衛(wèi)星通信鏈路計(jì)算過(guò)程

1、衛(wèi)星通信鏈路計(jì)算過(guò)程星通信載波的鏈路計(jì)算方法為，先分別計(jì)算上行和下行鏈路的載波功率與等效噪聲溫度比C/T或者載波與噪聲功率比C/N、以及載波與干擾功率比C/I，再求出考慮干擾因素的系統(tǒng)載噪比C/(N+I)和載波的系統(tǒng)余量。上下行C/T 上行和下行C/T的計(jì)算公式分別為C/TU= EIRPE LossU + G/TSatC/TD = EIRPS LossD + G/TE/S式中的EIRPE和EIRPS分別為載波的上行和下行EIRP，LossU和LossD分別為總的上行和下行傳輸衰耗，G/TSat和G/TE/S分別為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和地球站的接收系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)。上式中的數(shù)據(jù)均為對(duì)數(shù)形式。C/N與C/T 的

2、關(guān)系 C/N與C/T的關(guān)系式為C/N = C/T k BWN = C/T + 228.6 BWN式中的k為波茲曼常數(shù)，BWN 為載波噪聲帶寬。式中的數(shù)據(jù)均為對(duì)數(shù)形式。C/I與C/IM衛(wèi)星通信載波需要考慮的干擾因素主要有，上行和下行反極化干擾C/IXP_U和C/IXP_D 、以及上行和下行鄰星干擾C/IAS_U和C/IAS_D。此外，還需考慮轉(zhuǎn)發(fā)器在多載波工作條件下的交調(diào)干擾 C/IM 。C/N與C/I的合成 由多項(xiàng) C/N和C/I求取總的C/N、C/I、以及C/(N+I)的算式為(C/NTotal )-1 = (C/NU )-1 + (C/ND )1(C/ITotal )-1 = (C/IXP

3、_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上述三個(gè)算式中的數(shù)據(jù)均為真數(shù)形式。由多項(xiàng)C/N和C/I求取總的C/(N+I)的步驟也可為(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+

4、I)D )1上述兩種不同計(jì)算步驟所得到的結(jié)果是相同的。系統(tǒng)所需的Eb/N0與C/N數(shù)字載波解調(diào)器對(duì)載波的每bit能量與噪聲密度之比Eb/N0通常有一個(gè)最低要求，由此數(shù)據(jù)可以求出系統(tǒng)所需要的最低C/N。C/N = Eb/N0 + 20log(RData) BWN上式中的RData為真數(shù)形式的載波數(shù)據(jù)速率或信息速率，其余的數(shù)據(jù)均為對(duì)數(shù)形式。系統(tǒng)余量 系統(tǒng)余量為系統(tǒng)的C/(N+I)與系統(tǒng)所需最低C/N之差值。數(shù)字載波的鏈路預(yù)算設(shè)計(jì)衛(wèi)星通信線路時(shí)，通常先選定通信衛(wèi)星和工作頻段，根據(jù)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的性能參數(shù)和用戶需求，選擇系統(tǒng)所用的天線口徑、調(diào)制和編碼方式，然后通過(guò)鏈路計(jì)算，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)線路的可行性與合理性。

5、合理的設(shè)計(jì)應(yīng)保證系統(tǒng)略有余量，同時(shí)使系統(tǒng)所占用的轉(zhuǎn)發(fā)器功率資源與帶寬資源相平衡。如果鏈路預(yù)算結(jié)果表明，在功率與帶寬相平衡時(shí)所得的系統(tǒng)余量過(guò)大或不足，可以改變天線口徑，或調(diào)制、編碼參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化?？紤]到目前的話音、數(shù)據(jù)通信和電視廣播的主流是數(shù)字化，這里只介紹數(shù)字載波的鏈路預(yù)算表。表中列舉了幾種不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)，它們共用一個(gè)36MHz帶寬的C波段轉(zhuǎn)發(fā)器。載波帶寬計(jì)算載波帶寬時(shí)，通常按下式先從被傳輸?shù)男畔⑺俾?、糾錯(cuò)碼率和調(diào)制方式，求出符號(hào)速率。 符號(hào)速率 = （信息速率 / FEC編碼率 / R-S編碼率）* 調(diào)制因子如果有報(bào)頭的話，應(yīng)將其計(jì)入信息速率中。前向糾錯(cuò)(FEC)編碼率通常為1/2、2

6、/3、3/4、5/6和7/8，Reed-Solomon編碼率常用188/204。BPSK、QPSK、8PSK和16QAM的調(diào)制因子分別為1、1/2、1/3和1/4。載波噪聲帶寬和占用帶寬的取值應(yīng)分別為符號(hào)速率的1.2倍和1.4倍。部分設(shè)備商強(qiáng)調(diào)其調(diào)制波的占用帶寬可壓縮到符號(hào)速率的1.35倍甚至1.3倍，但通常不被衛(wèi)星操作者所接受。在鏈路預(yù)算中，載波噪聲帶寬將被用于計(jì)算C/T、C/N和Eb/N0之間的關(guān)系，占用帶寬將被用于決定載波工作頻率，以及計(jì)算載波的輸出和輸入回退量。輸出和輸入回退通信轉(zhuǎn)發(fā)器的功放級(jí)多采用行波管放大器(TWTA)或固態(tài)功率放大器(SSPA)。這兩種放大器在最大輸出功率點(diǎn)附近的

7、輸出/輸入關(guān)系曲線為非線性。多載波工作于同一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，為了避免非線性放大器產(chǎn)生的交調(diào)干擾，必須 使使放大器工作在線性狀態(tài)。這時(shí)，整個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率遠(yuǎn)低于最大功率。采用TWTA的轉(zhuǎn)發(fā)器在線性工作狀態(tài)時(shí)的輸出功率，通常比最大功率低4.5dB。也就是說(shuō)，整個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出線性回退約為4.5dB。轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入回退量可根據(jù)輸出回退量，在放大器輸出/輸入關(guān)系曲線中查得。對(duì)于采用TWTA的轉(zhuǎn)發(fā)器，輸入回退量一般比輸出回退大6dB上下。對(duì)應(yīng)于4.5dB的輸出線性回退，轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入線性回退約為10.5dB。在鏈路預(yù)算中，載波輸出回退和輸入回退將分別被用于計(jì)算載波的下行和上行EIRP。用戶載波的功率分配功率和帶

8、寬同為轉(zhuǎn)發(fā)器的重要資源。用戶所能占用的轉(zhuǎn)發(fā)器功率應(yīng)與他向衛(wèi)星公司租用的轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬相平衡。在一般情況下，用戶載波所占用的轉(zhuǎn)發(fā)器功率與轉(zhuǎn)發(fā)器總功率的比值，應(yīng)該和用戶租用帶寬占轉(zhuǎn)發(fā)器總帶寬的比例大致相等。載波功率的輸出回退值與轉(zhuǎn)發(fā)器線性回退之差值，即為載波占用轉(zhuǎn)發(fā)器功率的比例。當(dāng)載波在轉(zhuǎn)發(fā)器中的功率占用率與帶寬占用率相平衡時(shí)，     OBOC = OBOXpd + 10 lg (BWXpd / BWC)式中，OBOC為載波的輸出回退值，OBOXpd為轉(zhuǎn)發(fā)器的線性輸出回退值，BWXpd和BWC分別為轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬和載波租用帶寬。上式表明，轉(zhuǎn)發(fā)器的線性 輸出回退值越低，或者載

9、波帶寬越寬，載波所分配到的功率就越高；轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬越寬，載波所分配到的功率就越低。SFD與上行EIRP轉(zhuǎn)發(fā)器的飽和通量密度SFD反映衛(wèi)星信道的接收靈敏度。接收靈敏度越高，所要求的上行功率就越低。不過(guò)， 一味提高SFD并不是好事。因?yàn)榻档蜕闲泄β实耐瑫r(shí)，也將相應(yīng)降低上行載噪比和上行抗干擾能力。值得一提的是，通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)器信道單元中的可變衰耗器，可以改變SFD的數(shù)值。因此，在轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù)表中，一般會(huì)注明SFD是某個(gè)衰減檔的對(duì)應(yīng)值。在取用SFD參數(shù)時(shí)，應(yīng) 該根據(jù)參數(shù)表中的參考衰減檔與轉(zhuǎn)發(fā)器當(dāng)前所用衰減檔的差值，對(duì)參數(shù)表中的SFD數(shù)值加以修正。上行載波的EIRP可按下式求得，EIRPE = SFD - 載

10、波輸入回退 - G0 + 上行傳輸損耗式中的G0為單位面積的標(biāo)準(zhǔn)天線增益。載波的上行EIRP用于計(jì)算上行G/T與上行站的天線發(fā)送增益和功放輸出功率。上行和下行C/TC/T為載波功率與等效噪聲溫度之比，上行與下行C/T的計(jì)算公式均為， C/T = EIRP - 傳輸損耗 + G/T計(jì)算上行C/T時(shí)，上式中的EIRP為載波的上行EIRP，傳輸損耗為上行損耗，G/T為轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù) 。計(jì)算下行C/T時(shí)，上式中的EIRP為載波的下行EIRP，傳輸損耗為下行損耗，G/T為地面接收系統(tǒng)的參數(shù)。鏈路預(yù)算的對(duì)象也可以是C/N，它與C/T的關(guān)系為， C/N = C/T - BWN - k式中，BWN為載波噪聲帶寬，

11、k為波茲曼常數(shù)。三項(xiàng)干擾因素的估算在鏈路預(yù)算中，除了上行與下行的C/T或C/N外，通常還需考慮反極化干擾、鄰星干擾和交調(diào)干擾等因素。這三項(xiàng)干擾因素的計(jì)算，因數(shù)據(jù)不足而很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果。由于它們對(duì)鏈路預(yù)算結(jié)果的影響很有限，為此，通常只采用簡(jiǎn)化的估算方法。反極化干擾應(yīng)考慮被干擾信號(hào)與反極化干擾信號(hào)的功率譜密度之比，以及地面天線和衛(wèi)星收發(fā)天線的極化隔離度的綜合影響。假設(shè)兩個(gè)極化的轉(zhuǎn)發(fā)器的工作狀態(tài)相同，兩個(gè)極化的載波都只占用轉(zhuǎn)發(fā)器平均功率， 反極化干擾的載波干擾比C/I即可簡(jiǎn)化為天線極化隔離度的綜合影響。一般而言，在鄰星干擾中，下行干擾起決定作用。鄰星干擾的C/I大致由雙方載波在接收站點(diǎn)的下行EIR

12、P譜密度之比與接收天線的偏軸增益差 （地面天線指向所用衛(wèi)星的最大接收增益與指向鄰星的偏軸接收增益之差值）決定。衛(wèi)星操作者通常都要求用戶為發(fā)送多載波的上行站功放預(yù)留足夠的線性回退。因此，交調(diào)干擾可以只考慮由轉(zhuǎn)發(fā)器引起的部分。交調(diào)干擾的C/I大致由轉(zhuǎn)發(fā)器的線性回退量和相鄰載波與被計(jì)算載波的功率譜密度之比決定。鏈路載噪比與系統(tǒng)余量鏈路預(yù)算需要綜合考慮上行C/N與下行C/N、以及各種干擾所產(chǎn)生的C/I，最后求得相關(guān)載波鏈路的系統(tǒng)C/N。相關(guān)算式為    (C/N)Total-1 = (C/(N+I)Up-1 + (C/(N+I)Dn-1   

13、 = (C/N)Up-1 + (C/I)XpdUp-1 + (C/I)AdjUp-1) + (C/N)Dn-1 + (C/I)XpdDn-1 + (C/I)AdjDn-1 + (C/I)IM-1)上式中，(C/(N+I)Up和(C/(N+I)Dn分別為上行和下行的載波與噪聲干擾比，(C/I)XpdUp和(C/I)XpdDn分別為上行和下行的載波與反極化干擾比，(C/I)AdjUp和(C/I)AdjDn分別為上行和下行的載波與鄰星干擾比，(C/I)IM為下行載波與交調(diào)干擾比。上式中，所有的原為對(duì)數(shù)形式的載波噪聲比和載波干擾比，都需在換算為真數(shù)后，再進(jìn)行倒數(shù)求和計(jì)算。由此得到的系統(tǒng)C/N，還得再次

14、換算為常用的對(duì)數(shù)形式，單位為dB。采用不同的調(diào)制和編碼方式的數(shù)字載波，都對(duì)應(yīng)有一個(gè)最低要求的Eb/N0值。通過(guò)換算，可以求得相關(guān)載波所需的最低C/N值。載波鏈路的系統(tǒng)C/N估算值與載波所需的最低C/N值之差 ，為相關(guān)載波的系統(tǒng)余量。在不考慮降雨衰耗時(shí)，系統(tǒng)余量以1到2dB較為合適。余量太低時(shí)，系統(tǒng)工作將不夠穩(wěn)定；余量過(guò)高時(shí)，將增加不必要的設(shè)備成本。干擾估算的簡(jiǎn)化處理上一節(jié)中，系統(tǒng)C/N也可通過(guò)綜合上下行C/N與上下行C/I求得。算式可以相應(yīng)變化為    (C/N)Total-1 = (C/N)Up&Dn-1 + (C/I)Up&Dn-1 

15、   = (C/N)Up-1 + (C/N)Dn-1) + (C/I)XpdUp-1 + (C/I)AdjUp-1 + (C/I)XpdDn-1 + (C/I)AdjDn-1 + (C/I)IM-1)一般說(shuō)來(lái)，載波噪聲比(C/N)Up&Dn的估算結(jié)果較為準(zhǔn)確，而載波干擾比(C/I)Up&Dn的估算結(jié)果較為粗糙。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)C頻段的接收天線口徑不小于3米時(shí)，(C/N)Up&Dn與(C/N)Total的差值通常為0.5到1dB；當(dāng)Ku頻段的接收天線口徑不小于1.2米時(shí)，(C/N)Up&Dn與(C/N)Total的差值通常為1到2dB。為此，在上述接收天線口徑條件下，可以省略本來(lái)就有些自欺欺人的載波干擾比估算。鏈路估算 時(shí)，可