卫星通信信道链路参数计算与模拟

综合课程设计

卫星通信信道链路参数计算与模拟

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课程设计内容及基本参数

1、设计目的

近年来互联网和移动通信飞速发展，使得网络终端用户数量不断扩大、新业务不断

增加，这对通信技术的发展提出了新的挑战。卫星通信系统以其全球覆盖性、固定的广播能力、按需灵活分配带宽以及支持移动终端等优点，逐渐成为一种向全球用户提供互联网络和移动通信网络服务的补充方案。

本学期我们学习了《微波与卫星通信技术》这门课程，对于卫星通信技术有了基本的了解。本课程设计基于已学的的基本理论，对卫星通信信道链路参数进行计算和模拟，从而掌握卫星通信信道链路参数计算的基本方法，了解影响卫星通信信道性能的因素。同时熟悉Matlab编程仿真过程，利于今后的学习和研究。

2、基本参数列表

表根据学号得到的系统参数

3、涉及公式

1) ITU法计算雨衰值：

A = K (R p) L(R p「)(dB) (1)

其中，R p为降雨率，单位为mm/h，-为仰角，可以通过以下经验公式获得

a =1.41 汇f so779(0.5兰f W25) ⑵

K =4.21 10 龙f2.42(0.9 乞2 54)

上式中频率f 的计算单位为GHz

雨衰距离：

L(R p , J 珂7.41 10^常66

(0.232_1.8 10^R p )sin 丁^km)⑷

2) ITU 法计算氧、水蒸气分子吸收损耗值：

氧分子损耗率，对于 57GHZ 以下的频段，可以按下式近似计算

曽 _3

6.09 4.81 2 _3

=[7.19 10

2 2

] f 10 (dB/km)

(5)

f +0.227

(f -57) +1.50

对流层氧气的等效高度 h °和水蒸气的等效高度可分别按如下公式确定:

h 0 二 6 km

其中，g 取2.1km 。

3) 给出经纬度，计算卫星于地面距离及仰角 -;

同步卫星的经度=s ,地心角二定义为从地心点看卫星与卫星终端之间的夹角，卫

星终端所在地的经度和纬度 (二L , L ),卫星距地球中心的距离近似为 42164.2km ,

地球的平均赤道半径为

-6378.155km 。

COS 二 COS L cosf L -〒s ) (10) d = R ； r 2 - 2农「COST

(11)

如图1所示，A 为卫星，B 为地心，C 为地球站，仰角为地球站与卫星连线与水平

(f : 57GHz)

因此，对于氧分子的吸收损耗为：

R O 2

水蒸气分子损耗率与频率和水蒸气密度

°h

° (dB)

P w (g/m 3)有关，对于350 GHz 以下频段,

都可以用下式计算(dB/km):

“ 3.6 和=[0.05 +0.0021pw + ------------- 2 ------- +

(f -22.7) +8.5 (f -183.3) +9.0 (f —325.4) +26.3 对流层水蒸气等效高度 5可按如下

公式确定： 10.6

-、

2

8.9

_ (2)

2 _4

]f P w 10

h

w

- h w0[1 '

2.5

(f -22.2)2 5 (f -183.3)2 6 (f - 325.4)2

- 4

] (km)

(f ::: 350GHz )

(8)

同样，对于水蒸气分子的吸收损耗为：

R

H 2。

w h

w

(dB)

(9)

面之间的夹角，利用余弦定理可得地心角与仰角之间关系:

4) 路径损耗

L s 二 92.4 20lgd 20lgf (dB)

(14)

其中，d 的单位为km, f 的单位为GHz ，公式中符号取10lg[*],下面的公式中都取 对数计算。

5) 品质因素

E b

Q=[ b ] [L s l JL 。] [k] [R b ] [A] [R O J [R H 2°]-[EIRP] (dB/K) (15) N 。

其中，k 为玻尔兹曼常数，L-0为其他损耗。

6) 天线的增益

[G] =Q [T] (dB)

(16)

其中T 为接收天线的等效噪声温度。

7) 天线的口径

其中，■为电磁波传输的波长， 为天线效率

计算部分

1、 计算卫星到地面站的距离

T COS = COS'COS (L - %)带入数值后可得

COST - 0.964 v -15.5

COS ;：

2 rd

(12)

(13)

.2 2 2

d r -R e

V d 二R；r2-2Rercosr 因r = 42164.2km且R e = 6378.155km

故d =36058.61 km ⑴

2、计算地面站对准卫星时的仰角

2 2 2

\P COS = —r——,-=90」：-n

2rd

= 2.7 1 =71.8 ⑵

3、计算下行链路的路径损耗

f =2GHz [L s H 9 2. 4 2 —I

g 2f0d g —8B9 ⑶

4、计算下行链路的降雨、氧气和水蒸气的吸收损耗

由经验公式求得G =1.4仆f q°779=1.3359 K=4.2M105汇f242=2.25310°已知R p

=12mm / h,可得L(R p, ： ) = 3.73km

得到雨衰值K (R p T L ( R p /: ) = 0.0232dB ⑷氧分子吸收损耗值计算

0 =5.798 10-3

R o2二o h。=0.0348dB (5)水分子吸收损耗值计算

w =4.725 10-6 h^ -2 . 1 1 58

R H2O = w h w =9.986 10_6dB (6) 5、利用QPSKBER-Eb/N计算公式计算，若需要达到10八(-5)误比特

率(Eb/N0=10dB)，需要地球站品质因数为多少

B =(1 ：)R S R^ R. / (log 2 M ) QPSK 调制，M=4

故可得R b=66.67MHz ，[R b]=78.239 dB,又知[k]=-228.6 dB

E b

Q “ -] [L s] [L0] [k] [R b] [A] [R o2] [R H2o H[EIRP^-24.75dB ⑺

N0