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、降雨耗費及鏈路可用度6、飽和通量密度7、轉發(fā)器的增益8、連路計算9、系統(tǒng)容量估計5、降雨耗費及鏈路可用度：降雨對鏈路的影響：降雨會以致電磁波的散射并且會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，降雨會產生一個厚度不平均的水層，水層將以致吸撤耗費和反射耗費（1mm厚的水層所產生的耗費是14dB）。降雨會以致信號的去極化：雨

2、滴經過大氣層時略帶橢圓形，主軸方向對電場重量的影響不同樣于次軸方向對電場重量的影響，其結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%的時間內，鏈路的誤比特率不高出一個給定的門限值中經過該鏈路傳輸?shù)恼`比特率性能優(yōu)于門限pb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C/Nth和余量M，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：CCM(dB)。NNth6、飽和通量密度：衛(wèi)星轉發(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

3、天線所要求的通量密度為飽和通量密度，用s表示。衛(wèi)星轉發(fā)器的飽和通量密度也稱為衛(wèi)星轉發(fā)器的矯捷度。若是用EIRPS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：sEIRPsLOSSs10lg(42)顯然，EIRPssLOSSs10lg(42)，這樣，若是知道衛(wèi)星接收系統(tǒng)的設計參數(shù)s以及系統(tǒng)的工作頻率、各種傳輸耗費，就可以計算單一載波時地球站的EIRPS。7、轉發(fā)器的增益：衛(wèi)星轉發(fā)器的三個主要參數(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)在其服務區(qū)內的性能，它們與衛(wèi)星接收天線的增益分布線性相關。EIRP反響轉發(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。衛(wèi)星天線增益隨天線指向與工作頻率而變。因此，轉發(fā)器參數(shù)隨服務區(qū)內的不同樣地點而變，同一地點的不同樣轉發(fā)器參數(shù)也有差異。特定地點的轉發(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，當轉發(fā)器被推到飽和工作點時，上行載波在接收天線口面所達到的通量密度。它反響衛(wèi)星轉發(fā)器對上行功率的需求量，單位為dBw/m2。S與GT的關系為:sconstantattnGT式中的con

5、stant為反響轉發(fā)器增益的計算常數(shù)，其數(shù)值多在-100與-90之間，constant越小，轉發(fā)器的增益就越高；attn為轉發(fā)器的增益調整量，它可由地面遙控改變，用于調整S的矯捷度。用戶在作鏈路計算時，應向衛(wèi)星公司認識相關轉發(fā)器attn的當前設置值，并且據此對從圖表查到的S數(shù)據作修正。有效全向輻射功率EIRP為衛(wèi)星轉發(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數(shù)和，單位為dBw。EIRP的計算公式: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，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頻段轉發(fā)器的服務區(qū)大，平時覆蓋幾乎所有的可見陸地，適用于遠距離的國際或洲際業(yè)務；Ku頻段轉發(fā)器的服務區(qū)小，平時只覆蓋一個大國或數(shù)個小國，只適用于國內業(yè)務。C頻段轉發(fā)器的常為36到42dBw，G平時為-5到+1dB/k，地面天線的口徑一般不T小于1.8米；Ku頻段轉發(fā)器的EIRP平時為44到56dBw，G平時為-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不受天氣條件的影響，適用于可靠性較高的業(yè)務；Ku頻段轉發(fā)器則因電波流傳可能受到降雨衰耗的影響，只適用于建網條件較差、天線尺寸和成本受限的業(yè)務。8、鏈路計算：上行鏈路：A、C的計算

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傳輸信號的鏈路，即地球站發(fā)送信號衛(wèi)星接收信號。端到端的載噪比計算公式可以用于上行鏈路的計算，平時用下表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：在計算C時，經常采用衛(wèi)星接N0U收到的通量密度而不是地球站的EIRP，這樣就需要對上式進行修改；僅考慮自由空間傳輸時，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為：FSL10lg(42)10lg(4d2)，因此，MEIRPFSL10lg(42)。若是考慮其他耗費傳輸耗費：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）再加上接收天線單位面積的增益。C、飽和通量密度D、輸入補償：當TWTA中只有單載波時可以選擇工作在飽和點，但是TWTA中有多個載波同時經過時，為了減小互調失真的影響，工作點必定從飽和點推到TWTA傳輸特點的線性區(qū)，將飽和點所需的輸入功率與工作點所需的輸入功率之差稱為輸入補償，用BOi表示。假設單載波工作時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的輸入補償值。這時所有地球站的上行EIRP的和等于使轉發(fā)器達到飽和通量密度時所需的EIRP值減去補償值

9、BOi，即：EIRPUEIRPsUBOi。可以用飽和通量密度計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)送功率中應該包括傳輸饋線耗費。傳輸饋線耗費記為TEL。TEL中包括HPA輸出端與發(fā)射天線之間的波導、濾波器和耦合耗費。HPA的輸出功率由下式計算：PHPAEIRPUGTTFL，該式包括了衛(wèi)星所需的輸入補償。其他，地球站自己也可能會發(fā)送多個載波，它的輸出需要對應的補償，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的計算公式：衛(wèi)星下行鏈路是衛(wèi)星向地球站方向傳輸信號N0的鏈路。端到端的載噪比計算公式為：CGKN0DEIRPDTDLOSSESD計算結果是地球站接收機入口的載波與噪聲譜密度之比。若是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B等于噪聲帶寬BN,則上式變成：CEIRPDGLOSSESDKBNN0DTDB、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：依照輸入補償?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5dB），則該點對應的實質輸出功率減5dB后與補償后的工

11、作點對應的輸出功率差即為輸出補償。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)星功率放大器平時采用行波管放大器（TWTA），必定供應包括發(fā)送饋線耗費在內的發(fā)射功率。這些饋線耗費來自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:PTWTAEIRPDGTDTFLD。一旦PTWTA的值確定，那么就可以計算TWTA的包和功率輸出值：PTWTAsPTWTABOo。9、系統(tǒng)容量估計：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)支持同時發(fā)射的

12、載波數(shù)。系統(tǒng)容量主要與要求的傳輸質量、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相關。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。平時情況下，產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，設系統(tǒng)的一個波束內擁有T（T13）個子頻帶，用戶密度為，波束內一個子載波能供應的用戶數(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功率控制為同一的量值C。這就使得在本小區(qū)內部，其他用戶對被胸襟的用戶攪亂功率也獲取了“補償”，放大了C，進而得到同一小區(qū)內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)內的用戶信號由于功率控制因子也獲取了放大，對于他們自己波束的接收天線來說，也補償?shù)搅送瑯庸β蔆。衛(wèi)星攪亂表示圖以以下圖所示：1:衛(wèi)星網絡攪亂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增益。對于被胸襟的用戶，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后，采用功率dAotherGi(i)控制并等效至攪亂方波束中心，獲取其對被胸襟用戶的攪亂積累。由于較遠距離的攪亂可以忽略，這里只考慮周邊范圍內的所有攪亂功率。1GC

14、(i)d1s/10(22)/2dother。進而獲取攪亂因子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)內的天線特點增益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的天線特點增益為：10i(r)2GGmaxs/10(r/R)。則攪亂因子可變成：101GC(i)1s/10(222frd)/Rdother。經過以上解析，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。對于子載波帶寬BcGRb（G是擴頻比，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，則獲取一個子頻帶內GE

16、b1Eb1可供使用的信道量：()()。Nc1LtotN0(1f)設一個波束內有T個子載波，一顆衛(wèi)星擁有J個波束，一個波束的有效帶寬為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)星或關口站，碼分復用可以很好地實現(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）具有優(yōu)異的自相關性（誠然相臨的衛(wèi)星仍會產生部分攪亂），信號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的情況要輕得多。假設小區(qū)內的來話量遵從泊松分布，來話到達率為常數(shù)1/s，來話的連續(xù)時間為1/s，進而小區(qū)的通信容量為：Vveam/Erl。依照一個子頻帶內可供使用的信道量的公式簡單獲取一個波束（小區(qū)）的可Vcellcell/Ncell!供信道量Ncell，話務擁塞率滿足Erlang-B公式：PBN。NcellVcelln/n!n0實質通信容量Vveam應小于Ncell，故小區(qū)內的通信效率為：Vveam。bea