衛(wèi)星通信鏈路計算過程

1、衛(wèi)星通信鏈路計算過程星通信載波的鏈路計算方法為，先分別計算上行和下行鏈路的載波功率與等 效 噪聲溫度比C/T或者載波與噪聲功率比C/N、以及載波與干擾功率比C/I,再求出考 慮干擾因素的系統(tǒng)載噪比C/(N+I)和載波的系統(tǒng)余量。上下行C/T上行和下行C/T的計算公式分別為C/Tu= EIRPe Loss u + G/T satC/Td = EIRP s Loss d + G/T e/s式中的EIRFe和EIRFs分別為載波的上行和下行EIRP, Lossu和Loss。分別為總的 上 行和下行傳輸衰耗，G/Tsat和G/Te/s分別為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和地球站的接收系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)。 上式中的數(shù)據(jù)均為對數(shù)形

2、式。C/N與C/T的關(guān)系C/N與C/T的關(guān)系式為C/N = C/T - k - BWn= C/T + 228.6- BWn式中的k為波茲曼常數(shù)，BWn為載波噪聲帶寬。式中的數(shù)據(jù)均為對數(shù)形式。C/I 與 C/IM衛(wèi)星通信載波需要考慮的干擾因素主要有，上行和下行反極化干擾C/lXPpnC/1 XP_Dx以及上行和下行鄰星干擾C/IaS3C/IaS_D=此外，還需考慮轉(zhuǎn)發(fā)器在多載波工 作條件下的交調(diào)干擾C/IM。C/N與C/I的合成由多項C/N和C/I求取總的C/N、C/I、以及C/(N+I)的算式為.1 .1 - 1(C/N Totair=(C/Nur+(C/No)(C/1 Total )= (C

3、/1 XP_U) + (C/1 AS_U) + (C/IM) + (C/1 XP_D)+ (C/1 AS_D)(C/(N + I)-1 = (C/N Total)-1 + (C/l Total)上述三個算式中的數(shù)據(jù)均為真數(shù)形式。由多項C/N和C/I求取總的C/(N+I)的步驟也可為(C/(N+I) u)-1 = (C/N u)-1 + (C/l xp_u)-1 + (C/l as_u)-1(C/(N+I) d)-1 = (C/N d) -1 + (C/l xp_d) -1 + (C/l as_d) -1 + (C/IM) -1(C/(N+I) -1 = (C/(N+I) u) j + (C/(

4、N+I) d ) 1上述兩種不同計算步驟所得到的結(jié)果是相同的。系統(tǒng)所需的Eb/No與C/N數(shù)字載波解調(diào)器對載波的每bit能量與噪聲密度之比Eb/No通常有一個最低要 求，由此數(shù)據(jù)可以求出系統(tǒng)所需要的最低C/NoC/N = Eb/N o + 20log(R Data) 一 BWn上式中的陰a為真數(shù)形式的載波數(shù)據(jù)速率或信息速率，其余的數(shù)據(jù)均為對數(shù)形 式。系統(tǒng)余量系統(tǒng)余量為系統(tǒng)的C/(N+I)與系統(tǒng)所需最低C/N之差值。數(shù)字載波的鏈路預(yù)算設(shè)計衛(wèi)星通信線路時，通常先選定通信衛(wèi)星和工作頻段，根據(jù)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的性能參 數(shù)和用戶需求，選擇系統(tǒng)所用的天線口徑、調(diào)制和編碼方式，然后通過鏈路計 算，驗 證所設(shè)計線路

5、的可行性與合理性。合理的設(shè)計應(yīng)保證系統(tǒng)略有余量，同時使系統(tǒng)所占 用的轉(zhuǎn)發(fā)器功率資源與帶寬資源相平衡。如果鏈路預(yù)算結(jié)果表明，在功率與帶寬相平衡時所得的系統(tǒng)余量過大或不足，可以改變天線口徑，或調(diào)制、編碼 參數(shù)，對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化?？紤]到目前的話音、數(shù)據(jù)通信和電視廣播的主流是數(shù)字化，這里只介紹數(shù)字載波的 鏈路預(yù)算表。表中列舉了幾種不同類型的業(yè)務(wù)，它們共用一個36MHz帶寬的C波段 轉(zhuǎn)發(fā)器。載波帶寬 計算載波帶寬時，通常按下式先從被傳輸?shù)男畔⑺俾?、糾錯碼率和調(diào)制方式，求出符號速率。符號速率=（信息速率/ FEC編碼率/ R-S編碼率）氣周制因子如果有報頭的話，應(yīng)將其計入信息速率中。前向糾錯 （FEC）編碼

6、率通常為1/2、 2/3、3/4、5/6 和 7/8, ReedSolomon 編石馬率常用 188/204o BPSK QPSK 8PSK 和 16QAM勺調(diào)制因子分別為1、1/2v 1/3和1/4。載波噪聲帶寬和占用帶寬的取值應(yīng)分別為符號速率的1.2倍和1.4倍。部分設(shè)備商強 調(diào)其調(diào)制波的占用帶寬可壓縮到符號速率的135倍甚至1.3倍，但通常不被衛(wèi)星操 作者所接受。在鏈路預(yù)算中，載波噪聲帶寬將被用于計算C/T、C/N和E/N。之間的關(guān)系，占用帶 寬將被用于決定載波工作頻率，以及計算載波的輸出和輸入回退量。輸出和輸入回退通信轉(zhuǎn)發(fā)器的功放級多采用行波管放大器（TWTA或固態(tài)功率放大器（SSPA

7、） o這 兩種放大器在最大輸出功率點附近的輸出/輸入關(guān)系曲線為非線性。多載波工作于同 一個轉(zhuǎn)發(fā)器時，為了避免非線性放大器產(chǎn)生的交調(diào)干擾，必須使使放大器工作在線性狀態(tài)。這時，整個轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率遠(yuǎn)低于最大功率。采用 TWTA勺轉(zhuǎn) 發(fā)器在線性工作狀態(tài)時的輸出功率，通常比最大功率低 4.5dB。也就是說，整個 轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出線性回退約為45dB。轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入回退量可根據(jù)輸出回退量，在放大器輸出/輸入關(guān)系曲線中查得。對于 采用TWTA勺轉(zhuǎn)發(fā)器，輸入回退量一般比輸出回退大6dB±下。對應(yīng)于4.5dB的輸 出線性回退，轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入線性回退約為10.5dB。在鏈路預(yù)算中，載波輸出回退和輸入回退將分別

8、被用于計算載波的下行和上行EIRPo用戶載波的功率分配功率和帶寬同為轉(zhuǎn)發(fā)器的重要資源。用戶所能占用的轉(zhuǎn)發(fā)器功率應(yīng)與他向衛(wèi)星公司租 用的轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬相平衡。在一般情況下，用戶載波所占用的轉(zhuǎn)發(fā)器功率與轉(zhuǎn) 發(fā)器總功 率的比值，應(yīng)該和用戶租用帶寬占轉(zhuǎn)發(fā)器總帶寬的比例大致相等。載波功率的輸出回退值與轉(zhuǎn)發(fā)器線性回退之差值,在轉(zhuǎn)發(fā)器中的功率占用率與帶寬占用率相平衡時,OBOc = OBOxpd + 10 lg (BW xpd/ BWc)即為載波占用轉(zhuǎn)發(fā)器功率的比例。當(dāng)載波式中，OBO為載波的輸出回退值，OBOd為轉(zhuǎn)發(fā)器的線性輸出回退值，做/和甸分別 為轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬和載波租用帶寬。上式表明，轉(zhuǎn)發(fā)器的線性 輸出回退

9、值越低，或者載 波帶寬越寬，載波所分配到的功率就越高；轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬越寬，載波所分配到的功率就 越低。SFD與上行EIRP轉(zhuǎn)發(fā)器的飽和通量密度SFD反映衛(wèi)星信道的接收靈敏度。接收靈敏度越高，所要求 的上行功率就越低。不過，一味提高SFD并不是好事。因為降低上行功率的同時，也將相應(yīng)降低上行載噪比和上行抗干擾能力。值得一提的是，通過調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)器信道單元中的可變衰耗器，可以改變SFD的數(shù)值。 因此，在轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù)表中，一般會注明SFD是某個衰減檔的對應(yīng)值。在取用SFD參 數(shù)時，應(yīng)該根據(jù)參數(shù)表中的參考衰減檔與轉(zhuǎn)發(fā)器當(dāng)前所用衰減檔的差值，對參數(shù)表 中的SFD數(shù)值加以修正。上行載波的EIRP可按下式求得，EIRP

10、e= SFD 載波輸入回退G。+上行傳輸損耗式中的G為單位面積的標(biāo)準(zhǔn)天線增益 載波的上行EIRP用于計算上行G/T與上行站的 天線發(fā)送增益和功放輸出功率上行和下行C/TC/T為載波功率與等效噪聲溫度之比，上行與下行C/T的計算公式均為，C/T= EIRP-傳輸損耗 +G/T計算上行C/T時，上式中的EIRP為載波的上行EIRP,傳輸損耗為上行損耗，G/T為轉(zhuǎn) 發(fā)器參數(shù)。計算下行C/T時，上式中的EIRP為載波的下行EIRP,傳輸損 耗為下行損 耗，G/T為地面接收系統(tǒng)的參數(shù)。鏈路預(yù)算的對象也可以是C/N,它與C/T的關(guān)系為，C/N = C/T BWk式中，BW為載波噪聲帶寬，k為波茲曼常數(shù)。三

11、項干擾因素的估算在鏈路預(yù)算中，除了上行與下行的C/T或C/N外，通常還需考慮反極化干擾、鄰 星干 擾和交調(diào)干擾等因素。這三項干擾因素的計算，因數(shù)據(jù)不足而很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果。 由于它們對鏈路預(yù)算結(jié)果的影響很有限，為此，通常只采用簡化的估算方法。反極化干擾應(yīng)考慮被干擾信號與反極化干擾信號的功率譜密度之比，以及地面天線和衛(wèi)星收發(fā)天線的極化隔離度的綜合影響。假設(shè)兩個極化的轉(zhuǎn)發(fā)器的工作狀態(tài)相 同，兩個極化的載波都只占用轉(zhuǎn)發(fā)器平均功率，反極化干擾的載波干擾比C/I即可簡化為天線極化隔離度的綜合影響。一般而言，在鄰星干擾中，下行干擾起決定作用。鄰星干擾的C/I大致由雙方載 波在 接收站點的下行EIRP譜密度

12、之比與接收天線的偏軸增益差（地面天線指向所用衛(wèi)星 的最大接收增益與指向鄰星的偏軸接收增益之差值）決定。衛(wèi)星操作者通常都要求用戶為發(fā)送多載波的上行站功放預(yù)留足夠的線性回退。因 此，交調(diào)干擾可以只考慮由轉(zhuǎn)發(fā)器引起的部分。交調(diào)干擾的C/I大致由轉(zhuǎn)發(fā)器的線性 回退量和相鄰載波與被計算載波的功率譜密度之比決定。鏈路載噪比與系統(tǒng)余量 鏈路預(yù)算需要綜合考慮上行C/N與下行C/N、以及各種干擾所產(chǎn)生的C/I,最后 求得 相關(guān)載波鏈路的系統(tǒng)C/No相關(guān)算式為(C/N) Total1 = (C/(N + I) UP1 + (C/(N + I) Dn-1= (C/N) UP1 + (C/l) XpdUp+ (C/l

13、) AdjUp)+ (C/N) D：+ (C/l) XpdDn +.1 .1(C/l) AdjDn + (C/l) IM )上式中，(C/(N + I) Up和(C/(N + I) Dn分別為上行和下行的載波與噪聲干擾比，(C/l) XpdUp和(C/l) XpdDn分別為上行和下行的載波與反極化干擾比，(C/l) AdjUp和(C/l) AdjDn分別為上行和下行的載波與鄰星干擾比，(C/l) IM為下行載波與交調(diào)干擾比。 上式中，所有的原為對數(shù)形式的載波噪聲比和載波干擾比，都需在換算為真數(shù)后，再進(jìn)行倒數(shù)求和計算。由此得到的系統(tǒng)C/N,還得再次換算為常用的對數(shù)形式，單位為dB。采用不同的調(diào)制

14、和編碼方式的數(shù)字載波，都對應(yīng)有一個最低要求的Eb/N。值。通過換算，可以求得相關(guān)載波所需的最低C/N值。載波鏈路的系統(tǒng)C/N估算值與載波所需的最低C/N值之差，為相關(guān)載波的系統(tǒng) 余 量。在不考慮降雨衰耗時，系統(tǒng)余量以1到2dB較為合適。余量太低時，系統(tǒng)工作 將不夠穩(wěn)定；余量過高時，將增加不必要的設(shè)備成本。干擾估算的簡化處理上一節(jié)中，系統(tǒng)C/N也可通過綜合上下行C/N與上下行C/I求得。算式可以相應(yīng) 變 化為(C/N) Total =(C/N) Up&Dn + (C/l) Up&Dn= (C/N) Up+ (C/N) Dn)+ (C/l)+ (C/l) AdjUp(C/l) AdjDn-1 4- (C/l) IM-1)一般說來，載波噪聲比(C/N) UP&D的估算結(jié)果較為準(zhǔn)確，而載波干擾比(C/l) UP&D的估算 結(jié)果較為粗糙。實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)c頻段的接收天線口徑不小于3米時，(C/N)up&d與(C/N)喚的差值 通常為0.5到1dB;當(dāng)Ku頻段的接收天線口徑不小于1.2米時，(C/N)up&d與(C/N)喚 的差值通常為1到2dB。為此，在上述接收天線口徑條件下，可以省略本來就有些 自欺欺人的載波干擾比估算。鏈路估算時，可以只計算上下行鏈路