區(qū)內(nèi)的不同樣地點(diǎn)而變，同一地點(diǎn)的不同樣轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù)也有差異。特定地點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù)可從城市參數(shù)列表或等值線分布圖中查到。G為接收系統(tǒng)的質(zhì)量因數(shù)（figureofmerit）。它是接收天線增益G與T接收系統(tǒng)噪聲溫度T之比值，單位為dB/k。G的計(jì)算公式為:TGGRTST式中的GR為衛(wèi)星天線的接收增益，TS為衛(wèi)星接收系統(tǒng)的噪聲溫度。飽和通量密度S為，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器被推到飽和工作點(diǎn)時(shí)，上行載波在接收天線口面所達(dá)到的通量密度。它反響衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器對(duì)上行功率的需求量，單位為dBw/m2。S與GT的關(guān)系為:sconstantattnGT式中的con

5、stant為反響轉(zhuǎn)發(fā)器增益的計(jì)算常數(shù)，其數(shù)值多在-100與-90之間，constant越小，轉(zhuǎn)發(fā)器的增益就越高；attn為轉(zhuǎn)發(fā)器的增益調(diào)整量，它可由地面遙控改變，用于調(diào)整S的矯捷度。用戶在作鏈路計(jì)算時(shí)，應(yīng)向衛(wèi)星公司認(rèn)識(shí)相關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)器attn的當(dāng)前設(shè)置值，并且據(jù)此對(duì)從圖表查到的S數(shù)據(jù)作修正。有效全向輻射功率EIRP為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器在指定方向上的輻射功率。它為天線增益與功放輸出功率之對(duì)數(shù)和，單位為dBw。EIRP的計(jì)算公式:EIRPPLOSSESGT式中的P為放大器的輸出功率，LOSSES為功放輸出端與天線饋源之間的饋線耗費(fèi)，GT為衛(wèi)星天線的發(fā)送增益。EIRP通由比較同一顆通信衛(wèi)星的C頻段EIRP分布圖和

6、Ku頻段EIRP分布圖可知，C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器的服務(wù)區(qū)大，平時(shí)覆蓋幾乎所有的可見陸地，適用于遠(yuǎn)距離的國(guó)際或洲際業(yè)務(wù)；Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器的服務(wù)區(qū)小，平時(shí)只覆蓋一個(gè)大國(guó)或數(shù)個(gè)小國(guó)，只適用于國(guó)內(nèi)業(yè)務(wù)。C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器的常為36到42dBw，G平時(shí)為-5到+1dB/k，地面天線的口徑一般不T小于1.8米；Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器的EIRP平時(shí)為44到56dBw，G平時(shí)為-2T到+8dB/k，地面天線口徑有可能小于1米。另一方面，C頻段由于電波流傳平時(shí)不受天氣條件的影響，適用于可靠性較高的業(yè)務(wù)；Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器則因電波流傳可能受到降雨衰耗的影響，只適用于建網(wǎng)條件較差、天線尺寸和成本受限的業(yè)務(wù)。8、鏈路計(jì)算：上行鏈路：A、C的計(jì)算

7、公式：一條衛(wèi)星鏈路的上行鏈路是由地球站向衛(wèi)星N0傳輸信號(hào)的鏈路，即地球站發(fā)送信號(hào)衛(wèi)星接收信號(hào)。端到端的載噪比計(jì)算公式可以用于上行鏈路的計(jì)算，平時(shí)用下表U表示這是上行鏈路，因此有：CEIRPUGLOSSESUK(dBHz)N0UTUB、衛(wèi)星接收的功率通量密度：在計(jì)算C時(shí)，經(jīng)常采用衛(wèi)星接N0U收到的通量密度而不是地球站的EIRP，這樣就需要對(duì)上式進(jìn)行修改；僅考慮自由空間傳輸時(shí)，距離發(fā)送天線d處的通量密度為：MEIRP2，MEIRP10lg(4d2)4d已知自由空間的傳輸耗費(fèi)為：FSL10lg(42)10lg(4d2)，因此，MEIRPFSL10lg(42)。若是考慮其他耗費(fèi)傳輸耗費(fèi)：MEIRPLO

8、SSES10lg(42)。增上所述可得：衛(wèi)星接收到的通量密度等于地球站發(fā)送的有效全向輻射功率減去傳輸過程中的損耗（不含饋線耗費(fèi)）再加上接收天線單位面積的增益。C、飽和通量密度D、輸入補(bǔ)償：當(dāng)TWTA中只有單載波時(shí)可以選擇工作在飽和點(diǎn)，但是TWTA中有多個(gè)載波同時(shí)經(jīng)過時(shí)，為了減小互調(diào)失真的影響，工作點(diǎn)必定從飽和點(diǎn)推到TWTA傳輸特點(diǎn)的線性區(qū)，將飽和點(diǎn)所需的輸入功率與工作點(diǎn)所需的輸入功率之差稱為輸入補(bǔ)償，用BOi表示。假設(shè)單載波工作時(shí)的飽和通量密度已知，那么依照單載波的飽和電平可以確定多載波工作時(shí)的輸入補(bǔ)償值。這時(shí)所有地球站的上行EIRP的和等于使轉(zhuǎn)發(fā)器達(dá)到飽和通量密度時(shí)所需的EIRP值減去補(bǔ)償值

9、BOi，即：EIRPUEIRPsUBOi?？梢杂蔑柡屯棵芏扔?jì)算載波與噪聲譜密度之比：CGK(dBHz)N0UEIRPUTULOSSESUEIRPUsLOSSES10lg(42)BOiCUs10lg(42)GTUBOiKN0E、地球站高功放HPA：地球站高功放的發(fā)送功率中應(yīng)該包括傳輸饋線耗費(fèi)。傳輸饋線耗費(fèi)記為TEL。TEL中包括HPA輸出端與發(fā)射天線之間的波導(dǎo)、濾波器和耦合耗費(fèi)。HPA的輸出功率由下式計(jì)算：PHPAEIRPUGTTFL，該式包括了衛(wèi)星所需的輸入補(bǔ)償。其他，地球站自己也可能會(huì)發(fā)送多個(gè)載波，它的輸出需要對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償，記為BOHPA，這樣地球站的額定飽和輸出功率就由下式給出：PHPAP

10、HPA,SBOHPA。下行鏈路：A、C的計(jì)算公式：衛(wèi)星下行鏈路是衛(wèi)星向地球站方向傳輸信號(hào)N0的鏈路。端到端的載噪比計(jì)算公式為：CGKN0DEIRPDTDLOSSESD計(jì)算結(jié)果是地球站接收機(jī)入口的載波與噪聲譜密度之比。若是要計(jì)算載波噪聲功率比而不是載波與噪聲譜密度之比時(shí)，就要用到等效噪聲帶寬。假設(shè)信號(hào)帶寬B等于噪聲帶寬BN,則上式變成：CEIRPDGLOSSESDKBNN0DTDB、輸出補(bǔ)償：定義：?jiǎn)屋d波飽和輸出功率與工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出功率之差。輸出補(bǔ)償值的確定方法：依照輸入補(bǔ)償?shù)姆秶ǔ鲅a(bǔ)償后的工作點(diǎn)，線性外推至某個(gè)點(diǎn)（該點(diǎn)比飽和輸出功率大5dB），則該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)質(zhì)輸出功率減5dB后與補(bǔ)償后的工

11、作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出功率差即為輸出補(bǔ)償。若是飽和條件下衛(wèi)星的輸出EIRP定義為EIRPD，則有：EIRPDEIRPsDBOo，并且C的計(jì)算公式N0變成：CEIRPsDBOoGLOSSESDK。N0DTDC、衛(wèi)星TWTA的輸出：衛(wèi)星功率放大器平時(shí)采用行波管放大器（TWTA），必定供應(yīng)包括發(fā)送饋線耗費(fèi)在內(nèi)的發(fā)射功率。這些饋線耗費(fèi)來自TWTA與衛(wèi)星天線之間的波導(dǎo)、濾波器及耦合器。TWTA的輸出功率為:PTWTAEIRPDGTDTFLD。一旦PTWTA的值確定，那么就可以計(jì)算TWTA的包和功率輸出值：PTWTAsPTWTABOo。9、系統(tǒng)容量估計(jì)：衛(wèi)星系統(tǒng)容量是指滿足必然拘束條件的前提下，系統(tǒng)支持同時(shí)發(fā)射的

12、載波數(shù)。系統(tǒng)容量主要與要求的傳輸質(zhì)量、帶寬擴(kuò)展因子、系統(tǒng)抗干擾能力以及地球站的傳輸能力等因素相關(guān)。衛(wèi)星系統(tǒng)信道容量碰到熱噪聲和同頻攪亂的影響而損失。平時(shí)情況下，產(chǎn)生攪亂的主要原因有：多頻攪亂和臨波束攪亂以及多衛(wèi)星的同頻攪亂。在用戶端上行鏈路中，設(shè)系統(tǒng)的一個(gè)波束內(nèi)擁有T（T13）個(gè)子頻帶，用戶密度為，波束內(nèi)一個(gè)子載波能供應(yīng)的用戶數(shù)為NC，則NC/AC,AC是此波束覆蓋的小區(qū)面積，在功率控制下，衛(wèi)星接收天線將不同樣用戶的信號(hào)功率控制為同一的量值C。這就使得在本小區(qū)內(nèi)部，其他用戶對(duì)被胸襟的用戶攪亂功率也獲取了“補(bǔ)償”，放大了C，進(jìn)而得到同一小區(qū)內(nèi)部被胸襟的用戶受其他用戶攪亂（僅考慮同一子頻帶上的用戶

13、）的功率為：IOWN(NC1)NC，其中為平均話音激活率。周圍其他小區(qū)內(nèi)的用戶信號(hào)由于功率控制因子也獲取了放大，對(duì)于他們自己波束的接收天線來說，也補(bǔ)償?shù)搅送瑯庸β蔆。衛(wèi)星攪亂表示圖以以下圖所示：1:衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)攪亂GC(C)和Gi(i)分別為被胸襟的用戶和攪亂方波束的天線特點(diǎn)增益。對(duì)于被胸襟的用戶，這些用戶發(fā)出的攪亂功率變成：IotherCGC(i)dotherAotherGi(i)其中CGC(i)other為其他小區(qū)接收到攪亂用戶信號(hào)后，采用功率dAotherGi(i)控制并等效至攪亂方波束中心，獲取其對(duì)被胸襟用戶的攪亂積累。由于較遠(yuǎn)距離的攪亂可以忽略，這里只考慮周邊范圍內(nèi)的所有攪亂功率。1GC

14、(i)d1s/10(22)/2dother。進(jìn)而獲取攪亂因子f：fother10rdRAACotherGi(i)AACother需要說明的是，衛(wèi)星系統(tǒng)用戶上行波段天線其實(shí)不是蜂窩形狀的，其形狀如圖2所示。波束間交界處的衰減為24dB。圖2:方向角（度）在圖1中，攪亂信號(hào)上行夾角iactan(d/h)，攪亂徑向小區(qū)邊緣上行夾角sactan(R/h)，可將被胸襟的用戶小區(qū)內(nèi)的天線特點(diǎn)增益Eb/Nb用地面距離表示：GcGmaxactan(d/h)2ds(actan(R/h)dBi，其中s徑向攪亂小區(qū)周圍的衰減，滿足sGmaxGR。由于hd和hR，上式可變成：Gc(d)Gmaxs(d/R)2dBi。將

15、dBi單位變換到線性單位：2Gc(r)Gmaxs/10(d/R)。同樣攪亂方在自己波束內(nèi)的天線特點(diǎn)增益為：10i(r)2GGmaxs/10(r/R)。則攪亂因子可變成：101GC(i)1s/10(222frd)/Rdother。經(jīng)過以上解析，獲取dother10AACotherGi(Ai)ACother被胸襟的用戶碰到其他用戶的總攪亂為：IIownIother(1f)NsbC。對(duì)于子載波帶寬BcGRb（G是擴(kuò)頻比，Rb是信息速率）和攪亂功率EbRb（Eb是信息比特能量），總攪亂的功率密度為：11Li(1f)NcEb。GRbG考慮到各種噪聲的功率密度N0，LtotLiN0，則獲取一個(gè)子頻帶內(nèi)GE

16、b1Eb1可供使用的信道量：()()。Nc1LtotN0(1f)設(shè)一個(gè)波束內(nèi)有T個(gè)子載波，一顆衛(wèi)星擁有J個(gè)波束，一個(gè)波束的有效帶寬為Bbeam，則一顆衛(wèi)星的可供信道量為：J11NsatJTNsbJTBbeam(Eb)(Eb)。Rb(1f)LtotN0需要說明的是，對(duì)于前向鏈路下行信道，由于信號(hào)源子一個(gè)同一的衛(wèi)星或關(guān)口站，碼分復(fù)用可以很好地實(shí)現(xiàn)碼片同步。微型系統(tǒng)下行鏈路利用導(dǎo)頻信道和擴(kuò)頻碼同步信道，各用戶的擴(kuò)頻序列（Walsh碼）具有優(yōu)異的自相關(guān)性（誠(chéng)然相臨的衛(wèi)星仍會(huì)產(chǎn)生部分?jǐn)噥y），信號(hào)接收可以保持在有效信干比門限以下。因此，系統(tǒng)的下行信道攪亂比上行時(shí)的情況要輕得多。假設(shè)小區(qū)內(nèi)的來話量遵從泊松分布，來話到達(dá)率為常數(shù)1/s，來話的連續(xù)時(shí)間為1/s，進(jìn)而小區(qū)的通信容量為：Vveam/Erl。依照一個(gè)子頻帶內(nèi)可供使用的信道量的公式簡(jiǎn)單獲取一個(gè)波束（小區(qū)）的可Vcellcell/Ncell!供信道量Ncell，話務(wù)擁塞率滿足Erlang-B公式：PBN。NcellVcelln/n!n0實(shí)質(zhì)通信容量Vveam應(yīng)小于Ncell，故小區(qū)內(nèi)的通信效率為：Vveam。bea