卫星链路预算初步通俗解析_中_刘军

２．１１．６ 载波功率等效带宽 卫星转发器频率带宽和功率是转发
器的两个重要资源，二者都是有限的。 平时常讲的是频率带宽，较少提到载波 功率等效带宽。
用户租用一定带宽，按照规定其只 能使用相应频率带宽的功率，不允许超 功率使用。如用户租用4MHz带宽却超 功率使用3dB，则实际上其已经相当于 发了一个8MHz带宽的载波。（未完待
２．９ 载波回退（ＣＢＯ）
多载波共用同一个转发器，各个 载波不仅先要按转发器多载波要求进行 回退，而且还要按照各自租用带宽的多 少，按照比例相应进行回退，即载波回 退。载波回退值公式：
CBOC ：载波的输出回退值； BWTXP ：转发器带宽； BWC：载波租用带宽。
２．１０ 载波输入回退（ＣＩＢＯ）和载波输出 回退（ＣＯＢＯ）
通量密度W为：
（W/m2）
输入功率为PsG的全向辐射器也可
以产生同样大小的通量密度，故PsG就
是有效全向辐射功率，即：
EIRP=PsG
通常EIRP用dB表示，
即[EIRP]=[Ps]+[G] dBW
同样如用PE代表地面站天线馈源口 的发射功率，G来表示发射天线增益，
则EIRP的表达式同上是一样的，表示
分配带宽一般采用计算值： Allocated Bandwidth=符号速率×(1+ 滚降系数+0.05)。
如载波获分配的带宽位于转发器 的边沿，保护带宽应考虑减半。
部分用户强调其选用的调制器滚降 系数为0.2或0.25，故其载波分配带宽可 压缩到符号速率的1.25倍或1.3倍，但有 时不被卫星操作者所接受，特别是带宽 较小的载波（如小于1MHz带宽），为 保护其载波少受干扰，滚降系数仍按通 常的0.35计算。
２．７ 全系统噪声温度
图3为一个典型的接收系统示意图。
图3 接收系统连接图
以低噪声放大器的输入端作为参 考点，由此点所得的整个系统的噪声温 度为：
一般高频头的增益在60dB，即 106，可见后面各级（如线缆、接收机 或解调器）噪声对整个系统的噪声温度 影响很小，可忽略不计，即整个系统的 等效噪声温度由前级来决定。这也是为 什么LNA（LNB）总是与抛物面天线紧 密相连的原因，目的就是尽量减小二者 之间由波导带来的传输损耗，防止噪声 温度的增加。
卫星上的天线和接收机的等效噪声温 度一般分别在２００Ｋ、３００K的数量 级，总的系统噪声温度大约在500K左右。
链路计算中，通常C波段地面接收 系统噪声温度一般取100K，Ku波段取 120~150K。
２．８ 转发器输入回退（ＩＢＯ）和输出回退 （ＯＢＯ）
卫星转发器的功放级多采用行波管 放大器(TWTA)，这种放大器在最大输 出功率点附近的输出/输入关系曲线呈 现非线性特性，如图4所示。
行载噪比； ··G/T和SFD反映卫星接收系统的性能，
也就是与地面发射站有关； ··地面站接收天线增益对接收系统噪声
温度的比，也同样用G/T表示，其主 要作用是求下行载噪比。
２．１．３ ＳＦＤ SFD（单载波输入饱和通量密度）
单位为 dBW/ m2。
·· 含义：为使卫星转发器处于单载波饱 和状态工作，在其接收天线的单位有 效面积上应输入的功率；
占用卫星转发器资源的多少，一般定义 为-26dB带宽，即载波从峰值向下26dB 后所占的频谱宽度。工程时通过仪器测 量此值，实际中一般通过计算获得：
占用带宽Occupancy Bandwidth= 符号速率×(1+滚降系数RollOff)
２．１１．４ 载波分配带宽 由于载波加大功率或功放饱和等
原因将会导致载波带宽加大以致干扰到 相邻载波，严重的还会导致相邻一个或 多个载波业务中断。为了保护载波免于 或少于被相邻载波干扰，或防止可能由 于自身原因干扰其它载波，卫星公司分 配频率带宽时，要在实际载波占用带宽 的基础上加上一定的保护带宽，一般是 载波分配带宽=占用带宽+保护带宽。 保护带宽=占用帶宽的±2.5%或最大 ±200kHz。
２．５ 天线噪声
地面站天线噪声主要包括两大部 分：天线损耗引起的噪声和天空噪声。 天空噪声可涵盖的范围较广，如包括太 阳系噪声、宇宙（银河系）噪声、大气 噪声及降雨噪声和来自于地面的噪声 等。
天线噪声温度与工作频率、天线的 性能、仰角、气候的好坏密切相关，与 天线口径的大小关系极小。当地面站仰 角过低时，天线噪声温度会急剧增加， 故C频段地面站选址时天线仰角不得低 于5°，Ku频段地面站天线仰角不得低 于10°，链路预算时应特别注意。
载波输入回退和输出回退将分别被 用于计算载波的上、下行EIRP。
７２ 卫星与网络
载波输入回退CIBO=载波回退 CBO+转发器输入回退IBO。
载波输出回退COBO=载波回退 CBO+转发器输出回退OBO。
如转发器只有一个全频带载波，则 CIBO=COBO=0dB，即无需回退。
２．１１ 载波带宽
２．１１．１ 符号速率
天线增益及波导、馈源插损一般由 用户提供，不能提供则按上式计算天线 增益及估算插损。
根据天线的互易原理，公式对发射
７０ 卫星与网络
天线和接收天线都适用。
由于天线为无源器件，因此G不是
真正将信号功率放大，而是代表天线汇
聚信号能量的能力。
如卫星发射功率为Ps，天线增益为
G，则距离其为r（m）远的地方的功率
图4 TWTA特性 当多载波工作于同一个转发器时， 为了避免由于非线性产生的交调干扰， 必须控制转发器不能输出功率过大以致 进入非线性区。转发器一定要回退一定 数值，数值多少以使放大器工作在线性 状态为准，但此时，整个转发器的输出 功率将远低于最大功率。为了减小这种 损失，有的转发器配置有线性化器以改 善放大器的非线性。 带线性化器的转发器，输入回退 一般是6dB，输出是3dB；如不带线性 化器，则输入回退一般是9dB，输出是 4.5dB。一个载波占用整个转发器不需 要回退，即IBO及OBO为0dB。 同卫星转发器一样，如地面站同一 个功放发射多个载波，同样也需要回退 一定dB。
如接收天线用GR来表示，由2.1中 公式得：
Lf即为自由空间损耗。
２．４ 等效噪声温度
考虑到卫星通信线路中噪声的多样
性，为便于分析计算，将所有噪声都归 结等效为热噪声来处理，即等效噪声温 度。等效噪声功率PN计算公式同上。
噪声等效带宽总是大于由幅频曲线 定义的-3dB带宽（B-3dB），一般经验 值是噪声带宽等于-3dB带宽的1.12倍。
２．１１．２ 载波噪声带宽 载波噪声带宽是一个重要概念，在
链路预算中要经常用到此带宽计算有关 数值，特别是计算C/T与C/N的相互变 换，及Eb/N0与C/N的的相互变换。
实际计算中一般噪声带宽按如下公 式计算
Noise Bandwidth=符号速率×1.2
２．１１．３ 载波占用带宽 载波占用带宽表明了此载波实际
由上可见，接收天线增益越高、 连接低噪放的波导损耗越低、同时低噪 放的噪声温度越低，G/T值越高，接收 卫星下行信号的载噪比就越高。因此在 卫星信号调制方式及功率已固定的前提 下，如欲提高接收信号质量，要么更换 更大的天线、要么更换噪声温度更低的 低噪放，别无它法。实际操作中一般是 通过更换天线的方法来提高信号质量， 这是由于目前接收站配置的低噪放一般 噪声温度都比较低，差异不大，更换低 噪放不如换大点的天线对接收改善得更 明显。
天线噪声大小可以用噪声温度来表 示，定义为：
Pa是在频率带宽Bn范围内，天线 在匹配条件下所接收到（包括本身）的 噪声功率。可见Ta并不是指天线本身的 物理温度，而是指等效噪声温度。如地 面站天线的物理温度可以是300K，但 其Ta却可以是30K。
２．６ 噪声系数Ｆ 噪声温度的另一种表示方法。任
何吸收损耗都会产生热噪声，导致信号 损失。吸收网络输入端的等效噪声温度 为：
··由于卫星覆盖区域不同，SFD表征了 卫星对不同地理位置的信号接收的饱 和程度，它也有与G/T基本相同的覆 盖图；
··SFD在链路预算中的主要作用是求发 射站的上行全向辐射功率，进而不断 调配，计算得出发射站天线口径和功 放大小；
··SFD的标称值不仅和衰减档有关，实 际上还和G/T值有关。如无特别指明， SFD值是指其在G/T=0dB/K时的值。
sym/s
前向纠错(FEC)编码率通常为： 1/2、2/3、3/4、5/6和7/8；
Reed-Solomon编码率常用： 188/204，如无则RS=1；
BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、 32APSK及64QAM的调制因子分别为1、 2、3、4、5、6。
吸收网络输出端的等效噪声温度
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为：
T0：室温，通常被认为是290K； LF：吸收网络的损耗。室温下有 耗网络的噪声系数等于该网络的功率损 耗，即F=L。 噪声温度及噪声系数是放大器噪 声的两种表示方法。在卫星接收系统 中，一般噪声温度规定C-BAND低噪声 放大器，单位为K；而噪声系数一般用 于规定Ku-BAND低噪声放大器及接收 机单元，单位为dB。二者之间的换算按 2.6中公式，注意要将F换算成真值带入 式中。
２．１１．５ ３ｄＢ带宽或１０ｄＢ带宽 载波从峰值向下3dB或10dB后所占的
带宽宽度，称为3dB带宽或10dB带宽。 注意：此3dB带宽（或10dB带宽）
同卫星天线波束宽度的3dB带宽（或 10dB带宽）虽然是字面相同，但是含 义却是完全不同的两个概念。虽然都 是载波由峰值下降3dB后进行测量的 宽带，但单位却是一个是频率单位： MHz，一个是角度单位：度。
续）S
２０１０／０３／总第９２期
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了地面站发射系统的能力。
２．１．２ Ｇ／Ｔ G为天线增益，T为卫星接收系统
的噪声温度，单位为dB/K 。
··品质因数G/T是指接收天线增益与接 收系统总的等效噪声温度之比；
··G/T反映了接收系统的质量； ··表征了卫星对接收不同地理位置的信
号的放大能力； ··G/T在链路预算中的Baidu Nhomakorabea要作用是求上
键：EIRP、G/T、SFD。
２．１．１ ＥＩＲＰ EIRP（有效全向辐射功率）单位
为 dBW。 卫星通信中常用的抛物面天线增益
为：
A：天线口面面积（m2）；
λ：工作波长（m）
，C为
电波在自由空间的传播速度，近似等于 光速；
η：天线效率。实际计算中一般 正馈抛物面天线，上下行分别按60% 及65%取值；偏馈天线按65%及70%取 值。
接收站的系统噪声温度大致（忽略 了馈线的噪声温度）为：
计算接收系统噪声温度的目的是为了 求接收系统的G/T值，进而计算下行 。 前面为了清楚地说明前级低噪声放大器 的作用，而把计算系统噪声温度的参考 点选择在低噪声放大器的输入端，其实 选择在哪一级都无所谓，并不影响G/T 值大小。因为如选择在低噪声放大器后 面，T增加了，同时G也由于低噪放的 缘故相应增加了，而二者之比不变。
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卫星链路预算初步通俗解析（中）
文＿刘军
２ 有关链路预算的几个重要概念及公式 由于公式是死的，带入公式进行数
学计算的过程毕竟是一个简单的过程， 关键是对带入的各项式有关概念的理解 及灵活掌握，这才是最应掌握的。
２．１ 卫星的３个重要参数
上行 和下行 的计算主要是通 过卫星来实现的，它的3个参数最关
２．２ 卫星接收天线单位有效面积增益
2.1中公式是指天线在一定有效口 面面积下的卫星天线增益，其单位有效 面积增益则为
即卫星接收天线单位面积增益仅是 和波长λ有关的函数。
２．３ 自由空间传输损耗
发射天线采用定向天线，接收点的 功率密度为 （W/m2）
若接收天线的有效接收面积为 A×η，则接收到的功率PR为