衛(wèi)星通信信道鏈路參數(shù)計(jì)算與模擬

綜合課程設(shè)計(jì)衛(wèi)星通信信道鏈路參數(shù)計(jì)算與模擬姓名

學(xué)號(hào)、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及基本參數(shù)1、設(shè)計(jì)目的近年來(lái)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信飛速發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)終端用戶數(shù)量不斷擴(kuò)大、新業(yè)務(wù)不斷增加，這對(duì)通信技術(shù)的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)以其全球覆蓋性、固定的廣播能力、按需靈活分配帶寬以及支持移動(dòng)終端等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為一種向全球用戶提供互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的補(bǔ)充方案。本學(xué)期我們學(xué)習(xí)了《微波與衛(wèi)星通信技術(shù)》這門課程，對(duì)于衛(wèi)星通信技術(shù)有了基本的了解。本課程設(shè)計(jì)基于已學(xué)的的基本理論，對(duì)衛(wèi)星通信信道鏈路參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和模擬，從而掌握衛(wèi)星通信信道鏈路參數(shù)計(jì)算的基本方法，了解影響衛(wèi)星通信信道性能的因素。同時(shí)熟悉Matlab編程仿真過(guò)程，利于今后的學(xué)習(xí)和研究。2、基本參數(shù)列表涉及參數(shù)參數(shù)值對(duì)地靜止衛(wèi)星位置東經(jīng)12。地球站位置東經(jīng)01。北緯11。調(diào)制方式QPSK通信頻率f2GHz降雨率Rp12mm/h[EIRP]80dBW地球站接收機(jī)帶寬B40MHz水蒸氣密度Pw0.2g/m3其他損耗［L。］6dB接收機(jī)滾降系數(shù)a0.2hw02.1km表1根據(jù)學(xué)號(hào)得到的系統(tǒng)參數(shù)3、涉及公式1)ITU法計(jì)算雨衰值：TOC\o"1-5"\h\zA=K(R)?L(R,0)(dB)⑴pp其中，Rp為降雨率，單位為mm/h,0為仰角，可以通過(guò)以下經(jīng)驗(yàn)公式獲得a=1.41xf-0.0779(0.5<f<25)(2)K=4.21x10-5xf2.42(0.9<f<54)⑶

上式中頻率f的計(jì)算單位為GHz。雨衰距離：L(R，卩)二[7.41x10-3Ro.766+(0.232—1.8xlO-iR)sin卩]-i(km)ppp2)ITU法計(jì)算氧、水蒸氣分子吸收損耗值:氧分子損耗率，對(duì)于57GHZ以下的頻段，可以按下式近似計(jì)算7=[7.19x10-3+609+481]-f2-10—3(dB/km)(4)(5)對(duì)流層氧氣的等效高度ho和水蒸氣的等效高度可分別按如下公式確定:h二6km0因此，對(duì)于氧分子的吸收損耗為:RO2(f<57GHz)7oho(dB)(6)水蒸氣分子損耗率與頻率和水蒸氣密度P(g/m3)有關(guān)，對(duì)于(4)(5)對(duì)流層氧氣的等效高度ho和水蒸氣的等效高度可分別按如下公式確定:h二6km0因此，對(duì)于氧分子的吸收損耗為:RO2(f<57GHz)7oho(dB)(6)水蒸氣分子損耗率與頻率和水蒸氣密度P(g/m3)有關(guān)，對(duì)于350GHz以下頻段，都可以用下式計(jì)算(dB/km):3.610.68.97=[0.05+0.0021p+++]-f2-p-10-4ww(f—22.7)2+8.5(f-183.3)2+9.0(f—325.4)2+26.3w對(duì)流層水蒸氣等效高度h可按如下公式確定：3.w05.0(7)2.5hw—hw0[1+(f—22.2)2+5+(f—183.3)2+6+(f—325.4)2+4](f<350GHz)(8)其中，h取2.1km。w0同樣，對(duì)于水蒸氣分子的吸收損耗為:RHO=7whw(dB)H2Oww(9)3)給出經(jīng)緯度，計(jì)算衛(wèi)星于地面距離及仰角0;同步衛(wèi)星的經(jīng)度0，地心角°定義為從地心點(diǎn)看衛(wèi)星與衛(wèi)星終端之間的夾角，衛(wèi)s星終端所在地的經(jīng)度和緯度(°厶，0厶)，衛(wèi)星距地球中心的距離近似為r=42164.2km,地球的平均赤道半徑為R=6378.155km。COS0=COS?COS0-0)LLSd=QR2+r2一2Rrcos0ee(10)(11)如圖1所示，A為衛(wèi)星，B為地心，C為地球站，仰角為地球站與衛(wèi)星連線與水平面之間的夾角，利用余弦定理可得地心角與仰角之間關(guān)系：cos申=d2+cos申=d2+r2一R22rdP=90-^-6(12)(13)路徑損耗L-92.4+20lgd+20lgf(dB)(14)s其中，d的單位為km,f的單位為GHz，公式中符號(hào)取10lg[*],下面的公式中都取對(duì)數(shù)計(jì)算。品質(zhì)因素ETOC\o"1-5"\h\zQ=[b]+[L]+[L]+[k]+[R]+[A]+[R]+[R]-[EIRP](dB/K)(15)Ns0bO2H2O0其中，k為玻爾茲曼常數(shù)，l0為其他損耗。天線的增益[G]=Q+[T](dB)(16)其中T為接收天線的等效噪聲溫度。天線的口徑D=卩x-(17)汕兀其中，-為電磁波傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)，"為天線效率。、計(jì)算部分

1、計(jì)算衛(wèi)星到地面站的距離...cose二cos化cos’弋)帶入數(shù)值后可得cose=0.964e=15.5。d=-R2+r2—2Rrcose因r=42164.2km且R=6378.155kmVeee故d=36058.61km2、計(jì)算地面站對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星時(shí)的仰角cos申=cos申=d2+r2—R22rdP=90—q—e(2)申=2.7。P=71.8。(2)3、計(jì)算下行鏈路的路徑損耗f=2GHz[L]=92.4+20lgd+20lgf=189.55dB⑶s4、計(jì)算下行鏈路的降雨、氧氣和水蒸氣的吸收損耗由經(jīng)驗(yàn)公式求得a=1.41xf-0.0779=1.3359,K=4.21x105xf2.42=2.25*104已知R=12mm/h，可得L(R,P)=3.73kmpp得到雨衰值A(chǔ)=K(R)aL(R,P)=0.0232dB(4)pp氧分子吸收損耗值計(jì)算Y=5.798x10-30(5)R=Yh=0.0348dB(5)O200水分子吸收損耗值計(jì)算Y=4.725x10—6h=2.1158RH2RH2Ow=Yh=9.986x10—6dBww(6)5、利用QPSKBEREb/N0計(jì)算公式計(jì)算，若需要達(dá)到10A(-5)誤比特率(Eb/No=10dB),需要地球站品質(zhì)因數(shù)為多少B=(1+a)RR=R/(logM)QPSK調(diào)制，M=4ssb2故可得Rb=66.67MHz,[Rb]=78.239dB,又知[k]=-228.6dBEQ=[f]+[L]+[L]+[k]+[R]+[A]+[R]+[R]—[EIRP]=—24.75dB⑺Ns0bO2H2O022

6、若地球站的接收天線等效噪聲溫度為20K,則接收地球站的增益為多少？若地球站為定向拋物面天線，天線效率為0.7，則天線口徑為多大6、[G][G]Q[T]DG0.06690.0148m、繪圖部分1、繪制在給定降雨量(10mm/h,30mm/h,100mm/h)的情況下,1、降雨衰減同仰角(0-90)的關(guān)系圖0.45+Rp=10rrim/hORp=-30mm/h+Rp=100mm/h………■:ZJL'J1■■■L0.45+Rp=10rrim/hORp=-30mm/h+Rp=100mm/h………■:ZJL'J1■■■L…y7p.>ii給定雨蚩情況下降雨衰減和仰角關(guān)系IS0.40.350.30.260.15O■it-0.1/r