通信卫星链路计算PPT课件

号通常只有几个微瓦。因此卫星通信中噪声的影响是非常重
要的问题。
链路计算的目的：尽量有效地在两个地球站之间提供可
靠而高效的连接手段，为此，发送站发出的信号到达接受站
时，必须具备足够高的电平，而且不管对通信质量的总噪声
影响如何，都要保证必须的业务质量。链路所需的载噪比用
C 表T 示 。是随特定的系统和系统的用途而异。
当用d(km)、f(GHz)且用dB(即以10为底的对数)表达时:
10 L f 9 2 .4 5 2 0 lg . d 2 0 lgf 单位：dB
几个关键因子介绍
3，有效全向辐射功率
典型的卫星通信系统组成图如下图所示：
PT
GT
GR
PR C
发射机
接收机
地球站或通信卫星
通信卫星或地球站
PRPTGTGR4d2PTG LTfGR
载噪比涉及到发端功率，收发两端天线增益，传输过程中的
3
各种损耗、噪声及干扰、气象条件等因素。 .
卫星链路的分类
卫星链路通常分为三大类，分别是： 1. 固定卫星业务通信链路； 2. 移动通信卫星链路； 3. 星际卫星链路。
4
.
卫星链路计算的任务
卫星通信链路计算通常分为两类，分别是：
1，已知转发器及地球站的基本参数，计算地球站能得到的载噪比及
1. 天线增益G；
定 向 天 线 辐 射 时 ， 接 受 点 收 到 的 最 大 功 率 G 全 向 天 线 辐 射 时 ， 接 受 点 收 到 的 最 大 功 率
G s ：卫星天线增益 G E ：地面站天线增益
9
天线增益： G 2 D 2 2
D ：天线直径 ：天线效率
：天线接收的无线电波长
C
下行链路 T D
计算
与上行链路计算相似，求得单载波时的载噪比
TCDEIRPsLfDG TD R
EIRPs
转发器有效全 向辐射功率
L fD 下行自由传输
损耗
G T
R D
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
地面站天线 品质因子
同样在FDMA系统下，转发器输出功率也有一定输出补偿。因此， 多载波工作时，转发器的有效全向辐射功率为：
6. 多普勒频移；
6
7. 各种交调干扰。
.
卫星链路计算
国际无线电咨询委员会（CCIR）规定了利用卫星通信系统 作为洲际通信的标准链路模型。
链路模型：地球站-卫星-地球站
交调、干扰 载噪比
卫星
上行载噪比
发射机
7 待发送信号
.
下行载噪比 接收机 接收信号
卫星链路计算
通常总的卫星链路 C T 由三部分合成的： t
T C D M E I R P S M L fD G T D R E I R P S S B O o L fD G T D R
17
EIRPSS
转发器在单载波饱和工作时的有效全向辐射功率
.
上行、下行链路载噪比计算
18
.
上行、下行链路载噪比计算
E
C T t
CT th
23
.
降雨余量
在上行链路时，卫星发射会时刻受到监控站的监控， 地球站也将随时得到监控站的指令，对发射功率加以调整。 因此，上行链路电波的衰减对上行载噪比的影响较容易得 到解决。
在下行链路时，特别是地球站使用高增益天线及低噪 声放大器时，下行链路本身的噪声在正常工作时已不是很 大，而降雨、降雪等气象因素对下行链路就产生了显著影
通信卫星链路计算
山东大学
1
.
内容提要
➢ 卫星链路解释及其研究目的 ➢ 卫星链路的分类 ➢ 卫星链路计算的任务 ➢ 影响卫星链路的若干因素 ➢ 卫星链路计算 ➢ 典型卫星通信系统链路计算实例
2
.
卫星链路解释及其研究目的
卫星通信的显著特点是通信距离远，电磁波在传播时受到
极大的衰减。仅自由空间损耗就达200db，地球站收到的信
上行链路C TU 计算
W sE IR P E L fU 1 0lg4 2
在FDMA系统中，一个转发器通常要同时转发多个载波。为了减 小因交调产生的噪声，需要使总的输入信号功率从饱和点减小一 定的数值，即进行输入补偿，是转发器工作在线性部分。
用 EIR表P示转发器在单载波工作时的数值，则多载波工作时的 Es
500
1 000
1 500
来自其他系统的噪声
-
1 000
1 000
总计
10 000
10 000
10 000
以零相对电平点10 000pW0p的噪声功率，换算成噪声电平
为10log10000pw50dBm0p
29
1m p
.
模拟制
模拟制卫星链路计算的一般步骤为：
1) 2)
根据输出的要求信噪比计算所需的载比
通常在计算上行链路载噪比时，会使用到转发器灵敏度的概
念。转发器灵敏度是指当卫星转发器达到最大饱和输出时，
其输入端所需要的信号功率。用功率密度
W
表示，即单位面积
s
上的有效全向辐射功率。
15 W sE 4IR d P 2 E4 E Id R P E24 2E L I. R P U P E4 2 或者以dB形式表达为
C T
计算门限值
C T
； t h
；t
3)
计算卫星链路实际达到的
C T
; t
4) 5)
计算每一载波的 EIR和P
计算系统可容纳的载波数
值 C；
T
n。
t
30
.
IS-Ⅳ卫星链路计算
IS-Ⅳ卫星的参数如下表：
工作频率 6/4 GHz
EIRP ss
22.5 dBW
G T s
W s BO
I
BO o
28
不超过1 000 000pw(非加. 权值)。
模拟制
IS-Ⅱ ，IS-Ⅱ , IS-Ⅳ 系统噪声分配（pW0p）
项目
IS-2
IS-3
上行链路噪声
1 500
1 410
IS-4 1 130
卫星转发器内互调噪声
1 600
2 340
2 160
下行链路噪声
6 400
4 250
4 210
地球站设备内部噪声
➢干扰噪声。主要包括来自其他通信系统的干扰噪声和人为干扰噪声。
➢上行链路噪声和转发器非线性产生的交调噪声。
内部噪声主要来自馈线、放大器和下变频器等。
因此输入端的噪声功率为 N kTt B
波尔兹曼常数：k1.381023J/K 等效温度： T t
12
.
等效带宽： B
接收机输入端的载噪比
C PTGTGR 1
N
Lf
kTt B
写成dB形式就是：
C N P T G T G R L f 1 0 lgk T tB
E IR P G R L f 1 0 lg k T tB
由于噪声功率N是带宽B的函数，缺乏一般性，对不同带宽
的
C
系统不C T便于比EI较RP ，实际G T中经常L 使f 用
T 表 达载噪比。
，
并用等效噪声温度折算，即 C C
TI
n0I
228.6
通常，输入补偿值的改变会影响上行、下行、交调干扰载 噪比的值，下列图清楚地表示它们地关系
21
.
一般通过输入补偿值根据这个图得出交调干扰载噪比。
22
.
门限余量
量的门最限低载要噪求比值。就CT 是th 解调器输出的被恢复的基带信号质
但是，任何卫星通信系统建成之后，它的参数并不是 一成不变的，它还会经常地受到气象条件、转发器及地 球站设备某些不稳定因素的影响。因此，为了在这些因 素变化后仍能正常工作，必须留有一定的余量。
其中 m10M/10
26
.
链路计算实例
本节分别给出了国际卫星通信系统的模拟制和数字制 两种链路计算实例。 ➢模拟制以SCPC-FM-FDM方式为例； ➢数字制以SCPC-PSK-TDMA方式为例。
27
.
模拟制
1，模拟制电话链路标准
CCIR对卫星通信系统的标准参考链路在传输电话和电视方面。对 电话链路，在零相对电平点（即电话通路中试验者信号电平为 0 dBm的点）所允许的噪声功率作了如下建议：
地球站天线品质因子
19
.
上行、下行链路载噪比计算
对于上行、下行链路载噪比计算公式可总结出如下的统 一公式：
C T EIRPT Lf TR G T T
T：发端 R：收端
20
.
C
交调噪声的
T
I
通常用实验的方法或计算机模拟的方法获得载波
公率与互调噪声平均功率谱密度比
C n0
I
定义有效全向辐射功率为： EIRPPTGT
写成dB形式为：
11
E IR P P T G T
.
接收机输入端的噪声功率
因为接收机使用了高增益天线和低噪声放大器，内部噪声的影响相 对很弱。因此外部噪声就成了主要因素了。接收机的外部噪声主要有以 下几个方面：
➢天线噪声。包括宇宙噪声、大气噪声、降雨噪声、天线损耗噪声、天 电噪声、天线罩噪声及天线副瓣收到的地面噪声等。
-17.6dBW -67.5dBW/m平方 11 dB 4.9 dB
G T E
FH
FL
fr
fr
f
31 卫星链路噪声取 7500 pW. .
1. 上行链路 C TU 计算；
2. 下行链路 C TD 计算；
3. 交调、干扰链路 C TI 计算。
C T t 1 C T U 1 C T D 1 C T I 1 其中 C T 是真值，而非dB值，计算时一定要注意。
下边分别对之进行讨论。
8
.
几个关键因子介绍
在计算卫星链路之前，先介绍几个必要的因子：
EIRPES 为使卫星单载波饱和输出所必须的地球站EIRP dB EIRPEM 实际工作点，地球站EIRP总和的 dB
BOi
输入补偿；
B O o 输出补偿
EIRPSS 卫星单载波饱和输出EIRP dB
EIRPSM 实际工作点时，卫星总的输出EIRP dB
G T
S
卫星天线品质因子
G T E
响。故系统设计中的降雨余量备份是针对下行链路
C T
D
提
24
出的，而认为降雨对上行链路
C T
U
的影响不予考虑。
.
降雨余量
C
降少雨倍余（量用m的倍含表义示是）：或降说雨应时有下多行大线的路余的量 T 才D 可 能容使许卫恶星化多
通信链路总的
C T
仍 t 保持在门限的水平上。
降雨备余量为：
其应发射的 EIRP 。
系统容量的计算，即一个转发器能容纳多少载波（话路），通常
从功率角度和频带角度出发计算，两种结果取最小者。功率角度：
一般是按转发器总的EIRPs.m
及每个载波要求的
EIRP s
；频带角
度：按转发器总的带宽及每个载波要求占的带宽。
2，已知转发器的基本参数以及根据接收机输出信噪比 S N 或 Eb n0
.
几个关键因子介绍
2，自由空间传输损耗（通信距离方程）
在卫星通信中，电波主要是在大气层以外的自由空间
传播，大气层只占很小的一部分，因此首先研究的是自
由空间传播损耗，在此基础上再考虑大气层及其他损耗。
自由空间损耗用下式计算： d:卫星-地面站距离(m)；
Lf
4d2 4cdf
2
：电磁波波长(m)
f:电磁波频率(Hz) ；c: 光速。
所提出的对 C
N t
的要求（或由门限C
N
th
以及门限备余量
E
所
提出的对C
N
t
的要求），确定地球站天线尺寸、接收机噪声性能、
发射功率等。
5
.
影响卫星链路的主要因素
影响卫星链路质量的主要因素有如下几个：
1. 自由空间传播损耗；
2. 链路中各种噪声；
3. 电离层的法拉第效应；
4. 降雨损耗；
5. 多径和阴影遮蔽效应；
(1-01)
G T
称为品质因子
13
.
载噪比三个表达式的关系
C N
C n0
B
C T
k
B
14
.
上行链路C TU 计算
由(1-01)公式的上行链路 C TU
TCUEIRPE TG sast LfU
EIRPE
Gs Tsat
地球站有效全向辐射功率 卫星天线品质因子
注意：该公式计算的是单载波的情况 L fU 上行自由空间损耗
M
10lg
C T
1 th
C T
1 t
1
C TD
1
C
TD
25
.
门限余量与降雨余量的关系
定义r为折算到地球站接收机输入端的上行、互调干扰噪
声功率之和与下行噪声功率之比。
r TU TI TD
Tt TD TD
C T
1
t
C TD
1
1
C
TD
结合门限余量可得
E mr 1 r
16
数值应为 E IR P E M E IR ，P 所E s 以 ，B O i
E IR P E M W s B O i L fU 1 0lg42 最后就得到了多载波的载噪比
T C U M E I R P E M G sT s a t . L fU W s B O i G sT s a t 1 0 lg 4 2
1) 任一小时的平均噪声功率不超过10000 pw(加权值);
2) 在一昼夜的20％以上的时间中，每分钟的平均噪声功率不超过 l0 000 pw(加权值);
3) 在任一个月的0.3％以上的时间中，每分钟的平均噪声功率不超 过50 000 pw(加权值);
4) 在任一年的0.03％以上的时间中，积分时间为5ms的噪声功率