衛(wèi)星通信鏈路設(shè)計(jì)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 衛(wèi)星通信鏈路設(shè)計(jì)衛(wèi)星通信鏈路設(shè)計(jì) 鏈路傳播特性鏈路傳播特性 u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 第1頁(yè)/共98頁(yè) 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（Troposphere） 7- 16 km 外逸層（外逸層（ExosphereExosphere） 500 - 6

2、4,374 km500 - 64,374 km 第2頁(yè)/共98頁(yè) 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 第3頁(yè)/共98頁(yè) 1、6 衛(wèi)星通信工作頻段及電波傳播特點(diǎn)衛(wèi)星通信工作頻段及電波傳播特點(diǎn) 1.6.1 工作頻段的選擇 工作頻段主

3、要考慮電離層的反射、吸收；對(duì)流層的吸 收、散射損耗等因數(shù)與頻率的關(guān)系。 第4頁(yè)/共98頁(yè) 第5頁(yè)/共98頁(yè) 第6頁(yè)/共98頁(yè) 一般工作頻段選擇在1G10G；最理想的頻率在46G。 第7頁(yè)/共98頁(yè) 1.6.2 電波傳播的特點(diǎn) 1、自由空間的傳播損耗 衛(wèi)星通信中電波的損耗主要有自由空間的傳播損耗 和大氣損耗。由于衛(wèi)星一般位于34萬(wàn)千米的太空，所以 主要考慮自由空間傳播的損耗。 在自由空間傳播過(guò)程中，接收信號(hào)的功率為： PT 為天線發(fā)射功率； G T 為發(fā)射天線增益； A R為接收天線開口面積； G R 為接收天線增益。 自由空間傳播損耗為： 第8頁(yè)/共98頁(yè) 以分貝為單位表示為： 式中d為地球站

4、到靜止衛(wèi)星的距離，可以取d=40000km 電磁波在傳播過(guò)程中除了與距離的平方呈反比衰減 外，還要受大氣因數(shù)（如水分、電離層等）的影響，而 衰減。 各種因數(shù)的影響見下圖： 第9頁(yè)/共98頁(yè) 第10頁(yè)/共98頁(yè) 下圖為 雨、霧、云引起的損耗： 第11頁(yè)/共98頁(yè) 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（等效全向輻射功率（EIRPEIRP） 定義：地球站或衛(wèi)星的天線發(fā)射功率P與該天線增益G的乘積。 表明 了定向天線 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（噪聲溫度（T Te e） 定義：將噪聲系數(shù)折合為電阻元件在相當(dāng)于某

5、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（品質(zhì)因素（G/TG/Te e） 定義：天線增益與噪聲溫度的比值。 G/Te=G(dB)-10lgTe(dB/K) 第12頁(yè)/共98頁(yè) 天線增益的計(jì)算公式天線增益的計(jì)算公式 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中的天線增益可以按下式進(jìn)行計(jì)算： (2-3)式中，A是天線口面的有效面積(m2)，是工作波 長(zhǎng)（m），為天線效率，Ae為接收天線有效面積。 其中=c/f，c為光速，取值為3*108(m/s)。(2-3)式作變換 ，則 22 44 (2-3) e A GA 2 22 44 Af

6、GA c 第13頁(yè)/共98頁(yè) 例一 計(jì)算頻率為6GHz時(shí)，口徑3m的拋物面天線的增益。（天線效 率為0.55） 解：根據(jù) 2 9 2 2 8 4610 3 0.55 2 310 10 lg42.9 (dB) G GG 2 22 44 Af GA c 第14頁(yè)/共98頁(yè) 一、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 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。 自由空間

7、傳播損耗自由空間傳播損耗 自由空間電波傳播是無(wú)線電波最基本、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。 第15頁(yè)/共98頁(yè) 圖圖2-1 以確定的天線面積在不同距離上接收輻射能量以確定的天線面積在不同距離上接收輻射能量 2 (2-1) 4 t r P P d 第16頁(yè)/共98頁(yè) 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 ，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)射天線增益;GR為接收天線增益；Lf為

8、自由 空間傳播損耗。 TTR R f P GG P L 22 44 (2 -5 ) f dd f L c d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) (2-8) f Ldf 第17頁(yè)/共98頁(yè) l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（2-8）， Lf=92.44+20lg42000+20lg6=200.46 (dB) 92.4420lg20lg (dB) (2-8) f Ldf 第18頁(yè)/共98頁(yè) 功率密度的計(jì)算公式功率密度的

9、計(jì)算公式 功率密度（功率通量密度）是指發(fā)射功率經(jīng)過(guò)空間傳播到達(dá)接收點(diǎn)后，在單 位面積內(nèi)的功率。可以表示為（2-1）式。 （2-2）式中，PT為天線的發(fā)射功率（W），GT為發(fā)射天 線的增益，d為自由空間傳播距離。 2 2 (W/m ) (2-2) 4 tt r G P P d 第19頁(yè)/共98頁(yè) 例三 衛(wèi)星的EIRP值為49.4dBW，計(jì)算衛(wèi)星離地面距離為40000km時(shí)，地面站 的功率密度。 解：根據(jù)式（2-1）， 4.94 2 22 10 4.33 (pW/m ) 4 4 3.141640000 1000 TT r G P P d 2 2 (W/m ) (2-1) 4 tt r G P P

10、d 地面站的功率密度為 第20頁(yè)/共98頁(yè) 接收信號(hào)功率的計(jì)算公式接收信號(hào)功率的計(jì)算公式 若接收信號(hào)的有效接收面積為A，則接收到的功率為： 若用接收天線增益（式2-3）來(lái)表示，上式可以改寫為 ： 2 4 TT Rr G P PPAA d 2 (2 -4 ) 4 RTTR PGPG d 22 44 (2-3) Re A GA 第21頁(yè)/共98頁(yè) 衛(wèi)星通信系統(tǒng)從發(fā)端地球站衛(wèi)星通信系統(tǒng)從發(fā)端地球站 到收端地球站的信息傳輸過(guò)程中，到收端地球站的信息傳輸過(guò)程中， 要經(jīng)過(guò)上行鏈路、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和要經(jīng)過(guò)上行鏈路、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和 第22頁(yè)/共98頁(yè) 圖圖2-2 2-2 自由空間損耗與傳播路徑長(zhǎng)度的關(guān)系自由空間損耗

11、與傳播路徑長(zhǎng)度的關(guān)系 92.4420lg20lg (dB) (2-8) f Ldf 第23頁(yè)/共98頁(yè) 衛(wèi)星通信系統(tǒng)線路的設(shè)計(jì)與計(jì)算衛(wèi)星通信系統(tǒng)線路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1 1）、衛(wèi)星通信系統(tǒng)線路的要求：）、衛(wèi)星通信系統(tǒng)線路的要求：保證通信質(zhì)量保證通信質(zhì)量 ，使接收到的射頻載波功率必須遠(yuǎn)大于噪聲功，使接收到的射頻載波功率必須遠(yuǎn)大于噪聲功 率。率。 2 2）設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：）設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：通過(guò)對(duì)解調(diào)前通過(guò)對(duì)解調(diào)前載波功率與載波功率與 等效噪聲溫度之比等效噪聲溫度之比 C/T C/T 的計(jì)算，的計(jì)算，設(shè)計(jì)通信鏈設(shè)計(jì)通信鏈 路。路。 第24頁(yè)/共98頁(yè) 第25頁(yè)/共98頁(yè) 圖圖4-1 用于端對(duì)端鏈路設(shè)計(jì)的

12、、用于端對(duì)端鏈路設(shè)計(jì)的、 從信號(hào)始發(fā)站到終點(diǎn)站的無(wú)線電鏈路劃分從信號(hào)始發(fā)站到終點(diǎn)站的無(wú)線電鏈路劃分 第26頁(yè)/共98頁(yè) 第27頁(yè)/共98頁(yè) 用分貝形式表示有： C (dBW) = PT (dBW) + GT (dB) + GR (dB) 20 lg (4 d/) 第28頁(yè)/共98頁(yè) 單向空間鏈路示意圖 3.43.4衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比的計(jì)算衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比的計(jì)算 第29頁(yè)/共98頁(yè) 1 1、載波功率計(jì)算、載波功率計(jì)算 上行載波功率上行載波功率 CS （即衛(wèi)星接收端輸入率（即衛(wèi)星接收端輸入率 ） 載波功率載波功率 C 下行載波功率下行載波功率 CE （即地球接收端輸入

13、率（即地球接收端輸入率 ） 載波功率與發(fā)射功率載波功率與發(fā)射功率P PT T、發(fā)射天線增益、發(fā)射天線增益G GT T、接收天線增、接收天線增 益益G GR R成正比，與各種損耗成正比，與各種損耗L L成反比。成反比。 用分貝功率表示為：用分貝功率表示為： C = EIRP + GR - L （dBWdBW） 式中式中EIRP = PEIRP = PT T G GT T（ （W W）或或 EIRP = P EIRP = PT T + + G GT T （ （dBWdBW） EIRP稱為稱為有效全向輻射功率有效全向輻射功率，是指衛(wèi)星和地球站發(fā)射是指衛(wèi)星和地球站發(fā)射 天線在波束中心軸向上輻射的功率。

14、天線在波束中心軸向上輻射的功率。 第30頁(yè)/共98頁(yè) 3.1.1 接收機(jī)輸入端的載波功率接收機(jī)輸入端的載波功率 衛(wèi)星或地球站接收機(jī)輸入端衛(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的載波功率一般稱為載波接收功 3.1 接收機(jī)輸入端的載噪比接收機(jī)輸入端的載噪比 第31頁(yè)/共98頁(yè) 若考慮發(fā)射饋線損耗若考慮發(fā)射饋線損耗LFT (dB)(dB)，由式由式(1-9(b)，則有效全向，則有效全向 輻射功率輻射功率EIRP為為 EIRP=PTLFTGT(3-2) 若再考慮接收饋線損耗若再考慮接收饋線損耗L 第32頁(yè)/共98頁(yè) 例例31 已知已知ISW號(hào)衛(wèi)星作點(diǎn)波束號(hào)衛(wèi)星作點(diǎn)波束1872路運(yùn)用時(shí)，

15、其有路運(yùn)用時(shí)，其有 效全向輻射功率效全向輻射功率EIRPS342dBW，接收天線增益，接收天線增益GRS 167dB。又知某地球站有效全向輻射功率。又知某地球站有效全向輻射功率EIRPE 986dBW，接收天線增益，接收天線增益GRE60.0 dB，接收饋線損耗，接收饋線損耗 LFRE0.05dB。試計(jì)算衛(wèi)星接收機(jī)輸入端的載波接收功率。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和地球站接收機(jī)輸入端的載波接收功率CE。 解解 ： 若上行線路工作頻率為若上行線路工作頻率為6GHz，下行線路工作頻率，下行線路工作頻率 為為4GHz，距離，距離d=40000 km，則

16、利用，則利用(1. 3)式可求得上行式可求得上行 線路傳輸損耗線路傳輸損耗Lu為：為： Lu= 92.44+20lg40000+20lg6=20004（dB ） 下行線路傳輸損耗下行線路傳輸損耗LD為為: LD92.44+20lg40000+20lg4= 19652（ dB） 第33頁(yè)/共98頁(yè) 利用利用(35)式式(忽略忽略La、Lr和和LFRS)求得衛(wèi)星接收機(jī)輸入端求得衛(wèi)星接收機(jī)輸入端 的載波接收功率的載波接收功率Cs為：為： Csl=EIRPE十十GRS一一Lu一一84. 74dBW 地球站接收機(jī)輸入端的載波接收功率地球站接收機(jī)輸入端的載波接收功率CE(忽略忽略La和和Lr)為：為： C

17、EEIRPs十十GRE一一LD 一一LFRS-102 37dBW 第34頁(yè)/共98頁(yè) 3.1.2 接收機(jī)輸入端的噪聲功率接收機(jī)輸入端的噪聲功率 在衛(wèi)星通信鏈路中，地球站在衛(wèi)星通信鏈路中，地球站 接收到的信號(hào)是極其微弱的。特接收到的信號(hào)是極其微弱的。特 別是在地球站中，由于使用了高別是在地球站中，由于使用了高 增益天線和低噪聲放大器，使接增益天線和低噪聲放大器，使接 第35頁(yè)/共98頁(yè) 第36頁(yè)/共98頁(yè) 2、噪聲功率的計(jì)算、噪聲功率的計(jì)算 1）、）、 噪聲功率噪聲功率 如果接收系統(tǒng)輸入端匹配，則各種外部噪聲和天線損如果接收系統(tǒng)輸入端匹配，則各種外部噪聲和天線損 耗噪聲綜合在一起，進(jìn)入接收系統(tǒng)的

18、耗噪聲綜合在一起，進(jìn)入接收系統(tǒng)的噪聲功率噪聲功率應(yīng)為應(yīng)為 Na = kTaB 式中，式中， Na為進(jìn)入接收系統(tǒng)的噪聲功率；為進(jìn)入接收系統(tǒng)的噪聲功率；Ta為天線的等為天線的等 效噪聲溫度；效噪聲溫度；B為接收系統(tǒng)的等效噪聲帶寬；為接收系統(tǒng)的等效噪聲帶寬；k為波爾茲曼為波爾茲曼 常數(shù)常數(shù) 2）、）、等效噪聲溫度等效噪聲溫度 將環(huán)境溫度為將環(huán)境溫度為T T0 0時(shí)放大器內(nèi)部噪聲在輸出端產(chǎn)生的噪時(shí)放大器內(nèi)部噪聲在輸出端產(chǎn)生的噪 聲功率折算到輸入端熱噪聲在輸出端產(chǎn)生同樣大小的噪聲聲功率折算到輸入端熱噪聲在輸出端產(chǎn)生同樣大小的噪聲 功率時(shí)所對(duì)應(yīng)的絕對(duì)溫度功率時(shí)所對(duì)應(yīng)的絕對(duì)溫度T Te e，叫做等效噪聲溫度

19、。，叫做等效噪聲溫度。 第37頁(yè)/共98頁(yè) 3.1.3 接收機(jī)輸入端的載噪比與地球站性能因數(shù)接收機(jī)輸入端的載噪比與地球站性能因數(shù) 模擬通信系統(tǒng)的輸出信噪比，模擬通信系統(tǒng)的輸出信噪比， 數(shù)字通信系統(tǒng)中的傳輸速率和誤數(shù)字通信系統(tǒng)中的傳輸速率和誤 碼率，均與接收系統(tǒng)的輸入信噪碼率，均與接收系統(tǒng)的輸入信噪 比有關(guān)。衛(wèi)星通信也是這樣。由比有關(guān)。衛(wèi)星通信也是這樣。由 第38頁(yè)/共98頁(yè) 根據(jù)前面已經(jīng)求出的接收機(jī)根據(jù)前面已經(jīng)求出的接收機(jī) 輸入端的載波功率和噪聲功率，輸入端的載波功率和噪聲功率， 可以直接列出接收機(jī)輸入端的載可以直接列出接收機(jī)輸入端的載 波噪聲功率比為波噪聲功率比為 (3- BkTL GGP

20、N C tP RTT 1 BkTGL N C tRP lg10EIRP 第39頁(yè)/共98頁(yè) 1.衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收機(jī)輸入端的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收機(jī)輸入端的C/NS 對(duì)于上行鏈路，地球站為發(fā)對(duì)于上行鏈路，地球站為發(fā) 射系統(tǒng)，衛(wèi)星為接收系統(tǒng)。設(shè)地射系統(tǒng)，衛(wèi)星為接收系統(tǒng)。設(shè)地 球站有效全向輻射功率為球站有效全向輻射功率為 EIRPE，上行鏈路自由空間上行鏈路自由空間 傳輸損耗為傳輸損耗為L(zhǎng)PU，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接 收天線的增益為收天線的增益為GRS，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā) SSaFRSRSPUE S lg10EIRPBkTLLGL N C 第40頁(yè)/共98頁(yè) 若若GRS中計(jì)入了中計(jì)入了LFRS，則該則該 GR

21、S稱為有效天線增益；稱為有效天線增益；若將若將La 和和LPU合并為合并為L(zhǎng)U( (稱為上行鏈路傳稱為上行鏈路傳 SSRSUE S lg10EIRPBkTGL N C 第41頁(yè)/共98頁(yè) 2.地球站接收機(jī)輸入端的地球站接收機(jī)輸入端的C/NE 對(duì)于下行鏈路，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器對(duì)于下行鏈路，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器 為發(fā)射系統(tǒng)，地球站為接收系統(tǒng)。為發(fā)射系統(tǒng)，地球站為接收系統(tǒng)。 設(shè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的有效全向輻射功設(shè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的有效全向輻射功 率為率為EIRPS，下行鏈路傳輸下行鏈路傳輸 損耗為損耗為L(zhǎng)D，地球站接收天線有效地球站接收天線有效 BkTGL N C t lg10EIRP REDS E 第42頁(yè)/共98頁(yè) 4）、衛(wèi)星

22、通信線路的總載噪比）、衛(wèi)星通信線路的總載噪比 地球站接收端總的載噪比是衛(wèi)星通信線路載噪比的總和地球站接收端總的載噪比是衛(wèi)星通信線路載噪比的總和 ，它是地球站，它是地球站 衛(wèi)星衛(wèi)星 地球站整個(gè)線路的載噪比地球站整個(gè)線路的載噪比 。 BkTBTTTkNNNN tDIUDIUt )( DDIUt TrTTTT)1 ( D UI T TT r )lg(10BkTGLEIRP N C tRDSt )1 ( D R DS Tr G kBLEIRP )1 ( D R DSt Tr G LEIRP T C 第43頁(yè)/共98頁(yè) 3.地球站性能因數(shù)地球站性能因數(shù)G/T 當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)計(jì)好了之后，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)計(jì)好了之后，

23、 EIRPS的值就確定了。的值就確定了。如果如果 第44頁(yè)/共98頁(yè) 無(wú)論模擬通信系統(tǒng)要保證話無(wú)論模擬通信系統(tǒng)要保證話 路輸出端信噪比路輸出端信噪比S/N為一定值，為一定值， 還是數(shù)字通信系統(tǒng)滿足一定的傳還是數(shù)字通信系統(tǒng)滿足一定的傳 3.2 衛(wèi)星通信鏈路的衛(wèi)星通信鏈路的C/T值值 第45頁(yè)/共98頁(yè) 若改用載波功率與等效噪聲溫度若改用載波功率與等效噪聲溫度 之比之比C/T值表示，這就與帶寬值表示，這就與帶寬B 無(wú)關(guān)了，即無(wú)關(guān)了，即 (3-17) Bk N C T C 第46頁(yè)/共98頁(yè) 3.2.1 熱噪聲的熱噪聲的C/T值值 1.上行鏈路的上行鏈路的C/TU值值 根據(jù)式根據(jù)式(3-17)得得C

24、/TU的值為的值為 (3- kB N C T C lg10 S SU S RS UE U EIRP T G L T C SSRSUE S lg10EIRPBkTGL N C 第47頁(yè)/共98頁(yè) 由式由式(3-19)可以看出，可以看出， GRS/TS值的大小直接關(guān)系到衛(wèi)星值的大小直接關(guān)系到衛(wèi)星 接收性能的好壞，接收性能的好壞，故將它稱為衛(wèi)故將它稱為衛(wèi) 星接收機(jī)的星接收機(jī)的性能因數(shù)性能因數(shù)(或品質(zhì)因或品質(zhì)因 數(shù)數(shù))，通常簡(jiǎn)寫為，通常簡(jiǎn)寫為G/T。G/T值越值越 大，大，C/T值越大，接收性能就越值越大，接收性能就越 第48頁(yè)/共98頁(yè) (3-20) 或以分貝表示為或以分貝表示為 2 U E 22

25、E 2 E S 4EIRP4 4 EIRP 4 EIRP L d d W 2 UES 4 lg10 LEIRPW 第49頁(yè)/共98頁(yè) 第50頁(yè)/共98頁(yè) 通常把行波管放大單個(gè)載波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)載時(shí)的飽和輸出電平與放大多個(gè)載 波時(shí)波時(shí)工作點(diǎn)工作點(diǎn)的總輸出電平之差，的總輸出電平之差， 稱為稱為輸出功率退回或輸出補(bǔ)償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)時(shí)的輸入電平與放大多個(gè)載波時(shí) 工作點(diǎn)工作點(diǎn)的總輸入電平之差，稱為的總輸入電平之差，稱為 第51頁(yè)/共98頁(yè) EIRPEM應(yīng)為應(yīng)為 (3-2

26、2) I ESEM BOEIRPEIRP 2 ISEM 4 lg10BOEIRP F LW 第52頁(yè)/共98頁(yè) 2 S RS IS S RS UEM UM 4 lg10 EIRP T G BOW T G L T C 第53頁(yè)/共98頁(yè) 2.下行鏈路的下行鏈路的C/TD值值 在下行鏈路中，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器在下行鏈路中，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器 為發(fā)射系統(tǒng)，地球站為接收系統(tǒng)。為發(fā)射系統(tǒng)，地球站為接收系統(tǒng)。 D RE DS D EIRP T G L T C 第54頁(yè)/共98頁(yè) 當(dāng)考慮到衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器要同時(shí)當(dāng)考慮到衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器要同時(shí) 放大多個(gè)載波時(shí)，為了減少交調(diào)放大多個(gè)載波時(shí)，為了減少交調(diào) 噪聲，行波管放大器進(jìn)行輸入補(bǔ)噪聲，行

27、波管放大器進(jìn)行輸入補(bǔ) 償時(shí)，輸出功率也應(yīng)有一定的補(bǔ)償時(shí)，輸出功率也應(yīng)有一定的補(bǔ) 償值。因此，多載波工作時(shí)的有償值。因此，多載波工作時(shí)的有 O SSSM BOEIRPEIRP 第55頁(yè)/共98頁(yè) 由式由式(3-25)和式和式(3-26)可得可得 (3-27) D R DOSS DM BOEIRP T G L T C 第56頁(yè)/共98頁(yè) 3、衛(wèi)星通信載波功率與噪聲功率比、衛(wèi)星通信載波功率與噪聲功率比(小結(jié)小結(jié)) 1）、上行線路載噪比）、上行線路載噪比 式中等式右端第三項(xiàng)稱為式中等式右端第三項(xiàng)稱為衛(wèi)星接收機(jī)性能指數(shù)衛(wèi)星接收機(jī)性能指數(shù)， 表示接收性能的好壞。表示接收性能的好壞。 2）、下行線路載噪比）

28、、下行線路載噪比 式中等式右端第三項(xiàng)稱為式中等式右端第三項(xiàng)稱為地球站性能指數(shù)（品質(zhì)因數(shù)）地球站性能指數(shù)（品質(zhì)因數(shù)） ，表示地球站接收性能的好壞。表示地球站接收性能的好壞。 第57頁(yè)/共98頁(yè) 3）、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器載波功率與互調(diào)噪聲功率比）、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器載波功率與互調(diào)噪聲功率比 互調(diào)噪聲互調(diào)噪聲當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器同時(shí)放大多個(gè)信號(hào)載波時(shí)（當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器同時(shí)放大多個(gè)信號(hào)載波時(shí)（ 頻分多址方式），由于頻分多址方式），由于“行波管放大器行波管放大器”的非線性使信的非線性使信 號(hào)產(chǎn)生高次諧波而互相影響的互調(diào)產(chǎn)物，對(duì)其影響的頻號(hào)產(chǎn)生高次諧波而互相影響的互調(diào)產(chǎn)物，對(duì)其影響的頻 帶來(lái)看就成為互調(diào)噪聲。帶來(lái)看就成為互調(diào)噪聲。

29、由于影響互調(diào)噪聲的因素較多，一般不能估算。由于影響互調(diào)噪聲的因素較多，一般不能估算。 第58頁(yè)/共98頁(yè) 衛(wèi)星通信鏈路設(shè)計(jì)的主要目衛(wèi)星通信鏈路設(shè)計(jì)的主要目 的就是盡量有效地在地球上兩個(gè)的就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)量通信點(diǎn)之間提供可靠而又高質(zhì)量 的連接手段，而衡量衛(wèi)星通信鏈的連接手段，而衡量衛(wèi)星通信鏈 路傳輸質(zhì)量最主要的指標(biāo)是衛(wèi)星路傳輸質(zhì)量最主要的指標(biāo)是衛(wèi)星 通信鏈路中接收機(jī)輸入端的載波通信鏈路中接收機(jī)輸入端的載波 功率與噪聲的比值，即載噪比功率與噪聲的比值，即載噪比 (簡(jiǎn)記為簡(jiǎn)記為C/N或或CNR)。因此，在。因此，在 量。量。 第59頁(yè)/共98頁(yè) 5）、門限余量和

30、降雨余量）、門限余量和降雨余量 考慮到實(shí)際衛(wèi)星通信線路上各種不穩(wěn)定因素影響，考慮到實(shí)際衛(wèi)星通信線路上各種不穩(wěn)定因素影響， 在設(shè)計(jì)通信線路時(shí)要留有一定的載噪比余量在設(shè)計(jì)通信線路時(shí)要留有一定的載噪比余量門限余門限余 量量。 調(diào)頻鑒頻器門限余量調(diào)頻鑒頻器門限余量 門限余量門限余量 降雨余量降雨余量 調(diào)頻鑒頻器門限余量：調(diào)頻鑒頻器門限余量： （S/N）th= 10 dB 降雨余量：降雨余量： m 10 lg m = 4 dB 6 dB 在設(shè)計(jì)衛(wèi)星通信線路時(shí)應(yīng)留有門限余量為在設(shè)計(jì)衛(wèi)星通信線路時(shí)應(yīng)留有門限余量為： E = C/T C/Tth 第60頁(yè)/共98頁(yè) 任何一條衛(wèi)星鏈路建立后，任何一條衛(wèi)星鏈路建立

31、后， 其參數(shù)值不可能始終不變，它經(jīng)其參數(shù)值不可能始終不變，它經(jīng) 常會(huì)受到氣象條件、轉(zhuǎn)發(fā)器和地常會(huì)受到氣象條件、轉(zhuǎn)發(fā)器和地 球站設(shè)備的某些不穩(wěn)定因素以及球站設(shè)備的某些不穩(wěn)定因素以及 天線指向誤差等方面的影響。為天線指向誤差等方面的影響。為 了保證在這些因素變化后仍能使了保證在這些因素變化后仍能使 th th T C T C M 第61頁(yè)/共98頁(yè) 3.3.1 主要通信參數(shù)的計(jì)算方法主要通信參數(shù)的計(jì)算方法 目前國(guó)際衛(wèi)星通信組織規(guī)定目前國(guó)際衛(wèi)星通信組織規(guī)定 以數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸質(zhì)量可靠性以數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸質(zhì)量可靠性 3.3 數(shù)字衛(wèi)星鏈路的計(jì)算數(shù)字衛(wèi)星鏈路的計(jì)算 第62頁(yè)/共98頁(yè) 1.歸一化信噪比歸一

32、化信噪比Eb/n0 當(dāng)接收數(shù)字信號(hào)時(shí)，載波接當(dāng)接收數(shù)字信號(hào)時(shí)，載波接 收功率與噪聲功率之比收功率與噪聲功率之比C/N可以可以 寫成寫成 Bn RME Bn RE Bn RE N C 0 S2b 0 SS 0 bb t log 第63頁(yè)/共98頁(yè) 2.誤碼率與歸一化信噪比的關(guān)系誤碼率與歸一化信噪比的關(guān)系 對(duì)于對(duì)于2PSK或或QPSK，有如下有如下 關(guān)系：關(guān)系： 0 b e cerf1 2 1 n E P dB4 . 8 th 0 b n E b 0 b th lg10lg10Rk n E T C 第64頁(yè)/共98頁(yè) 3.門限余量門限余量 當(dāng)僅考慮熱噪聲時(shí)，為保證當(dāng)僅考慮熱噪聲時(shí)，為保證 誤碼率誤

33、碼率Pe=10 4， ，必須的理想門必須的理想門 限歸一化信噪比為限歸一化信噪比為8.4 dB，則門則門 限余量限余量M 可由下式來(lái)確定：可由下式來(lái)確定： 4 . 8 0 b TH 0 b 0 b tht th n E n E n E N C N C M 第65頁(yè)/共98頁(yè) 4.接收系統(tǒng)最佳頻帶寬度接收系統(tǒng)最佳頻帶寬度B 接收系統(tǒng)的頻帶特性是根據(jù)接收系統(tǒng)的頻帶特性是根據(jù) 誤碼率最小的原則確定的。根據(jù)誤碼率最小的原則確定的。根據(jù) 奈奎斯特速率準(zhǔn)則，在頻帶寬度奈奎斯特速率準(zhǔn)則，在頻帶寬度 (簡(jiǎn)稱帶寬簡(jiǎn)稱帶寬)為為B的理想信道中，的理想信道中， 無(wú)碼間串?dāng)_時(shí)碼字的極限傳輸速無(wú)碼間串?dāng)_時(shí)碼字的極限傳輸

34、速 M R RB 2 b S log 25. 105. 1 25. 105. 1 第66頁(yè)/共98頁(yè) 5.C/T值值 滿足傳輸速率和誤碼率要求滿足傳輸速率和誤碼率要求 所需的所需的C/T值為值為 b 0 b tt Rk n E Bk N C T C b 0 b t lg10lg10Rk n E T C 第67頁(yè)/共98頁(yè) 3.3.2 PSK/TDMA方式方式 1.數(shù)字鏈路參數(shù)的計(jì)算數(shù)字鏈路參數(shù)的計(jì)算 例例3-3已知工作頻率為已知工作頻率為6/4 GHz， 利用利用IS-衛(wèi)星，衛(wèi)星，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器 G/TS18.6 dB/K，WS 72 dBW/m2，EIRPSS 23.5 dBW，上行傳

35、播衰減為，上行傳播衰減為200.6 dB，下行傳播衰減為，下行傳播衰減為196.7 dB。 第68頁(yè)/共98頁(yè) 解：解：(1)求接收系統(tǒng)的最佳帶寬求接收系統(tǒng)的最佳帶寬B。 根據(jù)式根據(jù)式(3-40)，可得，可得 5 .375 .31 2 6025. 105. 1 B 第69頁(yè)/共98頁(yè) (2)確定滿足傳輸速率和誤碼確定滿足傳輸速率和誤碼 率要求所需的率要求所需的C/Tth值。值。 4 .1408 .776 .2284 .10lg10lg10 b 0 b th Rk n E T C 第70頁(yè)/共98頁(yè) (3)計(jì)算衛(wèi)星鏈路實(shí)際達(dá)到計(jì)算衛(wèi)星鏈路實(shí)際達(dá)到 的的C/T值。值。 求地球站和衛(wèi)星有效全向求地球

36、站和衛(wèi)星有效全向 第71頁(yè)/共98頁(yè) 求求C/T值：值： 利用利用(3-26)式和式和(3-27)式，得式，得 C/TU85.6200.6 dBW/K1 .1371010lg10 45.1336.13 t T C 第72頁(yè)/共98頁(yè) dB3 . 3)4 .140(1 .137 tht th T C T C M 第73頁(yè)/共98頁(yè) 2.信息速率的計(jì)算信息速率的計(jì)算 1)功率受限下的信息速率功率受限下的信息速率 在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率受限的情在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率受限的情 況下，說(shuō)明衛(wèi)星的有效全向輻射況下，說(shuō)明衛(wèi)星的有效全向輻射 )lg(10EIRP REDS 0 b MkTBGL n E 第74頁(yè)/共98頁(yè)

37、 lg10EIRP D RE 0 DSP Mk T G n E LR b 第75頁(yè)/共98頁(yè) 例例3-4已知已知EIRPSS23.5 dBW，工作頻率為工作頻率為6/4 GHz， LD196.7 dB( (f4 GHz) )。 當(dāng)采用當(dāng)采用QPSK調(diào)制時(shí)，調(diào)制時(shí)，Eb/n0 8.4 dB，收端地球站性能因數(shù)收端地球站性能因數(shù) 第76頁(yè)/共98頁(yè) 2)頻帶受限下的信息速率頻帶受限下的信息速率 在衛(wèi)星頻帶受限的情況下，在衛(wèi)星頻帶受限的情況下， 轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬與碼元速率之比可近轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬與碼元速率之比可近 m R B M R B k b S 2 b S WR log 第77頁(yè)/共98頁(yè) 式中，式中，BS

38、為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬；為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬； 第78頁(yè)/共98頁(yè) 例例3-5已知已知IS-系統(tǒng)的一個(gè)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的一個(gè)轉(zhuǎn) 發(fā)器帶寬發(fā)器帶寬BS36 MHz，kWR 1.2。試計(jì)算該系統(tǒng)的信息傳輸速。試計(jì)算該系統(tǒng)的信息傳輸速 第79頁(yè)/共98頁(yè) 3.系統(tǒng)容量的確定系統(tǒng)容量的確定 對(duì)于信息速率的計(jì)算，在功對(duì)于信息速率的計(jì)算，在功 率受限和頻帶受限的情況下，所率受限和頻帶受限的情況下，所 求的求的RP與與Rb相差不多，相差不多，都接近于都接近于 60 Mb/s。這說(shuō)明，若按照這說(shuō)明，若按照60 Mb/s確定系統(tǒng)容量，確定系統(tǒng)容量，既可滿足既可滿足 功率受限條件的要求，又可滿足功率受限條件的要求，又可滿足 頻帶受限

39、條件的要求。頻帶受限條件的要求。 第80頁(yè)/共98頁(yè) 在求得衛(wèi)星鏈路信息速率之在求得衛(wèi)星鏈路信息速率之 后，便可根據(jù)幀周期、分幀數(shù)目后，便可根據(jù)幀周期、分幀數(shù)目 等求出系統(tǒng)通路容量。等求出系統(tǒng)通路容量。 衛(wèi)星鏈路一幀內(nèi)傳輸?shù)谋忍匦l(wèi)星鏈路一幀內(nèi)傳輸?shù)谋忍?數(shù)一幀內(nèi)數(shù)一幀內(nèi)n路話音編碼后傳送路話音編碼后傳送 的比特?cái)?shù)一幀內(nèi)各分幀報(bào)頭所的比特?cái)?shù)一幀內(nèi)各分幀報(bào)頭所 第81頁(yè)/共98頁(yè) 經(jīng)整理后，可以得出系統(tǒng)容經(jīng)整理后，可以得出系統(tǒng)容 量為量為 f f T Pn R R n ch 1 第82頁(yè)/共98頁(yè) 解：解：根據(jù)式根據(jù)式(3-48)得得 )(900 10750 15010 1060 1064 1 6

40、 6 3 單向話路 n 第83頁(yè)/共98頁(yè) 3.3.4 衛(wèi)星通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的一般程序衛(wèi)星通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的一般程序 假定使用的通信衛(wèi)星、工作假定使用的通信衛(wèi)星、工作 頻段、通信業(yè)務(wù)類別、容量及站頻段、通信業(yè)務(wù)類別、容量及站 址等已確定，則衛(wèi)星通信系統(tǒng)的址等已確定，則衛(wèi)星通信系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)程序如下：設(shè)計(jì)程序如下： (1)確定傳送信號(hào)質(zhì)量。確定傳送信號(hào)質(zhì)量。 (2)根據(jù)總通信量確定使用的根據(jù)總通信量確定使用的 多址方式。多址方式。 第84頁(yè)/共98頁(yè) (4)根據(jù)電話、電視等業(yè)務(wù)的根據(jù)電話、電視等業(yè)務(wù)的 要求，確定系統(tǒng)配置，包括各類要求，確定系統(tǒng)配置，包括各類 附屬設(shè)備、專用設(shè)備以及地面?zhèn)鞲綄僭O(shè)備、專用設(shè)備以及地面?zhèn)?第85頁(yè)/共98頁(yè) 作為地球站設(shè)計(jì)工程師，對(duì)作為地球站設(shè)計(jì)工程師，對(duì) 于上行鏈路應(yīng)特別注意發(fā)射機(jī)功于上行鏈路應(yīng)特別注意發(fā)射機(jī)功 率放大器位置的確定，以盡量減率放大器位置的確定，以盡量減 小傳輸線上的損耗；同時(shí)也要考小傳輸線上的損耗；同時(shí)也要考 慮功率放大器有較大的功率調(diào)整慮功率放大器有較大的功率調(diào)整 第86頁(yè)/共98