第3章链路传输工程资料
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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
5
卫星通信系统的主要技术参数
• 等效全向辐射功率（EIRP）
定义：地球站或卫星的天线发射功率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。
16 - 50 km
对流层（Troposphere）
7- 16 km
4
卫星通信系统的传播问题
传播问题
物理原因
衰减和天空噪声增加 大气气体、云、雨
信号去极化
雨、冰结晶体
主要影响 大约10GHz以上频率 C和Ku频段的双极化系统
折射和大气多径 信号闪烁
反射多径和阻塞 传播延迟、变化
大气气体 对流层和电离层折射扰动
Re h
17
图3-4 静止卫星与地球站的通信距离关系曲线
d 42238 1.023 0.302cos cos
18
• 例： 若静止卫星定位于E90o，求位于E110o，N40o的地 球站对卫星的仰角、信号传播距离。若射频频率为6GHz， 计算链路的自由空间传播损耗。
解：d 42238 1.023 0.302 cos cos
EIRP=P·G，或 EIRP(dBW)= P(dBW)+G(dB)
• 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。
第3章 链路传输工程
1
目录
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
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
地大气的各种影响所确定
• 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 面上。如用定向天线，电波将向某一方向会聚，在此方向上获得增 益，那么到达接收点的信号功率为：
PR
PT GT GR Lf
其中：PT为发射功率;GT为发射天线增益;GR为接收天线增益；Lf为自由
空间传播损耗。
Lf
4 d
2
4 df
c
2
(3-5)
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
Lf 92.44 20 lg d 20 lg f (dB) (3-8)
14
图3-2 自由空间损耗与传播路径长度的关系
Lf 92.44 20 lg d 20 lg f (dB) (3-8)
7
3.2 星-地链路传播特性
自由空间传播损耗
电波在传播过程中，能量随距离的增大而扩散，由 此引起的传播损耗称为链路的自由空间传播损耗。
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。
8
图3-1 以确定的天线面积在不同距离上接收辐射能量
15
例二 卫星和地面站之间的距离为42,000km。计算6GHz时的自 由空间损耗。 解：根据公式（3-8），
Lf 92.44 20 lg d 20 lg f (dB) (3-8)
Lf=92.44+20lg42000+20lg6=200.46 (dB)
16
图3-3 卫星与地球站的几何关系
arccos[ Re cos ]
(3-3)
(3-3)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)。(3-3)式作变换， 则
G
4 A 2
4 f
c2
2
A
11
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）
3
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
中间层（Mesosphere）
50 - 80 km
平流层（Stratosphere）
G/Te=G(dB)-10lgTe(dB/K)
6
3.2 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。
解：根据
பைடு நூலகம்
G
4 A 2
4 f
c2
2
A
4 6109
G
3108 2
2
3 2
2
0.55
G 10 lg G 42.9 (dB) 12
例:
某地球站使用5m的天线，工作频率为12GHz， 天线噪声温度为100K，接收机前端噪声温度 为120K，试计算G/T值（天线与接收机之间 的馈线损耗忽略，天线效率为0.55）
Pr
'
Pt
4 d
2
(3-1)
距离较近的天线可以接收到更大的功率，离发射机越远的相同面
积接收机天线可以接收到的信号功率越小。
9
图3-1 以确定的天线面积在不同距离上接收辐射能量
天线效率
有效面积 实际物理面积
10
天线增益的计算公式
卫星移动通信系统中的天线增益可以按下式进行计算：
G
4 A 2
4 2
Ae
解：根据
G
4 A 2
4 f 2
c2
A
4 12109
G
3108 2
2
5 2
2
0.55
G 10 lg G 53.37 (dB) T 10 lg T 10 lg120 20.79(dBK )
G / T 53.37 20.79 32.58(dBK )
13
自由空间传播损耗计算公式
d 42238 1.023 0.302 cos 40o cos 20o
d 42238 1.023 0.302 0.766 0.9397 42238 0.8056 37910(km)
Re
h2
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
5
卫星通信系统的主要技术参数
• 等效全向辐射功率（EIRP）
定义：地球站或卫星的天线发射功率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。
16 - 50 km
对流层（Troposphere）
7- 16 km
4
卫星通信系统的传播问题
传播问题
物理原因
衰减和天空噪声增加 大气气体、云、雨
信号去极化
雨、冰结晶体
主要影响 大约10GHz以上频率 C和Ku频段的双极化系统
折射和大气多径 信号闪烁
反射多径和阻塞 传播延迟、变化
大气气体 对流层和电离层折射扰动
Re h
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图3-4 静止卫星与地球站的通信距离关系曲线
d 42238 1.023 0.302cos cos
18
• 例： 若静止卫星定位于E90o，求位于E110o，N40o的地 球站对卫星的仰角、信号传播距离。若射频频率为6GHz， 计算链路的自由空间传播损耗。
解：d 42238 1.023 0.302 cos cos
EIRP=P·G，或 EIRP(dBW)= P(dBW)+G(dB)
• 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。
第3章 链路传输工程
1
目录
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
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
地大气的各种影响所确定
• 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 面上。如用定向天线，电波将向某一方向会聚，在此方向上获得增 益，那么到达接收点的信号功率为：
PR
PT GT GR Lf
其中：PT为发射功率;GT为发射天线增益;GR为接收天线增益；Lf为自由
空间传播损耗。
Lf
4 d
2
4 df
c
2
(3-5)
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
Lf 92.44 20 lg d 20 lg f (dB) (3-8)
14
图3-2 自由空间损耗与传播路径长度的关系
Lf 92.44 20 lg d 20 lg f (dB) (3-8)
7
3.2 星-地链路传播特性
自由空间传播损耗
电波在传播过程中，能量随距离的增大而扩散，由 此引起的传播损耗称为链路的自由空间传播损耗。
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。
8
图3-1 以确定的天线面积在不同距离上接收辐射能量
15
例二 卫星和地面站之间的距离为42,000km。计算6GHz时的自 由空间损耗。 解：根据公式（3-8），
Lf 92.44 20 lg d 20 lg f (dB) (3-8)
Lf=92.44+20lg42000+20lg6=200.46 (dB)
16
图3-3 卫星与地球站的几何关系
arccos[ Re cos ]
(3-3)
(3-3)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)。(3-3)式作变换， 则
G
4 A 2
4 f
c2
2
A
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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）
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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
中间层（Mesosphere）
50 - 80 km
平流层（Stratosphere）
G/Te=G(dB)-10lgTe(dB/K)
6
3.2 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。
解：根据
பைடு நூலகம்
G
4 A 2
4 f
c2
2
A
4 6109
G
3108 2
2
3 2
2
0.55
G 10 lg G 42.9 (dB) 12
例:
某地球站使用5m的天线，工作频率为12GHz， 天线噪声温度为100K，接收机前端噪声温度 为120K，试计算G/T值（天线与接收机之间 的馈线损耗忽略，天线效率为0.55）
Pr
'
Pt
4 d
2
(3-1)
距离较近的天线可以接收到更大的功率，离发射机越远的相同面
积接收机天线可以接收到的信号功率越小。
9
图3-1 以确定的天线面积在不同距离上接收辐射能量
天线效率
有效面积 实际物理面积
10
天线增益的计算公式
卫星移动通信系统中的天线增益可以按下式进行计算：
G
4 A 2
4 2
Ae
解：根据
G
4 A 2
4 f 2
c2
A
4 12109
G
3108 2
2
5 2
2
0.55
G 10 lg G 53.37 (dB) T 10 lg T 10 lg120 20.79(dBK )
G / T 53.37 20.79 32.58(dBK )
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自由空间传播损耗计算公式
d 42238 1.023 0.302 cos 40o cos 20o
d 42238 1.023 0.302 0.766 0.9397 42238 0.8056 37910(km)
Re
h2