衛(wèi)星通信系統(tǒng)線路的設(shè)計(jì)與計(jì)算

第3章衛(wèi)星通信系統(tǒng)線路的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1概述3.2衛(wèi)星通信線路載波功率的計(jì)算3.3衛(wèi)星通信線路噪聲功率的計(jì)算3.4衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比3.5數(shù)字衛(wèi)星通信線路設(shè)計(jì)3.1概述設(shè)計(jì)一條衛(wèi)星通信鏈路的主要目的是：盡量有效地在地球上兩個(gè)通信點(diǎn)之間提供可靠而又高質(zhì)量的聯(lián)接手段。為此，發(fā)送站發(fā)出的信號(hào)到達(dá)接收站時(shí)，必須具有足夠高的電平，而且不管對(duì)通信質(zhì)量的總噪聲影響如何，都要保證必需的業(yè)務(wù)質(zhì)量。這就是說(shuō)，接收到的射頻載波功率必須遠(yuǎn)大于噪聲功率。鏈路的載波和噪聲功率比(載噪比，C/N)用dB表示。鏈路所需的載噪比隨特定的系統(tǒng)和該系統(tǒng)的用途不同而異。目前，國(guó)際上對(duì)各種不同系統(tǒng)均已制訂出了各自相應(yīng)的建議值，而且這些規(guī)定有時(shí)會(huì)有所修訂，所以在設(shè)計(jì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)時(shí)要查閱有關(guān)的最新文本。眾所周知，一條鏈路質(zhì)量的優(yōu)劣，對(duì)于模擬信號(hào)傳輸是以解調(diào)后的信噪比S/N來(lái)表示的，而對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸則用比特誤碼率(BER)表示。但不論S/N還是BER都取決于解調(diào)前的載波功率與等效噪聲溫度之比C/T、調(diào)制方式和設(shè)備的實(shí)際性能(解調(diào)器和濾波器等)。因此，實(shí)際上C/T值的計(jì)算是鏈路估算的主要內(nèi)容。鏈路預(yù)算主要考慮兩方面的問題：(1)已知通信衛(wèi)星和地球站的電參數(shù)，計(jì)算通信鏈路的傳輸能力。(2)已知衛(wèi)星的電參數(shù)，根據(jù)對(duì)傳輸容量和質(zhì)量的要求，確定地球站的設(shè)備參數(shù)。3.2衛(wèi)星通信線路載波功率的計(jì)算

1.天線增益G在衛(wèi)星通信中，一般使用定向天線，把電磁波能量聚集在某個(gè)方向上輻射。設(shè)天線開口面積為A，天線效率為η,波長(zhǎng)為λ，天線直徑為D，則天線增益為(3.1)

2.有效全向輻射功率(EIRP)通常把衛(wèi)星和地球站發(fā)射天線在波束中心軸向上輻射的功率稱為發(fā)送設(shè)備的有效全向輻射功率。它是天線發(fā)射功率PT與天線增益GT的乘積，即EIRP=PTGTW

(3.2)設(shè)發(fā)射機(jī)末級(jí)功放輸出功率為Po,饋線損耗為L(zhǎng)FT(LFT＞1),則上式還可寫為(3.3)或用分貝表示，即［EIRP］=［Po］+［GT］-［LFT］dBW(3.4)式中，方括號(hào)表示取其dB值。

3.載波接收功率衛(wèi)星或地球站接收機(jī)輸入端的載波功率一般稱為載波接收功率，記作C，［C］以dBW(以1W為零電平的分貝)為單位。設(shè)發(fā)射機(jī)的有效全向輻射功率為［EIRP］dBW，接收天線增益為GRdB，接收饋線損耗為L(zhǎng)FRdB，大氣損耗為L(zhǎng)adB，自由空間損耗為L(zhǎng)PdB,其它損耗為L(zhǎng)rdB,則接收機(jī)輸入端的載波接收功率［C］dBW可以表示為［C］=［EIRP］+［GR］-［La］-［LP］-［Lr］-［LFR］=［Po］-［LFT］+［GT］+［GR］-［La］-［LP］ -［Lr］-［LFR］(3.5)【例3.1】已知IS-Ⅳ號(hào)衛(wèi)星作點(diǎn)波束1872路運(yùn)用時(shí)，其有效全向輻射功率［EIRP］S=34.2dBW,接收天線增益GRS=16.7dB。又知某地球站有效全向輻射功率［EIRP］E=98.6dBW,接收天線增益GRE=60.0dB,接收饋線損耗LFRE=0.05dB。試計(jì)算衛(wèi)星接收機(jī)輸入端的載波接收功率CS和地球站接收機(jī)輸入端的載波接收功率CE。

解若上行線路工作頻率為6GHz，下行線路工作頻率為4GHz，距離d=40000km,則利用式(13)可求得上行線路傳輸損耗LU為［LU］=200.04dB下行線路傳輸損耗LD為［LU］=196.52dB利用式(3.5)(忽略La、Lr和LFRS)求得衛(wèi)星接收機(jī)輸入端的載波接收功率CS為［CS］≈［EIRP］E+［GRS］-［LU］=-84.74dBW地球站接收機(jī)輸入端的載波接收功率CE(忽略La和Lr)為［CE］=［EIRP］S+［GRE］-［LD］-［LFRE］=-102.37dBW3.3衛(wèi)星通信線路噪聲功率的計(jì)算地球站接收系統(tǒng)的噪聲主要來(lái)源于如下幾個(gè)方面(參閱1.7.3節(jié))：(1)天線噪聲。天線噪聲包括宇宙噪聲、大氣噪聲、降雨噪聲、太陽(yáng)噪聲、天電噪聲、天線損耗噪聲、天線罩噪聲以及天線從副瓣進(jìn)入的地面噪聲等等。(2)干擾噪聲。干擾噪聲主要來(lái)源于其它通信系統(tǒng)。(3)上行鏈路噪聲與轉(zhuǎn)發(fā)器互調(diào)噪聲。這些噪聲是伴隨信號(hào)一起從衛(wèi)星發(fā)送下來(lái)的，包括發(fā)射地球站、上行鏈路、衛(wèi)星接收系統(tǒng)的熱噪聲，以及多載波工作時(shí)衛(wèi)星和發(fā)射地球站的非線性器件產(chǎn)生的互調(diào)噪聲等。(4)無(wú)源器件(如饋線、定向耦合器、波導(dǎo)開關(guān))的噪聲。(5)接收機(jī)的內(nèi)部噪聲。噪聲的大小可直接用噪聲功率來(lái)度量。眾所周知，對(duì)于具有熱噪聲性質(zhì)的噪聲，噪聲功率可表示為N=KTB(3.6)式中，K=1.38×10-23J/K為波爾茲曼常數(shù)，B為等效噪聲帶寬，T為等效噪聲溫度。若單邊功率譜密度用n0來(lái)表示，則n0=KT，因此噪聲的大小也可以用等效噪聲溫度T間接來(lái)表示。為了便于計(jì)算，通常把上述噪聲都折算到地球站低噪聲接收機(jī)的輸入端，并分為三部分，即上行鏈路噪聲、轉(zhuǎn)發(fā)器互調(diào)噪聲和下行鏈路噪聲。因此，整個(gè)系統(tǒng)的噪聲溫度可表示為Tt=TU+TI+TD=(r+1)TD

(3.7)式中，TU為上行鏈路噪聲，TI為轉(zhuǎn)發(fā)器互調(diào)噪聲溫度，TD為下行鏈路噪聲溫度，r=(TU+TI)/TD。3.4衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比圖3.1單向空間鏈路一般示意圖

1.上行線路載噪比與衛(wèi)星接收機(jī)性能指數(shù)在計(jì)算上行線路載噪比時(shí)，地球站為發(fā)射系統(tǒng)，衛(wèi)星為接收系統(tǒng)。設(shè)地球站有效全向輻射功率為(EIRP)E，上行線路傳播損耗為L(zhǎng)U，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收天線增益為GRS，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收系統(tǒng)饋線損耗為L(zhǎng)FRS，大氣損耗為L(zhǎng)a，則可求得衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收機(jī)輸入端的載噪比為式中,TS為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器輸入端等效噪聲溫度；BS為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收機(jī)帶寬。(3.8)如果將LFRS計(jì)入GRS之內(nèi)，則稱之為有效天線增益；將La計(jì)入LU之內(nèi)，則式(3.8)可寫成由于載噪比C/N是帶寬B的函數(shù)，因此這種表示方法缺乏一般性，對(duì)不同帶寬的系統(tǒng)不便于比較。若將噪聲改用每赫帶寬的噪聲功率(即單邊噪聲功率譜密度n0)表示，則(3.10)(3.11)(3.9)或即(3.12)將式(3.12)代入式(3.9)可得(3.13)(3.14)由式(3.9)、式(3.13)和式(3.14)可以看出，GRS/TS值的大小直接關(guān)系到衛(wèi)星接收性能的好壞，故把它稱為衛(wèi)星接收機(jī)性能指數(shù)，也稱為衛(wèi)星接收機(jī)的品質(zhì)因數(shù)，通常簡(jiǎn)寫為G/T。G/T值越大，C/N越大，接收性能越好。為了說(shuō)明上行線路［C/T］U值與轉(zhuǎn)發(fā)器輸入信號(hào)功率的關(guān)系，引入了轉(zhuǎn)發(fā)器靈敏度的概念。當(dāng)使衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器達(dá)到最大飽和輸出時(shí)，其輸入端所需要的信號(hào)功率就是轉(zhuǎn)發(fā)器靈敏度，通常用功率密度WS表示，即以單位面積上的有效全向輻射功率表示，有或(3.16)以上是衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器只放大一個(gè)載波的情況。但是在頻分多址系統(tǒng)中，一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器要同時(shí)放大多個(gè)載波。為了抑制因互調(diào)干擾所引起的噪聲，需要使總輸入信號(hào)功率從飽和點(diǎn)減少一定數(shù)值，如圖3.2所示。通常把行波管放大單個(gè)載波時(shí)的飽和輸出電平與放大多個(gè)載波時(shí)工作點(diǎn)的總輸出電平之差稱為輸出功率退回或輸出補(bǔ)償；而把放大單個(gè)載波達(dá)到飽和輸出時(shí)的輸入電平與放大多個(gè)載波時(shí)工作點(diǎn)的總輸入電平之差稱為輸入功率退回或輸入補(bǔ)償。由于進(jìn)行輸入補(bǔ)償，因此由各地球站所發(fā)射的EIRP總和，將比單波工作使轉(zhuǎn)發(fā)器飽和時(shí)地球站所發(fā)射的EIRP要小一個(gè)輸入補(bǔ)償值。假設(shè)以［EIRP］ES表示轉(zhuǎn)發(fā)器在單波工作時(shí)地球站的有效全向輻射功率，那么多波工作時(shí)地球站的有效全向輻射功率的總和應(yīng)為圖3.2行波管輸入、輸出特性［EIRP］EM=［EIRP］ES-［ＢＯ］I(3.17)式中，［BO］I為輸入補(bǔ)償值。將式(3.16)代入式(3.17)，得(3.18)與之相應(yīng)的(C/T)U值用(C/T)UM表示，即(3.19)2.末下行線蜘路載噪葵比與地長(zhǎng)球站性嫌能指數(shù)這時(shí)，衛(wèi)狗星轉(zhuǎn)發(fā)器蓄為發(fā)射系師統(tǒng)，地球魚站為接收刊系統(tǒng)。與批上行線路莖類似，可瓦得其基本蒙關(guān)系式為(3.2凳0)式中，TE為地球霧站接收炭機(jī)輸入搞端等效茶噪聲溫兄度；BE為地球虛站接收送機(jī)的頻曉帶寬度闊；GRE為地球蓄站接收烘天線有呀效天線密增益。喜同樣，盤可以蠟寫成另腸外兩種浴表達(dá)形節(jié)式，即(3.犧21)(3.2鮮2)式中，［GRE/TE］稱為地掠球站性能秩指數(shù)(品惕質(zhì)因數(shù))速，常用［GR/TD］表示，泥其中TD為下行修線路噪湖聲溫度河，它磚關(guān)系著丸地球站眠接收性郊能的好嗓壞。因炒此，在巷國(guó)際衛(wèi)趙星通信發(fā)系統(tǒng)中興，為了另保證一疤定的通帽信質(zhì)量逗并能有原效地利健用衛(wèi)星郊功率，擋對(duì)標(biāo)準(zhǔn)蠟地球站辟的性能斥指數(shù)有廉明確規(guī)自定。當(dāng)考慮痰到衛(wèi)星斷轉(zhuǎn)發(fā)器撤要同時(shí)獄放大多外個(gè)載波勤時(shí)，為殃了減小帥互調(diào)噪燙聲，行曲波管放紀(jì)大器進(jìn)區(qū)行輸入旗補(bǔ)償?shù)墓赐瑫r(shí)，隱輸出功挨率也應(yīng)浸有一定河補(bǔ)償值腳。因拌此，多襲載波工主作時(shí)的荒有效全援向輻射產(chǎn)功率為［EIR遮P］SM=［金EIR醫(yī)P］SS-［BO］O(3.善23)式中，扭［EI蒙RP］SS為衛(wèi)星紀(jì)轉(zhuǎn)發(fā)器山在單波闖飽和工士作時(shí)的飾［EI構(gòu)RP］換。將寸式(3拉.23襪)代入你式(3洋.22玻)，得(3.陜24)3.衛(wèi)捐星轉(zhuǎn)發(fā)器畫載波功率鴨與互調(diào)噪孟聲功率比當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)許發(fā)器同時(shí)因放大多個(gè)醉信號(hào)載波館時(shí)，由于摩行波管的兵幅度非線彼性和相位滲非線性的傲作用，會(huì)卷產(chǎn)生一系浙列互調(diào)產(chǎn)搏物。其中亮，落入暫信號(hào)頻帶掙內(nèi)的那部糖分就成為金互調(diào)噪聲護(hù)。如果近鳳似認(rèn)為機(jī)互調(diào)噪忠聲是均投勻分布?xì)g的話，濃可采用化和熱噪亞聲類似滋的處理辛辦法，池求得載吳波互調(diào)蘋噪聲比仔，也可劑用［C/N］I、［C/n0］I或［C/T］I來(lái)表示，致且(3.看25)一般規(guī)注律是，材越遠(yuǎn)離陵行波管脅飽和點(diǎn)域(即輸夜入補(bǔ)償薦越大)已，［C/T］I越大；越般接近飽和臭點(diǎn)(即輸宴入補(bǔ)償越伶小)，臺(tái)［C/T］I越小。劇而［C/T］U和［C/T］D情況卻相淋反。例如束，當(dāng)輸入殺補(bǔ)償越小文時(shí)，［姥EIRP礦］S要增大暢，這時(shí)宜可使［C/T］D得到相應(yīng)鍋的改善。須可是［C/T］I會(huì)因行棕波管非吃線性而健降低，縣如圖愚3.3稍所示勉。因翅此，為以了使衛(wèi)肅星鏈路齡得到最跪佳的傳骨輸特性考，必敢須適當(dāng)醉選擇補(bǔ)很償值。貓顯然，神選擇祥最佳工匪作點(diǎn)的氣問題，失在衛(wèi)周星通信遇系統(tǒng)設(shè)街計(jì)中是蛇個(gè)極其噴重要的框問題。圖3.啟3［C備/T］與刃［BO］I的關(guān)系4.基衛(wèi)星通傾信線路經(jīng)的總載廊噪比前面研工究的上舌行和下針行線路俘載噪比欠都是單振程線路賀的載噪虹比。嘉所謂單種程，就薄是指地爪球站到植衛(wèi)星或材衛(wèi)星到鵲地球站聰。實(shí)際甜上，進(jìn)墓行衛(wèi)星漲通信是柔雙程的帽，即孫由地球權(quán)站→衛(wèi)某星→地振球站。宏因此，曾接收構(gòu)地球站域收到的熱總載噪蜓比［C/N］t與下行美線路的子載噪比漢［C/N］D是有區(qū)稈別的。握整個(gè)衛(wèi)鉆星線路序噪聲由拌上行線捷路噪聲粥、下行削線路噪款聲和互筍調(diào)噪聲引三部分便組成，殃如圖倉(cāng)3.4減所示倘。雖繼然這三船部分噪登聲到達(dá)討接收站喘接收機(jī)誰(shuí)輸入端惜時(shí)，照已混合烘在一起除，但婚因各部戶分噪聲毅之間彼榴此獨(dú)立加，所陸以計(jì)算概噪聲功雖率時(shí)，賭可以雪將三部脹分相加掙，即Nt=NU+NI+ND=k(TU+TI+TD)B=kTtB(3.2慌6)Tt=TU+TI+TD(3.2太7)式中，NU、NI、ND和TU、TI、TD分別代煙表上行茂線路、怎轉(zhuǎn)發(fā)器湯、下視行線路況的噪聲興功率和近噪聲溫籍度。于醫(yī)是可以蝕寫出整掌個(gè)衛(wèi)星道線路的尚總載噪慰比為(3.頸28)(3.肚29)因此或(3.狡30)(3.押31)圖3.罪4衛(wèi)星脾通信線路到的噪聲及C/T值5.篇門限余迎量和降紀(jì)雨余量在FM遠(yuǎn)中存在賭門限效俊應(yīng)，即怠當(dāng)鑒頻谷器的輸御入信噪伙比Si/Ni大于門榴限值(S/N)th時(shí)，其矛輸出信畢噪比會(huì)事得到改們善。反競(jìng)之，當(dāng)Si/Ni＜(S/N)th時(shí)，其輸兇出信噪比浩會(huì)急劇惡牲化。對(duì)于隆不同的調(diào)盛制指數(shù)βFM,門限煌值大致在虹(S/N)th=8~及11d慈B，且受與調(diào)制鍬信號(hào)類奧型幾乎潛無(wú)關(guān)。筑因此，膽通常取思(S/N)th=10監(jiān)dB。時(shí)為了更辱一般化松起見，迅如果對(duì)亡通信系粉統(tǒng)的傳魚輸質(zhì)量嚼提出了吸一定的良要求，隨則可以益規(guī)定滿洪足該質(zhì)火量標(biāo)準(zhǔn)晴要求所置容許的灶最小S/N或C/T值稱為刊門限，待設(shè)計(jì)系需統(tǒng)時(shí)必宮須使C/T值大于蘇［C/T］th值。但是，任碗何一條線夏路建立后腸，其參壯數(shù)不可能荒始終不變關(guān)。而且會(huì)旗經(jīng)常受到輝氣象條件床、轉(zhuǎn)發(fā)器棄和地球站名設(shè)備某些咽不穩(wěn)定因久素及天線毯指向誤差頌等方面的乘影響。訪為了在這餓些因素變都化后仍能癢使質(zhì)量滿謊足要求，提它必須留鋤有一定的散余量(儲(chǔ)燭備量)，覺這個(gè)余拿量叫“門壤限余量”巖。在氣象條倉(cāng)件變化中陡，特別是班雨雪引起腦的線路質(zhì)莫量下降，仙在線路設(shè)子計(jì)時(shí)必須男留有一定胖的余量，兔以保證降查雨時(shí)仍能菜滿足對(duì)線自路質(zhì)量的途要求，勿這個(gè)余量秘叫“降雨脫余量”。營(yíng)降雨主要厭對(duì)下行線召路影響顯忍著。已知不刃降雨時(shí)Tt=TU+TI+TD=(1苦+r)TD此時(shí)有(3.3在2)用分貝表俗示，有(3.科33)假設(shè)由于劫降雨影響吉，使下行荒線路噪聲絨增加到原滴有噪聲的m倍，地挺球站接收腐系統(tǒng)(C/T)值正好叢降到門限坑值，則T’t=TU+TI+mTD=(1雖+r)TD(3.3見4)(3.辱35)用分貝表腰示，有(3.國(guó)36)式(3.36)說(shuō)明，降雨影響使總噪聲比不降雨時(shí)降低。因此，為了保證通信可靠、質(zhì)量符合要求，設(shè)計(jì)通信線路時(shí)，應(yīng)留有門限余量E：(3.拴37)E代表正常彩氣候條件郵下［C/T］超過(guò)評(píng)門限值袋的分貝蠟數(shù)，m為降雨余楊量。用艇分貝表示逝時(shí)，寫為M=10才lgmdB在衛(wèi)星通譜信中，一罪般取M=4~6貧dB。3.5拴數(shù)字衛(wèi)星答通信線路百設(shè)計(jì)3.5.喉1S唯CPC系老統(tǒng)線路的著計(jì)算1.肚線路買計(jì)算的貍一般公萍式所謂S蒙CPC塘系統(tǒng)的缸通信容只量，是娃指每個(gè)著轉(zhuǎn)發(fā)器扭所能提袖供的信犁道數(shù)。甚它是衛(wèi)絨星通信綱系統(tǒng)工墳程的一映個(gè)重要豈問題。賤對(duì)每憐一條具自體的衛(wèi)惜星通信同線路來(lái)拔說(shuō)，它崖所能提外供的容潑量取決瓦于衛(wèi)星搬通信系脆統(tǒng)的體霧制和參扁數(shù)，例撕如，對(duì)護(hù)通信質(zhì)毛量的要池求，工捎作頻段旦，衛(wèi)星綢功率和街天線尺惰寸，地獎(jiǎng)球站設(shè)彩備的性樂能，旨傳播的寺環(huán)境條第件，調(diào)孝制制度爛，多釀址方式冤等。徹對(duì)于給定借的SCP裳C衛(wèi)星通墾信系統(tǒng)，慚從轉(zhuǎn)發(fā)器駝功率分配療的角度出認(rèn)發(fā)，其通釘信容量可隆用下式估纏算：(3.高38)式中，(C/T)t1是按照Pe或S/N所要求的佛一個(gè)載波抓功率與線吵路總噪聲趴溫度之比厘；(C/T)tM則是在同嘉一接收點(diǎn)速將系統(tǒng)內(nèi)胡所有載波地功率相加能而得到的尤總載波功頂率與同一遺線路總噪膠聲溫度之濾比。為區(qū)剛分這兩個(gè)館(C/T)t中的載念波功率C，在腳標(biāo)藝中增加“蓮1”和“快M”來(lái)加乳以注明，覆多載波食工作時(shí)，舅(C/T)tM是由下式刑決定的：(3.典39)式中，材(C/T)DM、(C/T)UM、(C/T)IM分別為下代行、上行膛總載波功獨(dú)率對(duì)噪聲澤溫度比和擊總載波功好率對(duì)互調(diào)隆等效噪聲碌溫度比(眨這里沒有工考慮鄰道冠干擾等其儀它干擾)候。其中桐，(C/T)DM用分貝表呆示為(3.4下0)式中，［糠EIRP添］SM=［EI層RP］SS-［BO］O。若(C/T)UM用分貝吐表示，努則有(3.丹41)關(guān)于SC吊PC系統(tǒng)魚的［C/T］I1(一脆個(gè)載波溉功率與剖互調(diào)噪抹聲溫度戲之比)筆，《C布CIR舊固定業(yè)翠務(wù)衛(wèi)星羞手冊(cè)(軋198毯5)》速對(duì)于典船型的T融WTA測(cè)給出如靠下公式脖：［BO］O=0膠.82策(［BO］I-4.5邀)dB(3.4追2)(3.尺43)式中，n′為有透效的載羊波數(shù)目題，所以(3.4耍4)再看(C/T)t1,在饞數(shù)字制猶情況下烘有(3.共45)式中，行［Eb/n0］th為比特服能量噪縱聲密度蒸比門限欠值；Rb為比特漿速率；k為波耳茲息曼常數(shù)；躲［Ee］是設(shè)備忘的備余量堵；在模擬散制(FM雁)情況下濃有傳輸一駐路SC機(jī)PC所掏占用的拔衛(wèi)星功河率和地丈球站的屑功率分呀別為[EI絕RP］S1=［E洋IRP］SM-［n］(3.4診7)(3.求48)應(yīng)指出，找在上述關(guān)超于［n］、［E連IRP］S1、［E置IRP犧］E1的公式盛中，朵實(shí)際應(yīng)塑用時(shí)，滲都應(yīng)平留下適丙當(dāng)?shù)挠嘈搅俊?.犯PCM/掠PSK/匹SCPC迅線路的計(jì)柜算【例3.清2】假號(hào)定衛(wèi)星與哈地球站的逼主要參數(shù)鼓有：上行釣頻率為憲6GH居z,下鎖行頻率為她4GH計(jì)z；衛(wèi)星塔行波管單歪載波飽和郊輸出功率書為10危W；衛(wèi)虜星天線增釣益［G］S收、發(fā)棒均為咸26d亦B(含毀饋線損倘耗)；讓［GR/TD］為-4牌.5dB海/K；衛(wèi)能星轉(zhuǎn)發(fā)器餓匹配條件熊下的功率若增益［GP］S為1息05d扯B；轉(zhuǎn)肯發(fā)器帶沈?qū)挒樘?6M貌Hz；續(xù)地球站繩［G/T］E為2李3d村B/K朗。系統(tǒng)忘設(shè)計(jì)指攪標(biāo)給定館為：誤新比特率Pe為10-4；信道調(diào)岸制方式為綁QPSK傅；信道帶伯寬為3攻8kH慢z；數(shù)據(jù)而速率Rb為6菠4k闖b/s古。要求幅估算系廁統(tǒng)的通居信容量顧及每載溝波需用環(huán)衛(wèi)星與愈地球站束的［E今IRP網(wǎng)］。解(1)阿［C/T］tM的計(jì)算漲。根據(jù)巡壽式(3狼.40葡)知一般地，印選取若干掃個(gè)［BO］I值來(lái)進(jìn)行湖計(jì)算，最熱后以［C/T］DM最大的少［BO］I做為工膨作點(diǎn)。蒜為避免匠繁瑣，北這里僅撈代入一測(cè)個(gè)［BO］I值進(jìn)行茫計(jì)算。皇?。跙O］I=7.民5dB凳,由秧式(3哪.42申)得到嬌，［BO］O=2.建5dB搬,而竄［LD］=1開97d喊B，則無(wú)有根據(jù)式綢(3.菌41)寸，則有由式(校3.4汪3)并像考慮信春道濾波出器對(duì)互奮調(diào)噪聲愉有約快0.6認(rèn)dB的涉改善，依可得將以上求得的、、化為真值，代入式(3.39)得化為分貝率值，則摟有(2)的計(jì)算。?。跡e］=2.6dB,[Eb/n0]th=8.4dB(Pe=10-4),而Rb=64kb/s,故有［Rb］=10lg64×103=48.1dB,由式(3.45)可得應(yīng)指出，鋒這是一個(gè)括功率受限席系統(tǒng)，喬帶寬是寬猴裕的，究因而載波虜間隔較大居，鄰道披干擾可以負(fù)忽略，科故上述計(jì)乞算對(duì)此未韻考慮。(3)先通信容量廉的計(jì)算。濃在實(shí)際計(jì)誼算中，考之慮到降雨論的影響，松要留有架一定的門捕限余量［垂E］；跡此外，由獄于使用了拖話音激活獅，在功念率方面，夕可有a分貝的好奔處，故轉(zhuǎn)濕發(fā)器通信桐容量用分點(diǎn)貝表示時(shí)悔，由式(新3.38裙)得(3.味49)式中，取粒［a］為4旱dB，［E］為4阻dB，將故有［n］=碑-1僻46.決1+1知69.闊5-4帳+4轎=2書3.4普dB碌(即21飲8)若按3角6MH陡z帶寬計(jì)樹算，當(dāng)信因道間隔為啞45k料Hz時(shí)，問有(4)良每信燭道所需醒的衛(wèi)星百及地球秩站的［潤(rùn)EIR豎P］。濤在求每吃信道所辨需的［爪EIR哭P］S1時(shí)，考慮足功率分配互給同時(shí)工耳作的話路捎的載波，宗故有［EI陽(yáng)RP］S1=［E寶IRP淺］SM-(［n］-［a］)=［E災(zāi)IRP徒］SS-［BO］O-［n］+［a］=36-茫2.5-手23.4地+4=怕14.紅1dBW窩又每信戶道所需被的地球叼站［E可IRP齒］E1為［EIR失P］E1=［E嘩IRP］EM-［n］+［a］+［ET］式中，［ET］為發(fā)射勢(shì)功率備余碑量，?。跡T］=3單dB。距又因?yàn)樵?G津Hz時(shí)，賺自由空間菌損耗為唐200d斜B,考鎮(zhèn)慮到極化潔誤差損耗完，天線奏指向損耗北和大氣損唯耗，共約稼1.4情dB,乒即［LU］=件200+漸1.4茂=20漢1.4攏dB故有【例3掏.3】萍已知碧工作頻冷率為掩6/4憂GH濟(jì)z,襪利用I色S-Ⅳ玩號(hào)衛(wèi)星固，［裁EIR冷P］SS=22.趕5dB衛(wèi)W,［WS］=-乘68.莖5d院BW/召m2，較標(biāo)廊稱值-圖67d警BW/牲m2低1.催5dB島。選?。跙O］I=11點(diǎn)dB,刃［BO］O=4.垮9dB央,端衛(wèi)星［G/T］S=-17繡.6d象B/K。仙地球站品宜質(zhì)因數(shù)［G/T］E=40.劉7dB唱/K。上警行鏈路損疫耗［LU］=20福0.6d荷B，下行語(yǔ)鏈路損耗木［LD］=1虛96.偶7屋dB保，對(duì)壩于大容犧量系統(tǒng)救，話灶音激活析因子為幕0.延4，對(duì)稱于8犯00益?zhèn)€單向胸通路的嘆網(wǎng)絡(luò)，率同時(shí)巾通話路元數(shù)n抽=0.巾4×8甩00=救320桃路。它試尊計(jì)算I濫S-Ⅳ身號(hào)衛(wèi)星熊PCM辛-PS槽K-S肢CPC萌數(shù)字線懂路的主屢要通信粘參數(shù)。解(1)熄確定上行敘鏈路載噪須比。設(shè)排轉(zhuǎn)發(fā)器功愉率均分給蒸每個(gè)載波風(fēng)，故每刑路上行鏈陸路的［C/T］U值為［浪參閱式?jīng)?3.愚19)燭］(2)主確定洪下行鏈虎路載噪憤比。根進(jìn)據(jù)式(下3.2束4)，遭考慮到贊每路功鑒率均分覆，故每撓路下行避鏈路［C/T］D值為(3)扭確定載波跡功率對(duì)互痛調(diào)及鄰道屯干擾比。竭對(duì)于IS北-Ⅳ號(hào)衛(wèi)掏星轉(zhuǎn)發(fā)器駝，實(shí)測(cè)輸現(xiàn)出補(bǔ)償及唱載波互調(diào)遵干擾比與魚輸入補(bǔ)償切的關(guān)系如藍(lán)圖3.鏈5所示密。這是對(duì)漢800棚個(gè)間隔蜘為45嬸kHz的蒼通路而言蜂的。實(shí)際砌上，由訓(xùn)于存在話瘦音激活，呈經(jīng)常同記時(shí)工作的儲(chǔ)不過(guò)3域20路兇，這樣有述［A］=10惡lg(責(zé)800/叔320)趙=3.5上dB的陵好處。由師于有些互少調(diào)分量落大到帶外，屆還存在［F］=0幫.6織dB的椅好處。災(zāi)實(shí)際信婚道的等纖效噪聲捷帶寬為猴38道kH柔z，故埋實(shí)際載成波功率詠與互調(diào)愧噪聲溫刊度比為此外，S渠CPC系拼統(tǒng)還存在酒鄰道干擾壁，它的陳設(shè)計(jì)指標(biāo)易是載波功訪率與鄰道繪干擾功率潤(rùn)比［C/N］A不超過(guò)版26考dB患,于翁是圖3掙.5幟IS雹-Ⅳ衛(wèi)勤星轉(zhuǎn)發(fā)悔器輸出忠補(bǔ)償及覺載波互刊調(diào)干擾歲比與輸遲入補(bǔ)償唯的關(guān)系(4)盒確定總載殘?jiān)氡?。根盞據(jù)式(3及.30)芬，有于是得(5)眼確定滿足窮傳輸速率抱要求和誤鑄碼率要求吹所需的［C/T］th值。P貼CM-S昏CPC系鈔統(tǒng)的傳輸狠速率為Rb=64事kb/s調(diào),當(dāng)要循求Pe≤10-4時(shí)，摧對(duì)于B沿PSK節(jié)或QP般SK，縫［Eb/n0］≥8.旦4dB耐，設(shè)取［Eb/n0］=1咳0.7復(fù)dB冶,則(6)逢門塵限余量此E值合適。(7)辨確定地球月站每路應(yīng)賞發(fā)的有效怎全向輻射觀功率。此處的端［WS］較標(biāo)稱滴值-67炕dB高1刑.5d過(guò)B，為的約是考慮最特壞情況。從以上晴實(shí)例，截可以推鎮(zhèn)算到其奧它派生諷體制的搬性能。蕉如Δ岸M-S變CPC借系統(tǒng)，以只要將騙相應(yīng)的寄等效噪避聲帶寬仰和誤碼踐率要求鹿加以改紗變即可摘。3.促DM/廁PSK份/SC告PC線賴路的計(jì)聲算【例3死.4】濟(jì)假定衛(wèi)星薪和地球站戲參數(shù)與例傾3.3子(PCM逮/PSK賺/SCP沙C)相同燒。系統(tǒng)設(shè)諷計(jì)指標(biāo)為嶄：誤比特升率Pe=10-3(門限噸值)，穗信道調(diào)朗制方式漆為QP久SK;吸信道頌帶寬為倍19藥.2k拜Hz(貓即4輸2.8宇dB誼)；數(shù)彼據(jù)速率法為3淚2k柔b/s香(即演45否.05輔dB)欠。當(dāng)Pe=10-3時(shí)，Q決PSK窩的［Eb/n0］為6趙.8d末B。要破求估算系略統(tǒng)的通信醋容量。解依照例幅3.棒2，可底求得當(dāng)不考慮腿鄰道干擾督影響，利湊用上例所違求得的［BO］O=2.醫(yī)5d蕉B時(shí)，哪有最后求騎得［n］=漿28葵.05盒dB鏟(四即6鍋38)3.5軟.2枝PS雹K數(shù)字哈衛(wèi)星通宿信線路桌的設(shè)計(jì)1.罵數(shù)字衛(wèi)親星通信耳線路標(biāo)雕準(zhǔn)參數(shù)為誤碼率Pe=10-42.能主要通豆信參數(shù)勻的確定(1)抗歸一化信牌噪比Eb/n0。接收數(shù)硬字信號(hào)時(shí)藏，載波接做收功率與笛噪聲功率壁之比C/N可以寫成(3.告50)式中，Eb為每單護(hù)位比特卷信息能滾量；Es為每個(gè)使數(shù)字波小形能量濫，對(duì)于M進(jìn)制，卵則Es=EblbM;R′為碼元問傳輸速率玻(波特速腳率)；R為比特傳地輸速率，增且R=R′lbM;B為接收系簽統(tǒng)等效帶富寬；n0為單位頻疫帶噪聲功途率(單邊趁噪聲功率科譜密度)碧。(2)北誤碼碗率與歸東一化信海噪比的維關(guān)系(宣對(duì)于2伍PSK押或QP嚷SK)季:(3.5致1)當(dāng)Pe=10-4時(shí)，得歸六一化理想肚門限信噪欣比為(3.甜52)當(dāng)取理瞞想帶寬誕(B=R′)時(shí)雪，則由槳式(3尺.50將)可求五得2P床SK時(shí)以理想門扮限載波堅(jiān)接收功伐率與噪授聲功率奧比［C/N］th2為而QPS亮K時(shí)，［C/N］th4為(3)端門限吃余量。競(jìng)當(dāng)僅考徐慮熱噪另聲影響憤時(shí)，為分保證誤纏碼率Pe=10-4，必需招的理想唐門限歸工一化信柜噪比為犬8.呼4d廟B，則亭門限余影量E可由下菌式確定必:(3.撒53)門限余禿量是為曉了考慮責(zé)TDM瞇A地球得站接收勤系統(tǒng)和薪衛(wèi)星轉(zhuǎn)幫發(fā)器等襖設(shè)備特庭性不完舉善所引蠻起的惡增化而采醬取的保手證措施森。(4)捧接收系統(tǒng)蹤蝶最佳頻帶槐寬度B的確定。饑接收系統(tǒng)含的頻帶特儉性是根據(jù)粱誤碼率最命小的原則車確定的。占根據(jù)奈奎淘斯特速率在準(zhǔn)則，在餃頻帶寬度才為B的理閃想信道中藍(lán)，無(wú)碼間零串?dāng)_時(shí)，叫碼字的極廊限傳輸速槳率為2恐B波特。足由于PS聰K信號(hào)具到有對(duì)稱的策兩個(gè)邊帶滔，其頻帶夫?qū)挾葹榛瓗盘?hào)頻丑帶寬度的丑2倍易,因此究，為了實(shí)鉤現(xiàn)對(duì)PS收K信號(hào)的車?yán)硐虢庹{(diào)啟，系統(tǒng)理債想帶寬應(yīng)內(nèi)等于波形叢傳輸速率確(波特速歷率)R′。但從抱減小碼間譜干擾的角罪度考慮，換一般要求受選取較大惕的頻帶寬陳度。因此項(xiàng)，取最愈佳帶寬為(3.立54)(5)恭地球夸站接收流系統(tǒng)載醒波接收剝功率與吩系統(tǒng)總狐噪聲溫飄度比(C/T)t的確定圣。將式擇(3.羞50)妄中(C/N)t用(C/T)t表示，司則可職寫成(3.5亡5)用分貝表性示(3.5絕6)當(dāng)采用催TDM斗A方式唇時(shí)，接隙收系統(tǒng)肆總噪聲父為上行碑線路熱斷噪聲和覽下行線鼠路熱噪擋聲之和字。當(dāng)采固用FD菊MA方僵式時(shí)，狹則接收舉系統(tǒng)總吐噪聲為凍上行線識(shí)路熱噪子聲、下泊行線路項(xiàng)熱噪聲廳和衛(wèi)星報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)器界互調(diào)噪備聲之和皂。下行恰線路本寧身的(C/T)D可由式世(3.埋22)皆決定，摔即(3.5藍(lán)7)因?yàn)橛蓡∈?3增.29嗚)可得(3.暈58)所以比較救式(3.取57)和繼式(3.女58)，瘦可得(3.樸59)將式(3晨.56)餐代入式(簡(jiǎn)3.59談)得(3.其60)式中，r為決定植噪聲分死配的量泄。采用進(jìn)FDM至A時(shí)，更有采用T干DMA格時(shí)，有將式(度3.5毛3)代簡(jiǎn)入式(斗3.6叼0)得(6)獵衛(wèi)星哀轉(zhuǎn)發(fā)器嶺有效全摘向輻射宮功率的伶確定。快根據(jù)式貌(3.輛22)滅可求得(3.果62)將式(爪3.6愈1)代源入式(揪3.6夾