链路预算

第一章无线链路分析与设计
§1.1Free-Space Optical Data Bus for Spacecraft
没有光纤来导光，传输光信号就需要更多的能量，这对能量预算非常不利。

数据总线的速率决定了周围的光学元件的设计。

与光纤通信不同的是，自由空间通信利用自由空间或者扩散材料来传播光线。

如果收发器周围的光学腔是接近完美的反射器，那么发射器发出的每个脉冲都会在接收器上形成比原始脉冲持续时间长的多的脉冲，这主要是由于内部反射。

每个脉冲的内部反射必须在下一个脉冲发送之前降低到低于一定的强度阈值。

如果光学腔是一个黑体，那么内部反射的问题就变得毫无意义，这要求所有的收发器被安装在相互之间的视线以内而且需要更高功率的发射器以及更敏感的接收器（Free-Space Optical Data Bus for Spacecraft）。

有一种供选方案是把系统的一部分区域做成漫反射表面，另一部分做成黑体特性的表面，也有些系统使用扩散棒帮助光均匀地传播。

对于图一所示在该模型中，收发
位置上。

图片来自：（Free-Space Optical Data Bus for Spacecraft）
图中包含了模型相关参数。

Ψ表示发射器的发射角，θr表示入射光在反射面的反射角，每个收发器都包括光发射器和光探测器，既可以发射信号同时也可以接收信号。

S.C. Webb, W. Schneider, M.A.G. Darrin, B.G. Boone, and P.J. Luers, “Infrared Communications for Small Spacecraft: from a Wireless Bus to Cluster Concepts,” Proceedings of SPIE - Dig ital Wireless Communications III 4395, April 16-20, 2001.描述了测量BRDF的详细情况。

§1.2Infrared Communications for Small Spacecraft: from a Wireless Bus to Cluster Concepts
为了计算每个探测器能收到的辐射强度，我们首先要计算反射表面的入射通量。

该通量与发射器的发射强度成正比，而与入射角或两个面之间的距离没有关系。

然而发射光束剖面服从高斯分布，通量在发射面上的分布是不均匀的。

因此要用总通量乘以归一化高斯相位函数。

反射面的光线强度为：
对比表明，随着发射器的发光角度增大，能够被探测到的反射光角度范围也会增大。

这种现象在镜面反射更强的材料上体现的尤为明显。

而对于理想的朗伯表面，辐射对称的分布在法线（normal）两侧，不受入射角度影响。

要求反射面反射率高，接近朗伯表面。

虽然喷砂铝很接近朗伯表面，但它TIR只有0.3571。

发射器的发射强度与角度也会有冲突，要求的最大反射角度取
决于两个收发器之间的最远距离以及反射面高度。

也可以不把所有的收发器放在同一个平面上，这样增加了边缘探测器接受到的信号的相对强度，然而如此一来也增加了信号在卫星内的传播距离？？。

为了增加接受信号强度，可以使用多个发射器发射同一信号？。

链路余量
在卫星当中，通信链路的设计要服从于各个子系统，因此常常会有障碍妨碍到直接视距传输，最好的解决方法就是采用漫反射。

在卫星中基本可以遮蔽外部背景光。

视线传播链路的损耗要比非视线传播链路的能耗低，然而当收发器位置很分散时损耗相差并不大，对于一个几米大的卫星，典型的损耗在-54到-74dB范围。

(文献: Infrared Communications for Small Spacecraft: from a Wireless Bus to Cluster Concepts)
非视距传输的一个弊端是会有多径反射造成的多径效应。

如果能在放置收发器时加以考虑，就可以避免多径反射。

§1.3OWLS: A Ten-Year History in Optical Wireless Links for Intra-Satellite Communications。