通信卫星链路计算
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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
数值应为 EIRPEM EIR,P所Es以,BOi
EIRP EM
W
s
BOi
L
最后就得到了多载波的载噪比
fU
10
lg
4 2
C TUM
EIRPs
转发器有效全 向辐射功率
LfD 下行自由传输
损耗
GR TD
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:
C TDM
EIRPSM
L fD
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
Gs :卫星天线增益
天线增益:
G
2D2 2
GE :地面站天线增益
D :天线直径 :天线效率
:天线接收的无线电波长
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
kTt B
EIRPGR Lf 10lg kTtB
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CT 便 于比EI较RP,实际 GT中经常L使f 用
T表 达载噪比。
(1-01)
G T
模拟制
IS-Ⅱ ,IS-Ⅱ , IS-Ⅳ 系统噪声分配(pW0p)
项目
IS-2
IS-3
IS-4
上行链路噪声
1 500
1 410
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
500
1 000
1 500
来自其他系统的噪声
-
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
EIRP T
Lf
T R
G T T
T:发端 R:收端
交调噪声的
C
TI
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
2. 下行链路 C TD 计算; 3. 交调、干扰链路 C TI 计算。
C
T 1 t
C
TU
1 C
TD 1 C
TI
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。
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:
Ws
EIRPE
4 d 2
EIRPE
4 d 2
4 2
EIRPE LPU
4 2
或者以dB形式表达为
上行链路C TU 计算
Ws
EIRPE
L fU
10
lg
4 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
因此输入端的噪声功率为 N kTt B
波尔兹曼常数:k 1.381023 J / K 等效温度: Tt 等效带宽: B
接收机输入端的载噪比
C PT GT GR 1
N
Lf
kTt B
写成dB形式就是:
C N
PT
GT
GR
L f
10 lg
EIRPEM
Gs
Tsat LfU W s BOi Gs
Tsat
10
lg
4 2
C
下行链路TD
计算
与上行链路计算相似,求得单载波时的载噪比
C TD
EIRPs
L
fD
GR TD
GR TD
EIRPSS
BOo
L fD
GR TD
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
上行、下行链路载噪比计算
EIRPES 为使卫星单载波饱和输出所必须的地球站EIRP dB
定义有效全向辐射功率为: EIRP PT GT
写成dB形式为:
EIRP PT GT
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。 ➢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。
通信卫星链路计算
山东大学
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
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 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。
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
EIRP s.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
所提出的对 C
N t
的要求(或由门限C
E mr 1 r
其中 m 10M /10
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。
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:
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 不超过1 000 000pw(非加权值)。
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。 载噪比涉及到发端功率,收发两端天线增益,传输过程中的 各种损耗、噪声及干扰、气象条件等因素。
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。
E
C T
t
C T
th
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。
C TD
1
TD
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 Tຫໍສະໝຸດ Baidu TI TD
Tt TD TD
C T
1 t
C
C
TD
1
1
TD
结合门限余量可得
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
响。故系统设计中的降雨余量备份是针对下行链路
C TD
提
出的,而认为降雨对上行链路
C TU
的影响不予考虑。
降雨余量
C
n0
I
,
并用等效噪声温度折算,即 C C
TI
n0
I
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
一般通过输入补偿值根据这个图得出交调干扰载噪比。
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
C
降雨余量的含义是:降雨时下行线路的
TD
可 容许恶化多
少倍(用m倍表示)或说应有多大的余量才能使卫星
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:
M
10
lg
C T
1
th
C T
1
t
C 1
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
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
1. 上行链路 C TU 计算;
Lf 92.45 20 lg d 20 lg f 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
PR
PT GT GR
4 d
2
PT GT GR Lf
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。
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; 6. 多普勒频移; 7. 各种交调干扰。
EIRPE 地球站有效全向辐射功率
Gs Tsat 卫星天线品质因子
注意:该公式计算的是单载波的情况 LfU 上行自由空间损耗
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s 示,即单位面积 上的有效全向辐射功率。
EIRPEM 实际工作点,地球站EIRP总和的 dB
BOi 输入补偿;
BOo 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
地球站天线品质因子
称为品质因子
载噪比三个表达式的关系
C N
C n0
B
C T
k
B
上行链路C TU 计算
由(1-01)公式的上行链路 C TU
C
TU
EIRPE
TGsast
LfU
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
4 d
2
4 df
c
2
:电磁波波长(m)
f:电磁波频率(Hz) ;c: 光速。
当用d(km)、f(GHz)且用dB(即以10为底的对数)表达时:
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。
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
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