5 第三章 卫星链路设计解析

传递信息的质量、数量和实际限制，如经 济和技术状态之间，要经过多次综合平衡。 如要求以很高质量传递大量信息，可能会出 现无法接受的高价格。

链路设计需要考虑：工作频率、传播效应 、可以接受的卫星/地面终端的复杂性（影 响到价格）、噪声影响、规章要求等。

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卫星链路设计
3.1 概述


卫星链路的组成？
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卫星链路设计
路径损耗

自由空间的传输损耗
Lp ( 4 R

)
2
[ Lp ] 20 lg(
4 R

)

传输损耗与距离的平方成正比 传输损耗与信号频率的平方成正比 当传输距离为3万6千公里时：

信号频率为4GHz的自由空间传输损耗约为195.6dB 信号频率为6GHz的自由空间传输损耗约为199.1dB 信号频率为12GHz的自由空间传输损耗约为205.2dB 信号频率为14GHz的自由空间传输损耗约为206.5dB
④ 大气传播：降雨产生的衰减同频率有关。
•
降雨衰减一般随频率的平方增加，当工作频率大于10GHz时，雨衰非常明显
⑤ 多址技术、调制、编码的选择
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卫星链路设计
3.1 概述


链路设计指标：
卫星链路：上行链路、下行链路 性能指标：

数字链路：BER(比特误码率) 模拟链路：S/N（信噪比） 一般要求C/N>6dB 若C/N小于10dB，有必要纠错编码，模拟链路则需要宽带调制（如FM）

移动卫星链路设计
•
移动终端采用低增益天线，并且天线的 RF频率尽可能低（卫星与主 要地面站之间的通信链路一般是固定链路）。
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卫星链路设计
3.1 概述
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卫星链路设计
3.1 概述

综上所述，卫星链路设计需要考虑

上、下行链路所要达到的性能指标

C/N，噪声由接收机输入端收到的RF噪声与接收机自身产生的 噪声而合成
PG t t Ae 天线的接收功率： P r 4 R 2
接收天线增益和面积的关系： 可得：
W
Gr 4 Ae / 2
——链路方程
PG t t Gr Pr W 2 (4 R / )
自由空间路径损耗Lp
可得：
EIRP 接收天线增益 接收功率 W 路径损耗
分贝表达式：
P r EIRP Gr Lp dBW

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卫星链路设计
3.2 基本传输理论
链路方程： P r EIRP Gr Lp dBW
上式表示的是一种理想情况。实际中需考虑附加损耗。
通常将链路方程表示为具有系统裕量的更一般的形式：
Pr EIRP Gr L p La Lta Lra dBW
接收天线产生的损耗 (馈线、指向) 发射天线产生的损耗 (馈线、指向) 大气衰减 (冰、雨、雪、水蒸气、氧气等)
图3-1 完整卫星链路
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卫星链路设计
3.1 概述

影响卫星系统设计的因素
天线是限制通信系统容量和性能的一个重要因素


①
天线影响卫星的总尺寸 总尺寸受运载工具的制约(天线孔径最大不超过3.5m)
②

卫星重量的限制——卫星越重，成本越高 其质量由两个因素决定：
转发器的数量和输出功率：电能电池 燃料（用于站点保持的能量）：占总重量的1/2
地面站总C/N同上、下链路都有关系


内容具体包括：

电波传播特性（基本传输理论） 各地面站所采用频段上的降雨衰减情况 卫星和地面站的特性参数（噪声温度、G/T等） 多址方式
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卫星链路设计
3.2 基本传输理论
传输方程

传输方程是设计无线电链路的基础。
这个方程描述发送地球站发送的射频功率，与接收地球站收到的射 频信号功率、传输频率、和发射机到接收机之间距离的关系。
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卫星链路设计
3.2 基本传输理论
（1）通量密度
假设自由空间中有一个各向同性发射源，在距离为R米处穿过球面的通量密度为
若采用有效孔径面积为Aem2的天线，实际天线的接收功率为:
PG t tA e P F A r e 4 R 2
W
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卫星链路设计
3.2 基本传输理论
（2）链路方程（计算无线电链路接收功率的关键表达式）
图3-1绘出与链路设计有影响的、网络的主要组成部分，由信号的始发 站到终点站，从无线电链路设计的目标来看，可以划分为三部分：

地球站-卫星链路(或上行链路) 卫星 卫星-地球站(或下行链路)


链路中各部分都有它本身的 特性。例如，当终点地球站 是移动终端时，接收天线很 小，导致接收载波电平很低。 因此，在这种应用中，移动 终端-卫星的链路设计是关 键部位。 系统设计人员要考虑链路各 部件的特性，使得链路总体 性能最佳。
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卫星链路设计
dB的概念

卫星通信所用的放大倍数和传输损耗等的数值都很大， 不便于比较 采用对数，可以将乘除运算简化为加减运算 以分贝形式表示的计算单位



增益或损耗单位dB，
功率单位dBW或dBm， 1W = 0dBW，1mW = 0dBm，0dBW = 30dBm 带宽单位dBHz，1kHz = 30dBHz，1MHz = 60dBHz 天线增益单位dBi、温度单位dBk等
卫星链路设计
第三章 卫星链路设计
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卫星链路设计
主要内容
1. 传输方程
2. 基本卫星链路分析 3. 卫星链路干扰分析 4. 下行链路设计 5. 上行链路设计
6. 结合卫星链路中的C/N和C/I进行的链路设计
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卫星链路设计
3.1 概述


为什么要进行卫星链路设计？
卫星通信网络一般由多个地球站通过一个或多个卫星组成。 用于互联的无线电链路要求：使得传递到目的地的信息必须具有允许 的保真度。
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卫星链路设计
3.1 概述

影响卫星系统设计的因素
③ 频段的选择
• •
标称频率6/4GHz,14/11GHz,30/20GHz， 另：见卫星常用频段表 当前6/4GHz和14/11GHz的GEO卫星间隔是2°，也是GEO卫星避免地面站上行 链路干扰的最小间隔，因而，新设计的卫星只能采用30/20GHz频段。

BER或S/N是由接收机解调器输入端C/N决定的


C/N估算
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卫星链路设计
3.1 概述

LEO（低地球轨道）与MEO（中地球轨道）卫星 系统的制约因素
• • •
Baidu Nhomakorabea
制约因素与GEO（静止轨道）卫星系统相似 需要更多的卫星覆盖服务区
地面终端采用低增益全向天线
所以LEO、MEO卫星可能会采用多波束天线