衛(wèi)星通信中的常見問題

問題：5、降雨損耗及鏈路可用度6、飽和通量密度7、轉(zhuǎn)發(fā)器的增益8、連路計算9、系統(tǒng)容量估算5、降雨損耗及鏈路可用度：①降雨對鏈路的影響：降雨會導致電磁波的散射并且會吸收無線電波的能量；降雨的衰減量隨著頻率的升高而增加，因此Ku波段的降雨衰減要比C波段嚴重；水平極化的降雨衰減要比垂直極化的降雨衰減要大；雨衰會產(chǎn)生噪聲，衰減和噪聲對衛(wèi)星鏈路性能的影響在上、下行鏈路的雨衰余量中考慮。降雨對天線罩的影響：對半球形的天線罩，降雨會產(chǎn)生一個厚度不均勻的水層，水層將導致吸收損耗和反射損耗（1mm厚的水層所產(chǎn)生的損耗是14）。降雨會導致信號的去極化：雨滴通過大氣層時略帶橢圓形，主軸方向?qū)﹄妶龇至康挠绊懖煌诖屋S方向?qū)﹄妶龇至康挠绊懀浣Y(jié)果就是使電波變成了橢圓極化波；對圓極化波的影響大于線性極化波，為了彌補降雨引起的去極化，需要安裝去極化裝備。②鏈路可用度：定義：在一年中的時間內(nèi)，鏈路的誤比特率不超過一個給定的門限值的概率，稱為鏈路可用度。因此鏈路可用度表示含義是：一年中經(jīng)過該鏈路傳輸?shù)恼`比特率性能優(yōu)于門限的時間百分比。為了使鏈路可用度達到要求，定義一個門限載噪比和余量，余量包括雨衰余量、系統(tǒng)余量以及設備余量等，因此設計系統(tǒng)應該達到的載噪比為：。6、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達到飽和時接收天線所要求的通量密度為飽和通量密度，用表示。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)器的靈敏度。如果用表示能使衛(wèi)星接收天線達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：顯然，，這樣，如果知道衛(wèi)星接收系統(tǒng)的設計參數(shù)以及系統(tǒng)的工作頻率、各種傳輸損耗，就可以計算單一載波時地球站的。7、轉(zhuǎn)發(fā)器的增益：衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的三個主要參數(shù)為、與。和（飽和通量密度）反映衛(wèi)星接收系統(tǒng)在其服務區(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)。反映轉(zhuǎn)發(fā)器的下行功率，它與衛(wèi)星發(fā)送天線的增益分布線性相關(guān)。=5\*ALPHABETICE、地球站高功放HPA：地球站高功放的發(fā)送功率中應該包括傳輸饋線損耗。傳輸饋線損耗記為TEL。TEL中包括HPA輸出端與發(fā)射天線之間的波導、濾波器和耦合損耗。HPA的輸出功率由下式計算：，該式包括了衛(wèi)星所需的輸入補償。此外，地球站本身也可能會發(fā)送多個載波，它的輸出需要對應的補償，記為，這樣地球站的額定飽和輸出功率就由下式給出：。②下行鏈路： =1\*ALPHABETICA、的計算公式：衛(wèi)星下行鏈路是衛(wèi)星向地球站方向傳輸信號的鏈路。端到端的載噪比計算公式為：計算結(jié)果是地球站接收機入口的載波與噪聲譜密度之比。如果要計算載波噪聲功率比而不是載波與噪聲譜密度之比時，就要用到等效噪聲帶寬。假設信號帶寬等于噪聲帶寬,則上式變?yōu)椋?2\*ALPHABETICB、輸出補償：定義：單載波飽和輸出功率與工作點對應的輸出功率之差。輸出補償值的確定方法：根據(jù)輸入補償?shù)姆秶ǔ鲅a償后的工作點，線性外推至某個點（該點比飽和輸出功率大5），則該點對應的實際輸出功率減5后與補償后的工作點對應的輸出功率差即為輸出補償。如果飽和條件下衛(wèi)星的輸出定義為，則有：，并且的計算公式變?yōu)椋骸?3\*ALPHABETICC、衛(wèi)星TWTA的輸出：衛(wèi)星功率放大器通常采用行波管放大器（TWTA），必須提供包括發(fā)送饋線損耗在內(nèi)的發(fā)射功率。這些饋線損耗來自TWTA與衛(wèi)星天線之間的波導、濾波器及耦合器。TWTA的輸出功率為:。一旦的值確定，那么就可以計算TWTA的包和功率輸出值：。9、系統(tǒng)容量估算：衛(wèi)星系統(tǒng)容量是指滿足一定約束條件的前提下，系統(tǒng)支持同時發(fā)射的載波數(shù)。系統(tǒng)容量主要與要求的傳輸質(zhì)量、帶寬擴展因子、系統(tǒng)抗干擾能力以及地球站的傳輸能力等因素有關(guān)。衛(wèi)星系統(tǒng)信道容量受到熱噪聲和同頻干擾的影響而損失。通常情況下，產(chǎn)生干擾的主要原因有：多頻干擾和臨波束干擾以及多衛(wèi)星的同頻干擾。在用戶端上行鏈路中，設系統(tǒng)的一個波束內(nèi)具有（<13）個子頻帶，用戶密度為β，波束內(nèi)一個子載波能提供的用戶數(shù)為，則,是此波束覆蓋的小區(qū)面積，在功率控制下，衛(wèi)星接收天線將不同用戶的信號功率控制為同一的量值。這就使得在本小區(qū)內(nèi)部，其他用戶對被度量的用戶干擾功率也得到了“補償”，放大了，進而得到同一小區(qū)內(nèi)部被度量的用戶受其他用戶干擾（僅考慮同一子頻帶上的用戶）的功率為：，其中為平均話音激活率。周圍其他小區(qū)內(nèi)的用戶信號因為功率控制因子也得到了放大，對于他們自己波束的接收天線來說，也補償?shù)搅讼嗤β?。衛(wèi)星干擾示意圖如下圖所示：圖1:衛(wèi)星網(wǎng)絡干擾設和分別為被度量的用戶和干擾方波束的天線特性增益。對于被度量的用戶，這些用戶發(fā)出的干擾功率變?yōu)椋浩渲袨槠渌^(qū)接收到干擾用戶信號后，采用功率控制并等效至干擾方波束中心，得到其對被度量用戶的干擾積累。由于較遠距離的干擾可以忽略，這里只考慮臨近范圍內(nèi)的所有干擾功率。從而得到干擾因子：。需要說明的是，衛(wèi)星系統(tǒng)用戶上行波段天線并不是蜂窩形狀的，其形狀如圖2所示。波束間交界處的衰減為2~4。圖2:方位角（度）在圖1中，干擾信號上行夾角，干擾徑向小區(qū)邊緣上行夾角，可將被度量的用戶小區(qū)內(nèi)的天線特性增益用地面距離表示：，其中徑向干擾小區(qū)周圍的衰減，滿足。由于和，上式可變?yōu)椋?。將單位轉(zhuǎn)換到線性單位：。同樣干擾方在自己波束內(nèi)的天線特性增益為：。則干擾因子可變?yōu)椋?。通過以上分析，得到被度量的用戶受到其他用戶的總干擾為：。對于子載波帶寬（是擴頻比，是信息速率）和干擾功率（是信息比特能量），總干擾的功率密度為：?？紤]到各種噪聲的功率密度，，則得到一個子頻帶內(nèi)可供使用的信道量：。設一個波束內(nèi)有個子載波，一顆衛(wèi)星具有個波束，一個波束的有效帶寬為，則一顆衛(wèi)星的可供信道量為：。需要說明的是，對于前向鏈路下行信道，由于信號源子一個同一的衛(wèi)星或關(guān)口站，碼分復用能夠很好地實現(xiàn)碼片同步。微型系統(tǒng)下行鏈路利用導頻信道和擴頻碼同步信道，各用戶的擴頻序列（Walsh碼）具有良好的自相關(guān)性（雖然相臨的衛(wèi)星仍會產(chǎn)生部分干擾），信號接收能夠保持在有效信干比門限以下。所以，系統(tǒng)的下行信道干擾比上行時的情況要輕得多。假定小區(qū)內(nèi)的來話量服從泊松分布，來話到達率為常數(shù)，來話的持續(xù)時間為，從而小區(qū)的通信容量為：。根據(jù)一個子頻帶內(nèi)可供使用的信道量的公式容易得到一個波束（小區(qū)）的可供信道量，話務阻塞率滿足Erlang-B公式：。實際通信容量應小于，故小區(qū)內(nèi)的通信效率為：。在阻塞率一定的情況下，信道占用率隨可供信道量的增大而提高。如在時，僅為0.45；而當時，顯著提升到0.97。由圖2可知，衛(wèi)星的天線產(chǎn)