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第章链路传输工程
1
提要
一、星-地链路传播特性 二、卫星移动通信链路特性 三、天线的方向性和电极化问题 四、噪声与干扰 五、卫星通信全链路质量 六、信道对传输信号的损害 七、上、下行链路的RF干扰
2
卫星通信工作频段的选择
•工作频率选择考虑:系统的通信容量,质量,可靠性,设备实现的复杂 性和成本,与其它通信系统的协调. 卫星通信工作频段的选择，通常 要从以下几个方面来综合考虑:
中间层（Mesosphere）
50 - 80 km
平流层（Stratosphere）
16 - 50 km
对流层（Troposphere）
7- 16 km
5
传播问题 衰减和天空噪声增加 信号去极化
折射和大气多径 信号闪烁
反射多径和阻塞 传播延迟、变化
卫星通信系统的传播问题
物理原因
主要影响
大气气体、云、雨 雨、冰结晶体
3
链路传播特性
星际链路：只考虑自由空间传播损耗 星-地链路：由自由空间传播损耗和近
地大气层的各种影响所确定
4
卫星通信的电波要经过对流层（含云层和雨层）、平流层、电 离层和外层空间，跨越距离大，影响电波传播的因素很多。
外逸层（Exosphere） 500 - 64,374 km
热层（热电离层）（Thermosphere） 80 - 500 km
L f 9 2 . 4 4 2 0 l g d ( k m ) 2 0 l g f ( G H z )( d B )( 2 - 8 ) 15
解：根据
G42A4C2 f2 A
4 6109
G
3108 2
2
32 2
0.55
Hale Waihona Puke G 10lgG42.9 (dB)
9
一、星-地链路传播特性
卫星通信的电波在传播中要受到损耗，其中最主要的 是自由空间传播损耗，它占总损耗的大部分。其它损耗还 有大气、雨、云、雪、雾等造成的吸收和散射损耗等。卫 星移动通信系统还会因为受到某种阴影遮蔽(例如树木、 建筑物的遮挡等)而增加额外的损耗，固定业务卫星通信 系统则可通过适当选址避免这一额外的损耗。
卫星移动通信系统中的天线增益可以按下式进行计算：
G42A4 2Ae (2-3)
G42A4C2 f2 A
(2-3)式中，A是天线口面的有效面积(m2)，是工作波 长（m），为天线效率，Ae为接收天线有效面积。 其中=c/f，c为光速，取值为3*108(m/s)。
8
例一
计算频率为6GHz时，口径3m的抛物面天线的 增益。（天线效率为0.55）
其中，k为波耳兹曼常数，1.
55d（B单/K位，为接度收）机，馈常线称损为耗波1d束BL 。宽度f， 对于 抛物4 面天线d ，其 近2 似 估算 公式4 为 c d f 2
(2 -5 )
d为传播距离，为工作波长，C为光速，f为工作频率。 Lf通常用分
贝表示，当d用km、f用GHz表示时，又可以表示为
(1) 到外层空间，要穿出电离层、电波传播损耗要小。 (2) 收到外界附加噪声应可能的小。 (3) 较宽的可用频带，尽可能增大通信容量。 (4) 合理使用无线电频谱，防止与宇宙及地面通信系统之间(微波 中继通信系统、雷达系统等)产生相互干扰。 (5) 充分利用现有通信技术和设备以及与现有通信设备配合使用。 (6) 设备重量要轻，耗电要小。 •微波频段：2.5/2.69，4/6，11/14, 20/30GHz等到更高频段 (275GHz)。
d 4 2 2 3 8 1 .0 2 3 0 .3 0 2 c o sc o s
13
有关链路计算的公式
自由空间传播损耗 功率密度 接收信号功率
14
自由空间传播损耗计算公式
• 电波从点源全向天线发出后在自由空间传播，能量将扩散到一个球
信3仰8号角×在 为10传θ-的2输3传J中/面 益K播引；路上，起径的上。那失的真如么降与雨用到被衰传减定达输量信向接为号：天收本L身R线点的=γ幅R， 的·度lR电 信有(θ关) 波 号时称将 功为向 率非线某 为一 ：方向会聚，在此方向上获得增
自由空间传播损耗
自由空间电波传播是无线电波最基本、最简单的传 播方式。自由空间是一个理想化的概念，为人们研究 电波传播提供了一个简化的计算环境。
10
图2-1 以确定的天线面积在不同距离上接收辐射能量
P r'4P d t 2
(2-1)
11
图2-2 自由空间损耗与传播路径长度的关系
12
图2-4 静止卫星与地球站的通信距离关系曲线
该地球站在“相邻卫星”的（天
对链非路常 预低算的的其水任中蒸务汽有：密两度类PT，：为衰在减选发可定射假空定间功与转水发率蒸器;汽和G密地T度球为成站发正设比备射。的情天况线下，增验证益系;统G能R否为满足接用收户的天使用线要增求；益；Lf为自由
空间传播损耗。 其中，k为波耳兹曼常数，1.
其中 =c/f，c为光速，取值为3*108(m/s)。
• 噪声温度（Te） 定义：将噪声系数折合为电阻元件在相当于某温度下的热 噪声，温度以绝对温度K计。噪声温度（Te）与噪声系数 (NF）的关系为：NF=10lg(1+Te/290)dB
• 品质因素（G/Te） 定义：天线增益与噪声温度的比值。 G/Te=G(dB)-10lgTe(dB/K)
7
天线增益的计算公式
大约10GHz以上频率
C和Ku频段的双极化系 统（取决于系统结构）
大气气体 对流层和电离层折射扰 动
地球表面及表面上物体
低仰角跟踪和通信
对流层：低仰角和 10GHz以上频率 电离层：10GHz以下频 率
卫星移动业务
对流层和电离层
精确的定时、定位、 TDMA系统
6
卫星通信系统的主要技术参数
• 等效全向辐射功率（EIRP—Equivalent Isotropically Radiated Power） 定义：地球站或卫星的天线发射的功率P与该天线增益G 的乘积。 表明了定向天线 在最大辐射方向实际所辐射的 功率。 EIRP=P·G，或 EIRP(dBW)= P(dBW)+G(dB)
n级网络输出噪声功率为：
卫星通信工作频段的选择，通常要从以下几个方面来综合考虑:
P G G 卫星通信系统内的其他噪声干扰主要包括系统间干扰、共道干扰T、互调T干扰、交R叉极化干扰等。
P 接收信号的载噪比C/N为：
R
L 从天线顺着电波传播方向看，若电场矢量顺时针旋转，称为右旋，若逆时f针旋转，称为左旋。
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提要
一、星-地链路传播特性 二、卫星移动通信链路特性 三、天线的方向性和电极化问题 四、噪声与干扰 五、卫星通信全链路质量 六、信道对传输信号的损害 七、上、下行链路的RF干扰
2
卫星通信工作频段的选择
•工作频率选择考虑:系统的通信容量,质量,可靠性,设备实现的复杂 性和成本,与其它通信系统的协调. 卫星通信工作频段的选择，通常 要从以下几个方面来综合考虑:
中间层（Mesosphere）
50 - 80 km
平流层（Stratosphere）
16 - 50 km
对流层（Troposphere）
7- 16 km
5
传播问题 衰减和天空噪声增加 信号去极化
折射和大气多径 信号闪烁
反射多径和阻塞 传播延迟、变化
卫星通信系统的传播问题
物理原因
主要影响
大气气体、云、雨 雨、冰结晶体
3
链路传播特性
星际链路：只考虑自由空间传播损耗 星-地链路：由自由空间传播损耗和近
地大气层的各种影响所确定
4
卫星通信的电波要经过对流层（含云层和雨层）、平流层、电 离层和外层空间，跨越距离大，影响电波传播的因素很多。
外逸层（Exosphere） 500 - 64,374 km
热层（热电离层）（Thermosphere） 80 - 500 km
L f 9 2 . 4 4 2 0 l g d ( k m ) 2 0 l g f ( G H z )( d B )( 2 - 8 ) 15
解：根据
G42A4C2 f2 A
4 6109
G
3108 2
2
32 2
0.55
Hale Waihona Puke G 10lgG42.9 (dB)
9
一、星-地链路传播特性
卫星通信的电波在传播中要受到损耗，其中最主要的 是自由空间传播损耗，它占总损耗的大部分。其它损耗还 有大气、雨、云、雪、雾等造成的吸收和散射损耗等。卫 星移动通信系统还会因为受到某种阴影遮蔽(例如树木、 建筑物的遮挡等)而增加额外的损耗，固定业务卫星通信 系统则可通过适当选址避免这一额外的损耗。
卫星移动通信系统中的天线增益可以按下式进行计算：
G42A4 2Ae (2-3)
G42A4C2 f2 A
(2-3)式中，A是天线口面的有效面积(m2)，是工作波 长（m），为天线效率，Ae为接收天线有效面积。 其中=c/f，c为光速，取值为3*108(m/s)。
8
例一
计算频率为6GHz时，口径3m的抛物面天线的 增益。（天线效率为0.55）
其中，k为波耳兹曼常数，1.
55d（B单/K位，为接度收）机，馈常线称损为耗波1d束BL 。宽度f， 对于 抛物4 面天线d ，其 近2 似 估算 公式4 为 c d f 2
(2 -5 )
d为传播距离，为工作波长，C为光速，f为工作频率。 Lf通常用分
贝表示，当d用km、f用GHz表示时，又可以表示为
(1) 到外层空间，要穿出电离层、电波传播损耗要小。 (2) 收到外界附加噪声应可能的小。 (3) 较宽的可用频带，尽可能增大通信容量。 (4) 合理使用无线电频谱，防止与宇宙及地面通信系统之间(微波 中继通信系统、雷达系统等)产生相互干扰。 (5) 充分利用现有通信技术和设备以及与现有通信设备配合使用。 (6) 设备重量要轻，耗电要小。 •微波频段：2.5/2.69，4/6，11/14, 20/30GHz等到更高频段 (275GHz)。
d 4 2 2 3 8 1 .0 2 3 0 .3 0 2 c o sc o s
13
有关链路计算的公式
自由空间传播损耗 功率密度 接收信号功率
14
自由空间传播损耗计算公式
• 电波从点源全向天线发出后在自由空间传播，能量将扩散到一个球
信3仰8号角×在 为10传θ-的2输3传J中/面 益K播引；路上，起径的上。那失的真如么降与雨用到被衰传减定达输量信向接为号：天收本L身R线点的=γ幅R， 的·度lR电 信有(θ关) 波 号时称将 功为向 率非线某 为一 ：方向会聚，在此方向上获得增
自由空间传播损耗
自由空间电波传播是无线电波最基本、最简单的传 播方式。自由空间是一个理想化的概念，为人们研究 电波传播提供了一个简化的计算环境。
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图2-1 以确定的天线面积在不同距离上接收辐射能量
P r'4P d t 2
(2-1)
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图2-2 自由空间损耗与传播路径长度的关系
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图2-4 静止卫星与地球站的通信距离关系曲线
该地球站在“相邻卫星”的（天
对链非路常 预低算的的其水任中蒸务汽有：密两度类PT，：为衰在减选发可定射假空定间功与转水发率蒸器;汽和G密地T度球为成站发正设比备射。的情天况线下，增验证益系;统G能R否为满足接用收户的天使用线要增求；益；Lf为自由
空间传播损耗。 其中，k为波耳兹曼常数，1.
其中 =c/f，c为光速，取值为3*108(m/s)。
• 噪声温度（Te） 定义：将噪声系数折合为电阻元件在相当于某温度下的热 噪声，温度以绝对温度K计。噪声温度（Te）与噪声系数 (NF）的关系为：NF=10lg(1+Te/290)dB
• 品质因素（G/Te） 定义：天线增益与噪声温度的比值。 G/Te=G(dB)-10lgTe(dB/K)
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天线增益的计算公式
大约10GHz以上频率
C和Ku频段的双极化系 统（取决于系统结构）
大气气体 对流层和电离层折射扰 动
地球表面及表面上物体
低仰角跟踪和通信
对流层：低仰角和 10GHz以上频率 电离层：10GHz以下频 率
卫星移动业务
对流层和电离层
精确的定时、定位、 TDMA系统
6
卫星通信系统的主要技术参数
• 等效全向辐射功率（EIRP—Equivalent Isotropically Radiated Power） 定义：地球站或卫星的天线发射的功率P与该天线增益G 的乘积。 表明了定向天线 在最大辐射方向实际所辐射的 功率。 EIRP=P·G，或 EIRP(dBW)= P(dBW)+G(dB)
n级网络输出噪声功率为：
卫星通信工作频段的选择，通常要从以下几个方面来综合考虑:
P G G 卫星通信系统内的其他噪声干扰主要包括系统间干扰、共道干扰T、互调T干扰、交R叉极化干扰等。
P 接收信号的载噪比C/N为：
R
L 从天线顺着电波传播方向看，若电场矢量顺时针旋转，称为右旋，若逆时f针旋转，称为左旋。