卫星通信信道链路参数计算与模拟
卫星通信课件第4章卫星链路设计
预估计雨衰减的方法
➢ 物理方法：路径衰减是路径沿线上遇到的雨点所造成的单 个降雨衰减增量的一个积分；
➢ 预测模型：计算雨中有效路径长度Leff的半经验近似方法， 在这个有效路径上假设降雨率不变。
预测模型主要有三个步骤：
➢确定所关心的时间百分比内的降雨强度；
• 温带纬度范围内仰角接近30o的路径上于30GHz频率附近的云 层衰减的典型值在1dB~2dB之间；
大气损耗和噪声La
太阳噪声、宇宙噪声 地球噪声、人为噪声
N0
接收天线指向损失[LRP]
1 星地传输方程
接收功率通量密度
➢全向天线下
通量密度
Pfd
PT
4 d 2
, (W/m2 )
➢方向性天线下
• 通量密度
Pfd
PTGT
4 d 2
, (W/m2 )
Pfd EIPR 10log(4 d 2 ), (dBW/m2 )
平方频率变化法则
A(E2 ) csc(E2 )
假设同一条路径上在f1 GHz和f2 GHz频率上测得的衰减为A(f1 )和
A(f2
)则它们有如下近似关系：A( A(
f1) f2)
( (
f1)2 f2 )2
这个公式建立起了长期统计值之间的联系，它不能用于链路上的短
期频率变化或是靠近任何共振吸收线的频率。
• 从雨衰产生的机理可以得到雨衰减大小与雨滴半径和波长比 值有密切的关系，当电波的波长可以和雨滴的尺寸相比拟时 ，将引起雨滴共振，产生最大的雨衰。
2 传播效应——与水汽凝结有关
雨衰估计
降雨率超过R的百分比时间 100
卫星通信第四章
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
基本链路分析
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 ：
伴随的下行噪声功率：
N Pr EIRPs Gr C 1
(C / N )u
L N u
下行附加噪声功率:Nd=kTB
在接收地球站，总的噪声功率为：
N
EIRPs
Gr
C
1
kTB
L N u
基本链路分析
总载噪比计算：
整个卫星线路的载噪比：
C
EIRPs Gr / L
N EIRPs G (C / N )u1 / L kTB
基本链路分析
例：
工作在C波段（6/4GHz）波段的卫星系统，它以FDMA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：
比特率：64kbps 噪声带宽：40kHz 比特持续时间带宽积:0.625
卫星参数：
天线增益噪声温度比：-7dB/K；卫星饱和EIRP：36dBw TWTA输入回退量：11dB；TWTA输出回退量：6dB 载波数：200；转发器饱和功率通量密度：-80dBw/m2
基本链路分析
总载噪比计算： C
卫星线路的基本方程：N
C N
1 u
C N
1
1
d
如果(C/N)u>>(C/N)d，则C/N≈(C/N)d，卫星线路是下
卫星通信链路计算过程
卫星通信链路计算过程星通信载波的链路计算方法为，先分别计算上行和下行链路的载波功率与等效噪声温度比CrT或者载波与噪声功率比C/N、以及载波与干扰功率比CzI ,再求出考虑干扰因素的系统载噪比C/(N+I) 和载波的系统余量。
上下行C/T上行和下行C/T 的计算公式分别为CZT u= EIRP E - LOSS U + G/T SatC/T D = EIRP S - Loss D + GZT E/S式中的EIRF E和EIRF S分别为载波的上行和下行EIRP, Loss u和L OSS D分别为总的上行和下行传输衰耗，G/T sat和G/T E/S分别为卫星转发器和地球站的接收系统品质因数。
上式中的数据均为对数形式。
C/N 与C/T 的关系C/N 与C/T 的关系式为C/N = C/T - k - BW N = CZT + 228.6 - BW N式中的k 为波兹曼常数, BW N 为载波噪声带宽。
式中的数据均为对数形式。
C/I 与C/IM卫星通信载波需要考虑的干扰因素主要有，上行和下行反极化干扰C/I XP_U^nC/I XP_D、以及上行和下行邻星干扰C/I ASJU和C/I AS_Do此外，还需考虑转发器在多载波工作条件下的交调干扰C/IM 。
C/N 与C/I 的合成由多项C/N 和C/I 求取总的C/N、C/I 、以及C/(N+I) 的算式为(C/N Total ) -1 = (C/N U ) -1 + (C/N D ) T(C/I Total ) -1 = (C/I XPJU) -1 + (C/I ASJU) -1 + (C∕IM) -1 + (C/I XPJD)-I + (C/I ASJD)-I-1 -1 - 1(C/(N+I)) -1 = (C/N Total ) -1 + (C/ITotal )上述三个算式中的数据均为真数形式。
由多项C/N 和C/I 求取总的C/(N+I) 的步骤也可为-1 -1 - 1 - 1(C∕(N+I) U ) = (C∕N u ) + (C/1 XP_U) + (C/1 AS_U)-1 -1 -1 -1 -1(C∕(N+I) D ) = (C∕N D ) + (C∕I XP_D) + (C∕I AS_D) + (C/IM)(C∕(N+I)) -1= (C∕(N+I) U ) -1 + (C∕(N+I) D ) -1上述两种不同计算步骤所得到的结果是相同的。
基于STK的海上卫星通信链路建模与仿真
基于STK的海上卫星通信链路建模与仿真作者：徐曼睿张雅声来源：《现代信息科技》2022年第07期摘要：文章對海上远距离航行船只卫星通信链路连通性进行了研究，在理论分析卫星通信系统组成、天线和信道模型基础上，基于STK/Comm通信分析模块和软件集成的发射机和接收机模型、大气吸收模型、雨衰模型，完成链路参数设置，构建包括星间链路的卫星通信链路仿真环境，利用软件动态处理能力完成三维态势可视化显示，生成了详细海上卫星通信多跳链路性能报告，并对可能存在的干扰进行分析，为海上卫星通信链路的设计提供重要参考。
关键词：多跳通信链路;可视化仿真;STK中图分类号：TP391.9 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）07-0053-05Modeling and Simulation of Maritime Satellite Communication Links Based on STKXU Manrui， ZHANG Yasheng（Graduate School， Space Engineering University， Beijing 101416， China）Abstract： This paper studies the connectivity of satellite communication links for the maritime long-distance sailing ships. On the basis of theoretical analysis of satellite communication system composition， antenna and channel models， based on the STK/Comm communication analysis modules， software-integrated transmitter and receiver models， atmospheric absorption models and rain attenuation models， this paper completes the setting of the link parameters， builds a satellite communication link simulation environment including inter-satellite links， uses the software dynamic processing capability to complete the three-dimensional situational visualization display，and generates the detailed maritime satellite communication multi-hop link performance reports. And the possible existing interference is analyzed to provide an important reference for the design of maritime satellite communication links.Keywords： multi-hop communication link; visualization simulation; STK0 引言信息化的急速发展使海上作战任务面临节奏快、覆盖空间大、情况复杂的情况，对海上战场通信传输可靠性和时效性提出更高要求。
卫星传输链路的建模与仿真
站及 地 面传 输 线 路 组 成 。它 的工 作 过 程 是 在 一 个 卫 星 通 信 系 统 中 ， 各
地球 站 经 过 卫 星 的 转 发可 以组 成 多 条 卫 星 通 信线 路 。 整个 系 统 的 全 部
（） １ 通信 距 离 远 ， 信 覆 盖 面积 大 ； 通 （） ２ 具有 多址 连 接 性 ， 信灵 活性 大 ： 通
益 高 等特 点 ， 到 人 们 的关 注 ， 迅 速 发 展 ， 光 纤 通 信 、 字 微 波 通 信 受 并 与 数
一
３ 影 响 卫 星通 信 的主 要 因 素 的建 模 ．
３１ 星通 信 系 统 的 组成 及 其 工 作 过 程 ．卫 所 谓卫 星 通 信 ， 指 地球 站 之 间利 用 人 造 地 球 卫 星 转 发 信 号 实 现 是
维普资讯
科技信息
。高校 讲台ｏ
Ｓ ＩＮ Ｅ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ ＹＩＦ Ｒ ＴＯ ＣＥ Ｃ ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｏ ＭＡ ＩＮ Ｎ
２０ ０ ７年第 ３ 源自 ３卫星传输链路的建模与仿真
陈 新 王 洪 源 （ 沈阳 理工大 学信 息工 程与工 程学 院 辽 宁 沈阳 １ ０ ６ ） １ ８ １
（） ３ 可用 频 带 宽 ， 信 容 量 大 ； 通
通信 任 务 就 是 利 用 这 些线 路 分 别 完 成 的 。 在 卫 星 通 信 线 路 中 ， 常 把 通 从 发 信 地 球 站 到 卫 星 这一 段 称 为 上 行 线 路 ． 卫 星 到 收 信 地 球 站 这 一 从
段 称 为 下行 线 路 ， 者 合 起 来 就构 成 一 条 最 简 单 的 单 工 线 路 ， 两个 两 当 地 球 站 都 有 收 、 设 备 和 相 应 的信 道 终 端 时 ， 上 收 、 共 用 天 线 ， 发 加 发 便
微纳卫星测控系统链路预算与仿真
微纳卫星测控系统链路预算与仿真1. 内容概述本文档旨在详细介绍微纳卫星测控系统链路预算与仿真的相关知识和技术。
随着微纳卫星技术的不断发展，其在通信、导航、遥感等领域的应用越来越广泛。
为了提高微纳卫星的性能和可靠性，对其测控系统的链路预算与仿真进行研究具有重要意义。
本文档首先介绍了微纳卫星测控系统的基本概念和组成，包括通信链路、控制链路、数据链路等。
然后详细阐述了链路预算的概念和方法，包括链路预算的计算步骤、参数设置、性能评估等。
本文对微纳卫星测控系统的链路预算与仿真进行了实例分析，通过具体的实验数据和仿真结果，验证了链路预算方法的有效性。
本文档还讨论了微纳卫星测控系统中的关键技术，如信道编码、多址接入、干扰抑制等，并提出了相应的解决方案。
本文对微纳卫星测控系统链路预算与仿真的未来发展趋势进行了展望，包括采用新型算法、优化设计方法、提高仿真精度等方面的研究。
1.1 研究背景与意义随着航天技术的迅速发展，微纳卫星作为一种低成本、高效率的航天器解决方案，已成为当今航天领域的研究热点。
微纳卫星具有体积小、质量轻、研制周期短等特点，广泛应用于科研实验、通信技术、地球观测等多个领域。
而微纳卫星测控系统作为保障微纳卫星正常运行的关键组成部分，其性能优劣直接影响到微纳卫星的任务执行效果。
在当前复杂的航天环境中，微纳卫星测控系统面临着诸多挑战，如通信链路不稳定、能源管理困难、控制精度要求高等。
为了解决这些问题，对微纳卫星测控系统的链路预算与仿真研究显得尤为重要。
通过对测控系统的链路进行全面预算，可以评估系统性能，预测潜在问题，并优化资源配置。
仿真技术的运用能够在不实际制造卫星的情况下模拟测控系统的运行情况，从而验证设计的合理性和可行性，降低研发风险。
深入研究微纳卫星测控系统的链路预算与仿真技术具有十分重要的意义。
这不仅有助于提升微纳卫星的整体性能，还能推动航天测控技术的进步，为未来的航天事业发展提供有力支撑。
1.2 国内外研究现状随着微纳卫星技术的飞速发展，微纳卫星测控系统及其链路预算在空间探索领域受到了越来越多的关注。
卫星链路计算公式
卫星链路计算公式
1.链路预算
链路预算是用于确定卫星链路的信号强度和传输损耗的公式。
它用于计算链路损耗、可用信号功率和接收信噪比等参数。
链路预算公式通常由以下几个部分组成：发射端天线增益、发射机功率、传输路线损耗、接收端天线增益、接收机灵敏度和链路容量等。
链路预算的目的是确定链路的可靠性和传输性能。
2.接收信噪比计算公式
接收信噪比是用于评估卫星链路接收端性能的指标。
接收信噪比计算公式通常由以下几个参数组成：信号功率、噪声功率和信道带宽。
接收信噪比公式可以用于确定链路的接收能力和系统的传输性能。
3.系统容量计算公式
系统容量是用于评估卫星通信系统吞吐量的指标。
系统容量计算公式通常由以下几个参数组成：带宽、调制方式、编码方式和误码率。
系统容量的计算公式可以用于确定链路的传输容量和系统的传输性能。
4.链路可靠性计算公式
链路可靠性是用于评估卫星链路稳定性和可靠性的指标。
链路可靠性计算公式通常由以下几个参数组成：链路错误率、链路间隔、链路失效概率和故障修复时间。
链路可靠性的计算公式可以用于确定链路的稳定性和系统的可靠性。
5.链路质量计算公式
链路质量是用于评估卫星链路传输质量的指标。
链路质量计算公式通常由以下几个参数组成：误码率、帧错误率、比特错误率和信号失真度。
链路质量的计算公式可以用于确定链路的传输质量和系统的性能。
需要注意的是，卫星链路计算公式的具体形式和参数可能会因具体的应用场景和卫星通信系统而有所不同。
因此，使用者在进行卫星链路计算时应根据具体情况选择适当的计算公式，并结合实际数据进行计算。
卫星通信信道的传输特性及vsat下行链路具体仿真模型的建立
图1-1使用蒙特卡罗方法进行通信系统误码率仿真模型框图
如图1.1，使用MC方法进行仿真步骤如下：
（1）生成输入比特序列采样值A(k) k=1,2,3…….
（2）通过功能模块处理采样数据，并且产生输出序列Y(k)
（3）估计E(g(Y(k)); (1-2-1)
（4）与理论值BPSK和QPSK的误码率进行比较
中国的VSAT系统发展至今，已经形成种类齐全(话音、数据、单向、双向等)，规模庞大(几千个用户站)和运行稳定可靠的专业服务体系。
利用Ka波段[1](30/20GHz)或更高频段构成卫星通信系统是未来的发展趋势。因此，研究和开发Ka频段的卫星通信系统对我国未来卫星通信事业的发展有着及其重要的意义。对于Ka频段的卫星通信系统，由降雨引起的电波衰减是影响卫星通信线路传输质量的一个重要因素，准确的把握降雨衰减特性和补偿降雨衰减的方法研究，成为实现该系统的关键性问题之一。
而另外一些模型中[3]认为固定卫星通信系统的乘性干扰的包络符合如下的随机分布：A和U分别表示等效低通雨衰信道的包络和相位,二者均为随机变量,其分布特性由天气条件决定,它们均服从高斯分布,其概率密度函数分别表示如下[7]:
(1-3-1)
其中 为信号包络的概率密度函数, 是信号相位的概率密度函数. 和 分别是信号包络和相位的标准差,而 和 分别为相应的均值.。不同天气条件下，认为卫星通信信道包络的乘性干扰符合高斯分布(幅度和相位都为高斯分布)。而本文着重对降雨和对流层闪烁等混合天气因素的影响进行了仿真研究。
卫星通信的信道测量和建模
卫星通信信道的建模和测量一、通信卫星分类卫星可以分类的方式有很多种，这里只列出常见的分类。
1.1 轨位卫星可以根据轨道的高度分为以下几种。
其中，近地轨道卫星（Land mobile satellite-LMS）为当前研究的热点。
因为在高轨位上，卫星信道更加趋近于高斯信道。
而在低轨位工作的卫星，由于其运动性，会存在遮挡、时变、多径效应和多普勒效应。
1.LEO (low earth orbit): 160~2000km2.MEO (medium earth orbit): 2000~36000km3.HEO (high earth orbit)：>36000km4.GEO (geostationary orbit)：36000km1.2 频段按照卫星工作的频段，一般可以分为以下几类。
其中，在卫星信道测量上，要特别考虑高频段所带来的阴影衰落，以及天气状况。
工作在ka波段的卫星，雨衰严重。
1.L-band: 0.3~3G2.S-band: 2-4G3.C-band: 4~8G4.X-band: 8~12G5.Ku-band: 12~18G6.Ka-band: 27~40G1.3 服务区域根据卫星服务的区域不同，又可以把卫星分为以下几类。
如果卫星服务的区域在城区，则遮挡会更加严重。
而在空旷的郊区，则遮挡会相应变少。
另外，最近有些工作是测量热带区域的卫星信道，主要是因为热带区域天气多变，因此，有必要单独考虑。
1.Rural2.Suburban3.Urban4.Tropical area1.4 极化方式根据卫星的极化方式不同，又可以把卫星分为多极化和双极化卫星。
1.Single-polarized2.Dual-polarized目前，大部分信道建模或者测量都是选择其中的一个子集，作为研究对象。
比如，研究近地轨道卫星在Ka波段下城区的信道的测量和建模。
就调研的结果来看，现在大部分文献都集中在低轨卫星条件下，研究卫星信道的测量和建模。
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：学号：一、课程设计容及基本参数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1 根据学号得到的系统参数3、 涉及公式1） ITU 法计算雨衰值：),()(βαp p R L R K A =(dB) (1) 其中，p R 为降雨率，单位为mm/h ，β为仰角，可以通过以下经验公式获得 0779.041.1-⨯=f α (255.0≤≤f ) (2)42.251021.4f K ⨯⨯=- (549.0≤≤f ) (3)上式中频率f 的计算单位为GHz 。
雨衰距离：14766.03]sin )108.1232.0(1041.7[),(---⨯-+⨯=ββp pp R R R L (km) (4)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3230226.09 4.81[7.1910]100.227(57) 1.50f f f γ--=⨯++⋅⋅+-+(dB/km) (5) 对流层氧气的等效高度0h 和水蒸气的等效高度可分别按如下公式确定：06(57)h kmf GHz =<因此，对于氧分子的吸收损耗为： 002h R O γ= (dB) (6) 水蒸气分子损耗率与频率和水蒸气密度)/(3m g p w 有关，对于350GHz 以下频段，都可以用下式计算（dB/km)： 242223.610.68.9[0.050.0021]10(22.7)8.5(183.3)9.0(325.4)26.3w w w p f p f f f γ-=++++⋅⋅⋅-+-+-+ (7) 对流层水蒸气等效高度w h 可按如下公式确定： ]4)4.325(5.26)3.183(0.55)2.22(0.31[2220+-++-++-+=f f f h h w w (km) (350f GHz <) (8)其中，0w h 取2.1km 。
(完整word版)卫星通信链路计算过程
卫星通信链路计算过程星通信载波的链路计算方法为，先分别计算上行和下行链路的载波功率与等效噪声温度比C/T或者载波与噪声功率比C/N、以及载波与干扰功率比C/I，再求出考虑干扰因素的系统载噪比C/(N+I)和载波的系统余量。
上下行C/T上行和下行C/T的计算公式分别为C/T U= EIRP E– Loss U + G/T SatC/T D = EIRP S– Loss D + G/T E/S式中的EIRP E和EIRP S分别为载波的上行和下行EIRP，Loss U和Loss D分别为总的上行和下行传输衰耗，G/T Sat和G/T E/S分别为卫星转发器和地球站的接收系统品质因数。
上式中的数据均为对数形式。
C/N与C/T 的关系C/N与C/T的关系式为C/N = C/T – k – BW N = C/T + 228.6 – BW N式中的k为波兹曼常数，BW N为载波噪声带宽。
式中的数据均为对数形式。
C/I与C/IM卫星通信载波需要考虑的干扰因素主要有，上行和下行反极化干扰C/I XP_U和C/I XP_D、以及上行和下行邻星干扰C/I AS_U和C/I AS_D。
此外，还需考虑转发器在多载波工作条件下的交调干扰C/IM 。
C/N与C/I的合成由多项C/N和C/I求取总的C/N、C/I、以及C/(N+I)的算式为(C/N Total )-1 = (C/N U )-1 + (C/N D )–1(C/I Total )-1 = (C/I XP_U )-1 + (C/I AS_U )–1 + (C/IM)-1 + (C/I XP_D )-1 + (C/I AS_D )-1(C/(N+I))-1 = (C/N Total )-1 + (C/I Total )–1上述三个算式中的数据均为真数形式。
由多项C/N和C/I求取总的C/(N+I)的步骤也可为(C/(N+I)U )-1 = (C/N U )-1 + (C/I XP_U )–1 + (C/I AS_U )–1(C/(N+I)D )-1 = (C/N D )-1 + (C/I XP_D )-1 + (C/I AS_D )-1 + (C/IM)-1(C/(N+I))-1 = (C/(N+I)U )-1 + (C/(N+I)D )–1上述两种不同计算步骤所得到的结果是相同的。
卫星通信链路计算过程
卫星通信链路计算过程卫星通信链路是指卫星与地面站之间的通信路径，主要用于传输语音、数据和视频等信息。
在设计卫星通信链路时，需要考虑到多种因素，包括传输距离、频率选择、传输速率、信道容量和信号质量等，并进行相应的计算和分析。
首先，为了计算卫星通信链路的传输距离，需要确定地面站到卫星的距离。
这一距离通常通过地面站和卫星之间的视距来估算。
视距的计算可以使用下述公式：视距=√(2Rh+H^2)其中，R为地球半径，H为卫星的轨道高度。
接下来，为了确定适当的频率选择，需要对卫星通信链路的频带进行计算。
频带的选择通常由频率规划规定。
在进行频带计算时，需要考虑传输的数据速率和卫星通信系统的要求。
一般来说，高速数据传输需要使用高频段，而低速数据传输可以使用低频段。
传输速率的计算是卫星通信链路设计的重要一环。
传输速率通常受到频带宽度和调制方式的限制。
传输速率的计算可以使用香农公式来估算：C=Blog2(1+SNR)其中，C为信道容量，B为频带宽度，SNR为信噪比。
信道容量是指在给定的频带宽度下，信号可以传输的最大速率。
在进行信道容量计算时，必须考虑到信噪比、调制方式以及频带宽度等因素。
常见的调制方式包括调幅调制（AM）、频移键控调制（FSK）和相移键控调制（PSK）等。
最后，信号质量的计算可以通过信号功率的计算来完成。
可通过对信号功率进行估计，以评估信号在传输过程中的衰减情况。
P=P0GtGr(λ/4πR)^2其中，P为接收信号的功率，P0为发射功率，Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，λ为信号波长，R为传输距离。
通过上述计算过程，可以得到卫星通信链路的关键参数，从而确定适当的设备和调整相关参数。
这些计算和分析能够为卫星通信系统的设计、优化和运维提供重要的依据。
总结起来，卫星通信链路的计算过程包括传输距离的估算、频率选择和频带计算、传输速率的估算、信道容量的计算以及信号质量的估计。
这些计算过程是卫星通信链路设计中的重要一环，能够帮助优化卫星通信系统的性能和可靠性。
卫星通信链路计算过程
卫星通信链路计算过程 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】卫星通信链路计算过程星通信载波的链路计算方法为，先分别计算上行和下行链路的载波功率与等效噪声温度比C/T或者载波与噪声功率比C/N、以及载波与干扰功率比C/I，再求出考虑干扰因素的系统载噪比C/(N+I)和载波的系统余量。
上下行C/T上行和下行C/T的计算公式分别为C/TU = EIRPE– LossU+ G/TSatC/TD = EIRPS– LossD+ G/TE/S式中的EIRPE 和EIRPS分别为载波的上行和下行EIRP，LossU和LossD分别为总的上行和下行传输衰耗，G/TSat 和G/TE/S分别为卫星转发器和地球站的接收系统品质因数。
上式中的数据均为对数形式。
C/N与C/T 的关系C/N与C/T的关系式为C/N = C/T – k – BWN = C/T + – BWN式中的k为波兹曼常数，BWN为载波噪声带宽。
式中的数据均为对数形式。
C/I与C/IM卫星通信载波需要考虑的干扰因素主要有，上行和下行反极化干扰C/IXP_U 和C/IXP_D、以及上行和下行邻星干扰C/IAS_U 和C/IAS_D。
此外，还需考虑转发器在多载波工作条件下的交调干扰 C/IM 。
C/N与C/I的合成由多项 C/N和C/I求取总的C/N、C/I、以及C/(N+I)的算式为(C/NTotal )-1 = (C/NU)-1 + (C/ND)–1(C/ITotal )-1 = (C/IXP_U)-1 + (C/IAS_U)–1 + (C/IM)-1 + (C/IXP_D)-1 + (C/IAS_D)-1(C/(N+I))-1 = (C/NTotal )-1 + (C/ITotal)–1上述三个算式中的数据均为真数形式。
由多项C/N和C/I求取总的C/(N+I)的步骤也可为(C/(N+I)U )-1 = (C/NU)-1 + (C/IXP_U)–1 + (C/IAS_U)–1(C/(N+I)D )-1 = (C/ND)-1 + (C/IXP_D)-1 + (C/IAS_D)-1 + (C/IM)-1(C/(N+I))-1 = (C/(N+I)U )-1 + (C/(N+I)D)–1上述两种不同计算步骤所得到的结果是相同的。
卫星通信中的信道建模与仿真分析研究
卫星通信中的信道建模与仿真分析研究卫星通信已经成为现代通信系统中不可或缺的一部分。
信道建模和仿真分析是卫星通信研究中的重要内容。
本文将围绕着信道建模和仿真分析展开讨论，探究卫星通信中的这些重要概念。
一、卫星通信简介卫星通信是通过卫星传输信息的一种通信方式，以其可行性、高性能、广覆盖、易实现等优势，被广泛应用于各个领域。
目前，在通信、广播、导航、气象等方面都有着广泛的应用。
卫星通信主要由三部分组成。
1、地面站：是通信系统的控制中心，接收并发射信号。
地面站可以是固定的或移动的。
2、卫星：是卫星通信系统的核心部分，负责接收来自地面站的信号并将其转发到其他地面站。
卫星是在地球轨道上运行的，通常需要定期维护和更新。
3、用户终端：用户终端是接收和发送信息的设备，可以是电视、手机、计算机等。
二、信道建模在卫星通信中，信道建模是研究信号在通信过程中传输的特性和特征的方法。
信道建模可以帮助我们了解信道的特点以及对信号产生的影响。
基于对信道的研究，我们可以更好地设计和优化通信系统。
卫星通信的信道建模主要分为三类：地球 - 卫星信道建模、卫星 - 地球信道建模、卫星 - 卫星信道建模。
1、地球 - 卫星信道建模地球 - 卫星信道建模是指信号从地球站发送到卫星时的传输特性。
这种信道建模需要结合地面天线、卫星通信信道、卫星质量因数等因素进行研究。
根据信道的特性，我们可以对信号进行优化和调整，以提高通信质量。
2、卫星 - 地球信道建模卫星- 地球信道建模是指信号从卫星发送到地面时的传输特性。
这种信道建模需要考虑一些因素，如卫星的位置、天气、地形等，进而分析和优化信号。
3、卫星 - 卫星信道建模卫星- 卫星信道建模是指卫星之间的信道建模。
在这种情况下，考虑卫星间的距离、接收和发送频率等因素。
卫星 - 卫星通信通常用于卫星组网，以实现更好的通信性能。
三、仿真分析仿真分析是卫星通信系统设计和调试的重要工具。
通过仿真分析，我们可以预测和模拟通信系统的运行情况，调整信号参数，提高通信质量。
Ka频段卫星通信信道建模及系统性能仿真
Ka频段卫星通信信道建模及系统性能仿真Ka频段卫星通信信道建模及系统性能仿真摘要：Ka频段卫星通信在现代通信系统中扮演着重要角色，它具有高频段利用率、高数据传输速率等优势。
本文基于Ka频段卫星通信信道的特点，对其进行建模与系统性能仿真，旨在提供一种可行、可靠的通信方案。
1. 引言随着信息社会的发展，对高速、高容量的通信需求日益增长。
而Ka频段卫星通信系统凭借其频段利用率高、数据传输速率高等优势成为了信道建模与系统性能仿真的研究热点之一。
本文将探讨Ka频段卫星通信信道的建模方法及系统性能仿真。
2. Ka频段卫星通信信道建模2.1 卫星通信信道特点Ka频段卫星通信信道具有以下特点：高衰减、大气扩散、雨衰减、多径效应等。
这些特点对于系统设计和信道建模提出了挑战。
2.2 Ka频段卫星通信信道建模方法在Ka频段卫星通信信道建模方面，常用的方法包括几何建模、统计建模等。
2.2.1 几何建模几何建模方法是根据卫星通信链路的几何关系来建立信道模型。
通过确定卫星、地面站和用户终端之间的几何关系，可以精确描述信道特性。
包括大地转动、辐射能量损耗、地面和大气层的反射、折射等因素。
2.2.2 统计建模统计建模方法基于对信道参数的统计分析，通过收集大量的实验数据来描述信道特性。
通过统计分析，可以得到信道参数的概率分布，从而进行信道建模。
3. Ka频段卫星通信系统性能仿真为了评估Ka频段卫星通信系统的性能，需要进行系统性能仿真。
常见的系统性能参数包括误码率、比特误码率、信号幅度和相位等。
使用合适的仿真软件，可以实现对系统性能的仿真和评估。
3.1 仿真软件选择在Ka频段卫星通信系统性能仿真中，根据需求和可行性，可以选择MATLAB、NS-3等仿真软件。
这些软件具有强大的仿真能力和灵活的参数设置功能。
3.2 仿真模型设计在进行Ka频段卫星通信系统性能仿真前，需要构建合适的仿真模型。
模型设计应包括信道特性、调制解调技术、信号传输和接收等方面。
卫星通信—第四讲 链路计算
式中频率f的单位为(GHz),
能见度νm 的单位为(m)
密雾 Vm < 50m 浓雾 50<Vm<200m 中等 200<Vm<500m
大气折射影响
• 波束上翘且起伏 • 散焦损耗Lde和漫射损耗Ldi • 大气闪烁 • 这些都是对低仰角
< 5o 系统影响较大
天线方向跟踪误差损耗
Pr (dBW) = EIRP+ Gr − Lf − La − Lde − Ldi − LTr − Lp
大气损耗
•电离层中电子和离子的吸收 •对流层中氧分子 水蒸汽分 子的吸收和散射 •云 雾 雨 雪的吸收和 散射
雨 云 雾所引起的损耗
云,雾引起的电波损耗 可用如下经验公式计算: 损耗强度(云,雾)=
=
Pt Gt Gr
λ 4πR
2
• 自由空间传播损耗(路程损耗)
Lf
=
4π R λ
2
=
4π fR c
2
Pr
=
Pt G t G r Lf
(常称通信距离方程)
当用d(m), λ(m)表示时,
[ ]L f = 22 + 20 lg d − 20 lg λ
( dB)
当用d(m), f(GHz) 表示时
(dB)
[ ] [ ] L f
d
=
Lf
u + 20 lg
4 = 200.05 − 3.52 = 196.53 6
(dB)
• 有效全向辐射功率EIRP (Effective Isotropic Radiated Power)
EIRP = PtGt
(W)
卫星通信中的信道建模与优化算法
卫星通信中的信道建模与优化算法卫星通信是一项基于空间技术的广泛应用，它以其广域覆盖、零距离通讯和灵活部署等优势，成为了现代通信网络中非常重要的一部分。
然而，由于信号传输所经过的空间环境非常复杂，因此卫星通信中存在着众多的信道建模及优化问题，这些问题对于卫星通信的质量和效率都有着极大的影响。
本文将要着重探讨卫星通信中的信道建模以及优化算法，希望对广大读者有所启迪和帮助。
一、信道建模卫星通信系统中的信道建模是指将信道的特性进行描述与模拟的过程，具体包括了信噪比、多径效应、衰落效应等多个方面，其中最重要的是多径效应。
在卫星通信中，信号会因地球的曲率和自转、大气层、射线的折射、终端天线指向等因素而受到多径衰落现象的影响，因此从原来的发送端到达接收端的路径不止一条，每一条多径路径的传播速度和路程也会不同，甚至有些路径上的信号可能会发生相消干扰，这都会导致系统的性能下降。
为了解决这个问题，我们必须对信道进行建模，以便更好地进行系统分析、算法设计和参数设置。
在信道建模中，我们所要用到的最主要的技术是卫星链路的仿真模拟，通过这种方式可以准确地模拟系统中的传输过程和信道状态。
在进行信道建模时，要尽可能考虑多种因素，以切实反映信道实际环境中的复杂性。
比如，在卫星通信中，我们不仅要考虑到信号的强度和频率，还要考虑到卫星的轨道、地球的自转、大气层的温度、湿度等因素对信号的影响。
除此之外，由于地球内的其它无线电通信也会对卫星通信的信号造成干扰，因此还要考虑到信噪比、衰落信号、多径效应等问题。
只有考虑周全了这些因素，才能进行精确的信道建模，才能更好地为卫星通信的优化算法提供基础支撑。
二、优化算法卫星通信优化算法是指通过对发射端、中继器和接收端进行信号过滤、调整和控制以优化信道质量的技术。
在卫星通信优化算法中，最常用的方法有匹配滤波、自适应均衡、自适应预编码等。
下面，我将会详细阐述这些方法的具体实现方式和优缺点。
匹配滤波是一种使用接收信号在自身内部相互比对的技术，在卫星通信中主要用于对信号的频率和幅度进行调整。
面向卫星通信的信道建模与仿真技术研究
面向卫星通信的信道建模与仿真技术研究随着卫星通信在现代社会中的广泛应用，为了保证通信的可靠性和稳定性，在卫星通信系统的设计和优化中，信道建模和仿真技术是至关重要的一环。
本文将对面向卫星通信的信道建模与仿真技术进行研究和探讨。
一、卫星通信信道特点卫星通信信道与传统的地面无线通信信道相比，具有以下几个显著的特点：1、大气影响：由于卫星处于大气层外，然而信号在传输过程中仍然会受到大气影响，如大气散射、吸收和折射等，导致信号的衰减、传播时延、相位失真、多径效应等。
2、时变性：卫星电离层中的等离子体和太阳辐射活动会导致卫星通信信道的时变性，以及由此引起的多径效应和相位漂移等。
3、干扰：由于卫星通信与其他电磁波发射源共用同一频谱资源，如卫星电视广播、雷达，但是由于它们的调制方式、频率带宽以及天线方向不同，会造成不同形式的干扰信号。
以上这些特点都给卫星通信信道建模和仿真带来了困难和挑战。
二、卫星通信信道建模的方法针对卫星通信信道的复杂特性，需要通过建模来对其进行分析和仿真。
目前常用的卫星通信信道建模方法主要有以下几种：1、几何仿真法该方法主要通过建立几何模型来模拟卫星通信信道，包括卫星与接收站之间的距离、天线（卫星端和地面端）的高度、方位角和俯仰角等参数，预测信道的时间变化、信号强度变化、相位失真等。
2、统计建模法在统计建模法中，信道被看作随机过程，可以通过概率和统计方法来获取信道的统计特性，例如多径的时延分布、功率谱密度、概率密度函数等。
3、物理建模法物理建模法将卫星通信信道看作是一个传输系统，将信道建模为一组线性时变滤波器，可以利用信号处理的方法进行建模。
不同的建模方法各有优点和局限性，需要根据实际需要进行综合选择。
三、卫星通信信道仿真技术在信道建模的基础上，仿真技术是用于分析和评估卫星通信系统性能的重要手段。
常用的仿真技术主要有以下几种：1、蒙特卡洛仿真蒙特卡洛仿真是利用统计学原理和随机数生成方法的仿真技术。
通信卫星链路计算
交叉链路
不同卫星之间通过交叉链 路实现信号交换和传输。
卫星通信频段及特点
L频段
频率为1-2 GHz，主要用于移动通信和卫星导 航。
S频段
频率为2-4 GHz，主要用于固定卫星通信和广播 电视传输。
C频段
频率为4-8 GHz，主要用于大容量固定卫星通信和 军事通信。
X频段
频率为8-12 GHz，主要用于高速数据传输和宽带多媒 体通信。
质量。
02
互调干扰
当多个信号同时通过非线性设备时，可能产生互调干扰。互调干扰会导
致信号频谱扩展，增加链路中的噪声成分，从而降低链路的信噪比和性
能。
03
交叉调制
交叉调制是非线性设备中另一种常见的失真现象。它会导致一个信号的
幅度受到另一个信号的影响，使得接收到的信号产生失真。交叉调制会
降低链路的通信质量和可靠性。
通信卫星链路计算
目录
• 卫星通信基本原理 • 链路计算基本方法与参数 • 地球站设备性能对链路影响分析
目录
• 空间环境因素对链路影响分析 • 链路计算实例与仿真验证 • 总结与展望
01
卫星通信基本原理
卫星通信系统组成
01
02
03
空间分系统
包括通信卫星和卫星星座， 提供信号中继和转发功能。
地面分系统
关键技术研究
深入研究了信号调制、编码、多址接入等关键技术，提高了卫星通 信系统的整体性能。
仿真实验验证
通过大量仿真实验，验证了所提出链路计算模型的有效性和准确性， 为实际应用提供了有力支持。
未来发展趋势预测
智能化发展
多频段融合
随着人工智能技术的不断发展，未来卫星 通信系统有望实现更高程度的智能化，包 括自适应调制、智能编码等方面。
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综合课程设计
卫星通信信道链路参数计算与模拟
姓名：
学号：
一、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1 根据学号得到的系统参数3、 涉及公式
1） ITU 法计算雨衰值：
),()(βα
p p R L R K A =(dB) (1) 其中，p R 为降雨率，单位为mm/h ，β为仰角，可以通过以下经验公式获得 0779.041.1-⨯=f α (255.0≤≤f ) (2)
42
.251021.4f K ⨯⨯=- (549.0≤≤f ) (3)
上式中频率f 的计算单位为GHz 。
雨衰距离：
14766.03]sin )108.1232.0(1041.7[),(---⨯-+⨯=ββp p
p R R R L (km) (4)
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
3230226.09 4.81[7.1910]100.227(57) 1.50
f f f γ--=⨯++⋅⋅+-+(dB/km) (5) 对流层氧气的等效高度0h 和水蒸气的等效高度可分别按如下公式确定：
06(57)h km
f GHz =<
因此，对于氧分子的吸收损耗为： 002h R O γ= (dB) (6) 水蒸气分子损耗率与频率和水蒸气密度
)/(3m g p w 有关，对于350GHz 以下频段，都可以用下式计算（dB/km)： 242223.610.68.9[0.050.0021]10(22.7)8.5(183.3)9.0(325.4)26.3
w w w p f p f f f γ-=++++⋅⋅⋅-+-+-+ (7) 对流层水蒸气等效高度w h 可按如下公式确定： ]4
)4.325(5.26)3.183(0.55)2.22(0.31[2220+-++-++-+=f f f h h w w (km) (350f GHz <) (8)
其中，0w h 取2.1km 。
同样，对于水蒸气分子的吸收损耗为：
w w O H h R γ=2 (dB) (9)
3)给出经纬度，计算卫星于地面距离及仰角β;
同步卫星的经度s θ，地心角θ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（L L φθ,）,卫星距地球中心的距离近似为42164.2r km =,地球的平均赤道半径为6378.155e R km =。
)cos(cos cos S L L θθφθ-= (10)
θcos 222r R r R d e e -+= (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
C
面之间的夹角，利用余弦定理可得地心角与仰角之间关系：
图1 卫星与地球站的三角关系图
222cos 2e d r R rd
ϕ+-= (12) 90βϕθ=-- (13)
4）路径损耗
f d L s l
g 20lg 204.92++= (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
2200
[][][][][][][][][]b s b O H O E Q L L k R A R R EIRP N =+++++++- (dB/K) (15) 其中，k 为玻尔兹曼常数，0L 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
D λπ
= (17) 其中，λ为电磁波传输的波长，η为天线效率。
二、 计算部分
1、 计算卫星到地面站的距离
)cos(cos cos
S L L θθφθ-= 带入数值后可得
cos 0.964
15.5θθ==︒ θcos 222r R r R d
e e -+= 因42164.2r km =且6378.155e R km =
故36058.61d km = (1)
2、 计算地面站对准卫星时的仰角
222cos
2e d r R rd
ϕ+-=, 90βϕθ=-- 2.771.8ϕβ=︒=︒ (2)
3、 计算下行链路的路径损耗
2f GHz = []92.420lg 20lg 189.55s L d f dB =++= (3)
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0779.041.1-⨯=f α 1.3359=，42.251021.4f K ⨯⨯=-42.25310-=⨯ 已知12/p R mm h =,可得(,) 3.73p L R km β=
得到雨衰值),()(βα
p p R L R K A =0.0232dB = (4) 氧分子吸收损耗值计算
-30 5.79810γ=⨯
002h R O γ=0.0348dB = (5) 水分子吸收损耗值计算
64.72510w γ-=⨯ 2.1158w h =
w w O H h R γ=269.98610dB -=⨯ (6)
5、 利用QPSK BER-Eb/N 0计算公式计算，若需要达到10^(-5)误比
特率（Eb/N 0=10dB ），需要地球站品质因数为多少
2(1)/(log )s s b B R R R M α=+= QPSK 调制，M=4
故可得R b =66.67MHz ，[R b ]=78.239dB , 又知[k]=-228.6dB 2200
[
][][][][][][][][]24.75b s b O H O E Q L L k R A R R EIRP dB N =+++++++-=- (7)
6、 若地球站的接收天线等效噪声温度为20K ，则接收地球站的增
益为多少？若地球站为定向抛物面天线，天线效率为0.7，则天线口径为多大
[][]G Q T =+ G D ληπ
=⨯ 0.06690.0148G D m == (8)
三、 绘图部分
1、 绘制在给定降雨量（10mm/h,30mm/h,100mm/h ）的情况下，
降雨衰减同仰角（0-90）的关系图
图2 给定降雨量时降雨衰减同仰角关系
2、绘制在给定仰角（15，45，90）的情况下，降雨衰减同降雨
量（0-120mm/h）的关系图
图3 给定仰角时降雨衰减同降雨量的关系
3、绘制在给定水蒸气密度（0.2g/m^3，0.3g/m^3，0.26/m^3）的
情况下，水蒸气吸收衰减同传输频率（0-15GHz）的关系图图4 给定水蒸气密度时水蒸气吸收衰减同传输频率的关系。