第3章 卫星通信第
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地面微波系统的干扰：
国际上规定：
对于地面微波通信系统，要求在卫星载波40kHz的带宽内， 其功率谱密度低于地球站接收功率谱密度25dB 进入地面微波系统的干扰功率基准为-154dBw/4kHz，并且 干扰功率达到这个值的时间不许超过20%；或干扰功率基 准为-131dBw/4kHz，且达到这个值的时间不超过0.01%
如果(C/N)u>>(C/N)d，则C/N≈(C/N)d，卫星线路是下 行线受限制，这是卫星通信的常见情况 (C/N)u<<(C/N)d，则C/N≈(C/N)u，则认为卫星线路是 上行线受限制
基本链路分析
其他损耗：
损耗（dB/km）
10
BOi和BOo 天线指向损耗 大气层吸收损耗
1.0
3
0.1
1
2 0.01 0.3 0.5 1.0 2 3 4 5
邻近卫星引起的总载波干扰比：
1 1 C C C I I u I d 1
干扰分析
卫星通信中常见的其他干扰：
地面微波系统的干扰 正交极化干扰 邻道干扰 共信道干扰 码间串扰
卫星通信中常见的其他干扰
地面微波系统的干扰：
(C / I )u SFD(dBw/ m2 ) SFD* (dBw/ m2 ) Gi (dB) (29 25lg ) Gu Gu
干扰分析
邻星干扰：
从卫星A到地球站A1的下行载波干扰比：
(C / I )d EIRP ) EIRPs(dBw) G(dB) (29 25lg ) s (dBw
λ（cm）
图 6-11 水蒸汽和氧气的吸收损耗
1：水蒸汽，10g/m 3（在18 ℃时的相对湿度66％）；2：氧，压强为15cm水银柱 3：总的吸收损耗
基本链路分析
例：
某Ku波段（14/12GHz）的卫星系统，它以TDMA方式工作，采用QPSK 调制，系统参量如下：根据这些参数，计算载噪比。 载波调制参数：
干扰分析
邻星干扰：
EIRP(dBw) EIRP* (dBw) Gi (dB) 29 25lg (dB) SFD(dBw/ m2 ) SFD* (dBw/ m2 ) Gi (dB) 29 25lg (dB)
C / I u EIRP(dBw) EIRP* (dBw) Gi (dB) (29 25lg ) Gu (dB) Gu (dB)
2
2
d
L
Pr 4d 4df Pt c
2
Pt
图 6－1 自由空间的传播损耗
传输方程
自由空间传播损耗：
当距离d以km为单位，频率f以GHz为单位时：
L(dB) 92.45 20lg d (km) 20lg f (GHz)
当距离d以km为单位，频率f以MHz为单位时：
N
fd
2
基本链路分析
上行载噪比计算：
载波功率与等效功率谱密度的比值(C/no)： C/N=C/n0-B(dB) 载波功率与等效噪声温度之比C/T： C/N=C/T+228.6-B(dB)
C EIRP G / T L T
C EIRP G / T L 228.6 n0
基本链路分析
C / I u EIRP(dBw) EIRP(dBw) Gu (dB) Gu (dB)
用功率通量密度SFD表示：
Gu C SFD I u SFD Gu
(C / I )u SFD(dBw/ m2 ) SFD(dBw/ m2 ) Gu Gu
EIRP s (C / N ) u
基本链路分析
总载噪比计算；
地球站的接收功率：
Pr Pt Gt Gr EIRPs Gr L L
C N u
1
伴随的下行噪声功率：
EIRP Pr s Gr N (C / N )u L
下行附加噪声功率:Nd=kTB 在接收地球站，总的噪声功率为：
第三章 卫星通信链路设计
卫星链路设计
传输方程 基本链路分析 干扰分析 大气损耗和降雨衰减 卫星通信系统的可用度
卫星链路设计
第一节 传输方程：
卫星链路
自由空间传播损耗 功率通量密度 接收信号功率
传输方程
卫星链路：
上行链路 下行链路
传输方程
自由空间传播损耗：
Pr
Pt 2 Pr P t 4 d 4d 2 4
总载噪比计算：
设卫星上接收到的载噪比为(C/N)u，它被通信卫星 转发，重新发回地球。由卫星天线转发后的EIRP为 EIRPs，载噪比为：C/N=(C/N)u，噪声功率为 ：
N
接收地球站收到的载波加噪声为C(t)+N(t)+Nd(t)
C(t)：上行载波功率经卫星转发后的功率 N(t)：上行噪声功率经卫星转发后的功率 Nd(t)：附加的均值为零的下行加性白噪声
基本链路分析
再生型转发器计算：
很强的信号处理能力，发展方向。 链路的各个部分是彼此独立的。因此误比特率为
Pe Peu (1 Ped ) Ped (1 Peu ) Peu Ped
卫星链路设计
第三节 干扰分析：
载波噪声干扰比 邻星干扰 卫星通信中常见的其他干扰
干扰分析
载波噪声干扰比：
分配给卫星通信的6/4GHz同时用于地面微波线路 地球站接收4GHz频带的信号，它对来自地面传输的 4GHz微波干扰也很敏感 地球站以6GHz频带发射，对使用6GHz频段接收的 地面微波系统产生干扰 地球站和地面微波系统间的相互干扰量是载波功率、 载波谱密度和两载波间频率差值的函数
卫星通信中常见的其他干扰
1
所有的干扰都是高斯型的，且是彼此无关的广义平 稳随机过程
干扰分析
邻星干扰：
A B
θ
θ
系统 A
系统 B
干扰分析
邻星干扰：
国际上的有关章程规定，相对峰值归一化(1或0dB) 的副瓣包络电平： 29 25lg
θ β r dB
2 2 d 2 dA dB 2d Ad B cos
d 2 2r 2 2r 2 cos 2r 2 (1 cos )
卫星通信中常见的其他干扰
正交极化干扰：
由于极化的不完全正交造成的干扰称为交叉极化干 扰(CPI)，即能量从一种极化状态耦合到另一种极化 状态引起的干扰 正交极化鉴别度的定义为对同一入射信号，收到的 主极化功率对正交极化功率的比值 卫星线路的净正交极化鉴别度，是地球站天线和卫 星天线在上行和下行线的组合效果。最小净线路正 交极化鉴别度： X 1 ( X X )
最大的上行和下行距离：37506km 跟踪损耗：1.2dB（上行）和0.9dB（下行） 系统噪声温度：160k
基本链路分析
门限载噪比：
为保证用户接收到的话音、图像和数据有必要的质 量，接收机所必须得到的最低载噪比。 对于模拟制信号通常用信噪比(S/N)表示传输质量的 好坏 对于数字通信，用误码率表示传输质量。与所要求 的误码率相对应的Eb/n0也称门限电平，用(Eb/n0)th表 示 C/n0=Eb/n0+R C/N=Eb/n0+R-B
2 2 dA dB 2r 2 (1 cos ) arccos 2 d d A B
dA
卫星 A
卫星 B
干扰分析
邻星干扰：
上行干扰功率：
c I u EIRPGu 4d f u u
2
EIRP´：干扰信号在被干扰卫星A方向的EIRP fu´：上行干扰频率 du´：被干扰卫星A和干扰地球站B1之间的上行距离 Gu´：被干扰卫星A的天线在地球站B1方向的增益 fu´≈fu， du´≈du
基本链路分析
上行载噪比计算：
Pfd 功率通量密度： EIRP EIRP 4 4d 2 4d 2 2
用dB表示：Pfd EIRP L 10 lg 4 2 载噪比： C P G / T B 10 lg 4 228 .6
(1) 地球站的接收天线增益； (2)假定从卫星到地球站的距离为40000km，求传播损耗 (3) 求这个地球站的功率通量密度； (4) 在地球站天线输出处收到的功率。 (5) 如工作频率改为11.5GHz，重复上述计算，并比较结果。
传输方程
分析：
天线增益G随着频率的增加而增大，但是传播损耗 也增大，所以接收的功率通量密度和功率不变。结 论：卫星链路对频率的变化是不敏感的 从技术和经济因素，只对一定的频率范围感兴趣。 例如卫星直播电视(DTH)，希望地球站的价格尽可 能低，使用小口径天线。高频率卫星上能得到高的 EIRP；同时地面上也能使用小口径高增益天线 虽然卫星链路对频率变化是不敏感的，但是另一些 因素也会影响使用频率的选择
载波噪声干扰比：C/(N+I)=C/N´
1 1 C C C N I N 1
总的载波噪声干扰比： 1
1 1 C C C N I N
C 1 C 1 N u N d
卫星链路设计
基本链路分析：
上行载噪比计算 总载噪比计算 其他损耗 门限载噪比 再生型转发器计算
基本链路分析
上行载噪比计算：
EIRP Gr 1 C Pt Gt Gr 1 EIRP G 1 N L kTB L kTB L T kB
C (dB ) EIRP G / T L B 228 .6 N
L(dB) 32.45 20lg d (km) 20lg f (MHz)
传输方程
功率通量密度：
表示发射功率经过空间传播到达接收点后，在单位 面积内的功率。
Pfd=PtGt/(4d2)=EIRP/(4d2) （W/m2）
Pfd=EIRP（dBW)-10lg(4d2) (dBW/m2)
干扰分析
邻星干扰：
从地球站A2到卫星A的上行载波干扰比：
用dB表示：
f u EIRP Gu Gu d u C EIRP d u f u EIR P Gu I u EIR P Gu
比特率：60Mbps 噪声带宽：36MHz 比特持续时间带宽积:0.6
卫星参数：
天线增益噪声温度比：1.6dB/K；卫星饱和EIRP：44dBw TWTA输入回退量：0dB；TWTA输出回退量：0dB
地球站参数
天线直径：7m; 发射天线增益(14GHz)：57.6dB
接收天线增益(12GHz)：56.3dB; 进入天线的载波功率：174W
min
2
1 e
1 1 S
卫星通信中常见的其他干扰
卫星转发器饱和通量密度：为使卫星转发器单载波 饱和工作，在其接收天线的单位面积上应输入的功 率。它反映了卫星转发器的灵敏程度。
传输方程
接收信号功率：
P G G Pr t t r Pt Gt Gr L 4 d 来自百度文库
2
传输方程
传输方程
例：
一颗卫星在4GHz时通过一副18dB增益天线，发射 25W功率。网络中一个地球站，用一副直径为12m 的天线(η =65%)来接收，试确定：
EIRP s Gr N L C kTB N u
1
基本链路分析
总载噪比计算：
整个卫星线路的载噪比：
EIRP C s Gr / L 1 N EIRP s G (C / N ) u / L kTB
基本链路分析
总载噪比计算：
1 1 C C C 卫星线路的基本方程： N N u N d 1
国际上规定：
对于地面微波通信系统，要求在卫星载波40kHz的带宽内， 其功率谱密度低于地球站接收功率谱密度25dB 进入地面微波系统的干扰功率基准为-154dBw/4kHz，并且 干扰功率达到这个值的时间不许超过20%；或干扰功率基 准为-131dBw/4kHz，且达到这个值的时间不超过0.01%
如果(C/N)u>>(C/N)d，则C/N≈(C/N)d，卫星线路是下 行线受限制，这是卫星通信的常见情况 (C/N)u<<(C/N)d，则C/N≈(C/N)u，则认为卫星线路是 上行线受限制
基本链路分析
其他损耗：
损耗（dB/km）
10
BOi和BOo 天线指向损耗 大气层吸收损耗
1.0
3
0.1
1
2 0.01 0.3 0.5 1.0 2 3 4 5
邻近卫星引起的总载波干扰比：
1 1 C C C I I u I d 1
干扰分析
卫星通信中常见的其他干扰：
地面微波系统的干扰 正交极化干扰 邻道干扰 共信道干扰 码间串扰
卫星通信中常见的其他干扰
地面微波系统的干扰：
(C / I )u SFD(dBw/ m2 ) SFD* (dBw/ m2 ) Gi (dB) (29 25lg ) Gu Gu
干扰分析
邻星干扰：
从卫星A到地球站A1的下行载波干扰比：
(C / I )d EIRP ) EIRPs(dBw) G(dB) (29 25lg ) s (dBw
λ（cm）
图 6-11 水蒸汽和氧气的吸收损耗
1：水蒸汽，10g/m 3（在18 ℃时的相对湿度66％）；2：氧，压强为15cm水银柱 3：总的吸收损耗
基本链路分析
例：
某Ku波段（14/12GHz）的卫星系统，它以TDMA方式工作，采用QPSK 调制，系统参量如下：根据这些参数，计算载噪比。 载波调制参数：
干扰分析
邻星干扰：
EIRP(dBw) EIRP* (dBw) Gi (dB) 29 25lg (dB) SFD(dBw/ m2 ) SFD* (dBw/ m2 ) Gi (dB) 29 25lg (dB)
C / I u EIRP(dBw) EIRP* (dBw) Gi (dB) (29 25lg ) Gu (dB) Gu (dB)
2
2
d
L
Pr 4d 4df Pt c
2
Pt
图 6－1 自由空间的传播损耗
传输方程
自由空间传播损耗：
当距离d以km为单位，频率f以GHz为单位时：
L(dB) 92.45 20lg d (km) 20lg f (GHz)
当距离d以km为单位，频率f以MHz为单位时：
N
fd
2
基本链路分析
上行载噪比计算：
载波功率与等效功率谱密度的比值(C/no)： C/N=C/n0-B(dB) 载波功率与等效噪声温度之比C/T： C/N=C/T+228.6-B(dB)
C EIRP G / T L T
C EIRP G / T L 228.6 n0
基本链路分析
C / I u EIRP(dBw) EIRP(dBw) Gu (dB) Gu (dB)
用功率通量密度SFD表示：
Gu C SFD I u SFD Gu
(C / I )u SFD(dBw/ m2 ) SFD(dBw/ m2 ) Gu Gu
EIRP s (C / N ) u
基本链路分析
总载噪比计算；
地球站的接收功率：
Pr Pt Gt Gr EIRPs Gr L L
C N u
1
伴随的下行噪声功率：
EIRP Pr s Gr N (C / N )u L
下行附加噪声功率:Nd=kTB 在接收地球站，总的噪声功率为：
第三章 卫星通信链路设计
卫星链路设计
传输方程 基本链路分析 干扰分析 大气损耗和降雨衰减 卫星通信系统的可用度
卫星链路设计
第一节 传输方程：
卫星链路
自由空间传播损耗 功率通量密度 接收信号功率
传输方程
卫星链路：
上行链路 下行链路
传输方程
自由空间传播损耗：
Pr
Pt 2 Pr P t 4 d 4d 2 4
总载噪比计算：
设卫星上接收到的载噪比为(C/N)u，它被通信卫星 转发，重新发回地球。由卫星天线转发后的EIRP为 EIRPs，载噪比为：C/N=(C/N)u，噪声功率为 ：
N
接收地球站收到的载波加噪声为C(t)+N(t)+Nd(t)
C(t)：上行载波功率经卫星转发后的功率 N(t)：上行噪声功率经卫星转发后的功率 Nd(t)：附加的均值为零的下行加性白噪声
基本链路分析
再生型转发器计算：
很强的信号处理能力，发展方向。 链路的各个部分是彼此独立的。因此误比特率为
Pe Peu (1 Ped ) Ped (1 Peu ) Peu Ped
卫星链路设计
第三节 干扰分析：
载波噪声干扰比 邻星干扰 卫星通信中常见的其他干扰
干扰分析
载波噪声干扰比：
分配给卫星通信的6/4GHz同时用于地面微波线路 地球站接收4GHz频带的信号，它对来自地面传输的 4GHz微波干扰也很敏感 地球站以6GHz频带发射，对使用6GHz频段接收的 地面微波系统产生干扰 地球站和地面微波系统间的相互干扰量是载波功率、 载波谱密度和两载波间频率差值的函数
卫星通信中常见的其他干扰
1
所有的干扰都是高斯型的，且是彼此无关的广义平 稳随机过程
干扰分析
邻星干扰：
A B
θ
θ
系统 A
系统 B
干扰分析
邻星干扰：
国际上的有关章程规定，相对峰值归一化(1或0dB) 的副瓣包络电平： 29 25lg
θ β r dB
2 2 d 2 dA dB 2d Ad B cos
d 2 2r 2 2r 2 cos 2r 2 (1 cos )
卫星通信中常见的其他干扰
正交极化干扰：
由于极化的不完全正交造成的干扰称为交叉极化干 扰(CPI)，即能量从一种极化状态耦合到另一种极化 状态引起的干扰 正交极化鉴别度的定义为对同一入射信号，收到的 主极化功率对正交极化功率的比值 卫星线路的净正交极化鉴别度，是地球站天线和卫 星天线在上行和下行线的组合效果。最小净线路正 交极化鉴别度： X 1 ( X X )
最大的上行和下行距离：37506km 跟踪损耗：1.2dB（上行）和0.9dB（下行） 系统噪声温度：160k
基本链路分析
门限载噪比：
为保证用户接收到的话音、图像和数据有必要的质 量，接收机所必须得到的最低载噪比。 对于模拟制信号通常用信噪比(S/N)表示传输质量的 好坏 对于数字通信，用误码率表示传输质量。与所要求 的误码率相对应的Eb/n0也称门限电平，用(Eb/n0)th表 示 C/n0=Eb/n0+R C/N=Eb/n0+R-B
2 2 dA dB 2r 2 (1 cos ) arccos 2 d d A B
dA
卫星 A
卫星 B
干扰分析
邻星干扰：
上行干扰功率：
c I u EIRPGu 4d f u u
2
EIRP´：干扰信号在被干扰卫星A方向的EIRP fu´：上行干扰频率 du´：被干扰卫星A和干扰地球站B1之间的上行距离 Gu´：被干扰卫星A的天线在地球站B1方向的增益 fu´≈fu， du´≈du
基本链路分析
上行载噪比计算：
Pfd 功率通量密度： EIRP EIRP 4 4d 2 4d 2 2
用dB表示：Pfd EIRP L 10 lg 4 2 载噪比： C P G / T B 10 lg 4 228 .6
(1) 地球站的接收天线增益； (2)假定从卫星到地球站的距离为40000km，求传播损耗 (3) 求这个地球站的功率通量密度； (4) 在地球站天线输出处收到的功率。 (5) 如工作频率改为11.5GHz，重复上述计算，并比较结果。
传输方程
分析：
天线增益G随着频率的增加而增大，但是传播损耗 也增大，所以接收的功率通量密度和功率不变。结 论：卫星链路对频率的变化是不敏感的 从技术和经济因素，只对一定的频率范围感兴趣。 例如卫星直播电视(DTH)，希望地球站的价格尽可 能低，使用小口径天线。高频率卫星上能得到高的 EIRP；同时地面上也能使用小口径高增益天线 虽然卫星链路对频率变化是不敏感的，但是另一些 因素也会影响使用频率的选择
载波噪声干扰比：C/(N+I)=C/N´
1 1 C C C N I N 1
总的载波噪声干扰比： 1
1 1 C C C N I N
C 1 C 1 N u N d
卫星链路设计
基本链路分析：
上行载噪比计算 总载噪比计算 其他损耗 门限载噪比 再生型转发器计算
基本链路分析
上行载噪比计算：
EIRP Gr 1 C Pt Gt Gr 1 EIRP G 1 N L kTB L kTB L T kB
C (dB ) EIRP G / T L B 228 .6 N
L(dB) 32.45 20lg d (km) 20lg f (MHz)
传输方程
功率通量密度：
表示发射功率经过空间传播到达接收点后，在单位 面积内的功率。
Pfd=PtGt/(4d2)=EIRP/(4d2) （W/m2）
Pfd=EIRP（dBW)-10lg(4d2) (dBW/m2)
干扰分析
邻星干扰：
从地球站A2到卫星A的上行载波干扰比：
用dB表示：
f u EIRP Gu Gu d u C EIRP d u f u EIR P Gu I u EIR P Gu
比特率：60Mbps 噪声带宽：36MHz 比特持续时间带宽积:0.6
卫星参数：
天线增益噪声温度比：1.6dB/K；卫星饱和EIRP：44dBw TWTA输入回退量：0dB；TWTA输出回退量：0dB
地球站参数
天线直径：7m; 发射天线增益(14GHz)：57.6dB
接收天线增益(12GHz)：56.3dB; 进入天线的载波功率：174W
min
2
1 e
1 1 S
卫星通信中常见的其他干扰
卫星转发器饱和通量密度：为使卫星转发器单载波 饱和工作，在其接收天线的单位面积上应输入的功 率。它反映了卫星转发器的灵敏程度。
传输方程
接收信号功率：
P G G Pr t t r Pt Gt Gr L 4 d 来自百度文库
2
传输方程
传输方程
例：
一颗卫星在4GHz时通过一副18dB增益天线，发射 25W功率。网络中一个地球站，用一副直径为12m 的天线(η =65%)来接收，试确定：
EIRP s Gr N L C kTB N u
1
基本链路分析
总载噪比计算：
整个卫星线路的载噪比：
EIRP C s Gr / L 1 N EIRP s G (C / N ) u / L kTB
基本链路分析
总载噪比计算：
1 1 C C C 卫星线路的基本方程： N N u N d 1