通信卫星链路计算PPT学习教案

1、会计学1通信卫星链路计算通信卫星链路计算第1页/共39页 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。 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。链路所需的载噪比载噪比用 表示 。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。C T第2页/共39页卫星链路

2、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。第3页/共39页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 。 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 及每个载波要求的 ；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 或 所提出的对 的要求（或由门限 以及门限备余量 所提出的对 的要求），确定地球站天线尺寸、接收机噪声性能、发射功率等。

3、 EIRP. s mEIRPsEIRPS N0bE ntC NthC NEtC N第4页/共39页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。第5页/共39页发射机接收机卫星上行载噪比下行载噪比交调、干扰载噪比待发送信号接收信号 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-地球站第6页/共39页通常总的卫星链路 由三部分合成的：1.上行链路 计算；2.下行链路 计算；3.交调、干扰链路 计算。其中 是真

4、值，而非dB值，计算时一定要注意。下边分别对之进行讨论。tC TUC TDC TIC T卫星链路计算1111UDItC TC TC TC TC T第7页/共39页在计算卫星链路之前，先介绍几个必要的因子：1. 天线增益G； sGEG：卫星天线增益：地面站天线增益天线增益：222DGD：天线直径：天线效率：天线接收的无线电波长G定向天线辐射时，接受点收到的最大功率全向天线辐射时，接受点收到的最大功率第8页/共39页几个关键因子介绍几个关键因子介绍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

5、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)； ：电磁波波长(m)当用d(km)、f(GHz)且用dB(即以10为底的对数)表达时:2244fddfLcf:电磁波频率(Hz) ；c: 光速。单位：dB92.4520 lg20 lgfLdf 第9页/共39页几个关键因子介绍几个关键因子介绍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：发射机地球站或通信卫星接收机通信卫星或地球站TPTGRG24TTRRTTRfP G GPP G GdL定义有效全向辐射功率为：写成dB形式为：TTEIRPP GTTEIRPPGRPC第10页/共39页 因为接收机使用了高

6、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。因此输入端的噪声功率为tNk T B231.38 10/kJ K波尔兹曼常数：等效温度：tT等效带宽：B第11页/共39页1TTRftP G GCNLkT B写成dB形式就是： 10lgRftEIRPGLkTB 10lgTTRftCPG

7、GLkT BN由于噪声功率N是带宽B的函数，缺乏一般性，对不同带宽的系统不便于比较，实际中经常使用 表达载噪比。CT fCGEIRPLTTGT称为品质因子(1-01)第12页/共39页 0CCBNnCkBT第13页/共39页UC T由(1-01)公式的上行链路UC TsEfUUsatGCEIRPLTTEEIRPssatG TfUL地球站有效全向辐射功率卫星天线品质因子上行自由空间损耗注意：该公式计算的是单载波的情况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 表示，即单位面积上的有效全向辐射功率。s

8、W22224444EEEsPUEIRPEIRPEIRPWdLd或者以dB形式表达为第14页/共39页上行链路 计算UC T2410lgsEfUWEIRPL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 表示转发器在单载波工作时的数值，则多载波工作时的数值应为 ，所以，EsEIRPiEMEsEIRPEIRPBO 2410lgifUEMsEIRPWBOL最后就得到了多载波的载噪比 2410lgEMssatfUissatsUMCEIRPG TLWBOG TT第15页/共39页DCT

9、与上行链路计算相似，求得单载波时的载噪比RsfDDDGCEIRPLTTsEIRPfDLRDGT转发器有效全向辐射功率下行自由传输损耗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： RRSMfDSSofDDMDDGGCEIRPLEIRPBOLTTTSSEIRP转发器在单载波饱和工作时的有效全向辐射功率第16页/共39页第17页/共39页上行、下行链路载噪比计算ESEIRP为使卫星单载波饱和输出所必须的地球站EIRP dBEMEIRP实际工作点，地球站EIRP总和的 dBiBO输入补偿；SSEIRP卫星单载波饱和输出EIRP

10、 dBSMEIRP实际工作点时，卫星总的输出EIRP dBSGT卫星天线品质因子EGT地球站天线品质因子oBO输出补偿第18页/共39页上行、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：fTTRTCGEIRPLTTT：发端R：收端第19页/共39页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 ，并用等效噪声温度折算，即0228.6IICCTn0ICnICT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第20页/共39页一般通过输入补偿值根据这个图得出交调干扰载噪比。第21页/共39页 门限载噪比

11、就是解调器输出的被恢复的基带信号质量的最低要求值。 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。thCT tthCCETT第22页/共39页 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响。故系统设计

12、中的降雨余量备份是针对下行链路 提出的，而认为降雨对上行链路 的影响不予考虑。DCTUCT第23页/共39页降雨余量降雨余量降雨余量的含义是：降雨时下行线路的 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 仍保持在门限的水平上。降雨备余量为：DCTtCT111110lgthtDDCCCTTTMCT第24页/共39页 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。111tDUItDDDDCCTTTTTTrTTCT结合门限余量可得1mrEr其中/1010Mm 第25页/共39页 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

13、例。模拟制以SCPC-FM-FDM方式为例；数字制以SCPC-PSK-TDMA方式为例。第26页/共39页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

14、000 000pw(非加权值)。第27页/共39页项目IS-2IS-3IS-4上行链路噪声1 5001 4101 130卫星转发器内互调噪声1 6002 3402 160下行链路噪声6 4004 2504 210地球站设备内部噪声5001 0001 500来自其他系统的噪声-1 0001 000总计10 00010 00010 000IS- ，IS- , IS- 系统噪声分配（pW0p）以零相对电平点10 000pW0p的噪声功率，换算成噪声电平为1000010 log5001pwdBmpm p 模拟制第28页/共39页模拟制模拟制卫星链路计算的一般步骤为：1)根据输出的要求信噪比计算所需的载

15、比 ；2)计算门限值 ；3)计算卫星链路实际达到的 ;4)计算每一载波的 和 值；5)计算系统可容纳的载波数 n。thCTtCTtCTtCTEIRP第29页/共39页IS-卫星的参数如下表：工作频率6/4 GHz30 dB/K22.5 dBW3400 Hz-17.6dBW300 Hz-67.5dBW/m平方1000 Hz11 dB4800 Hz4.9 dB 2700 Hz ssEIRPsGTsWIBOoBOEGTHFLFrfrf卫星链路噪声取 7500 pW .f第30页/共39页IS-卫星链路计算卫星链路计算1, 根据卫星噪声功率计算所需的tCT31201 1010log20log195.9

16、51.37500 10rtCSfdBNT又知压扩器对信噪比可改善17 dB，则51.320log195.9 17175.2()rttCfTCdBT 第31页/共39页IS-卫星链路计算卫星链路计算2，计算门限值 thCT5log181.35log2700181.3179.3(/)thCfTdBW K 第32页/共39页IS-卫星链路计算卫星链路计算3，卫星链路实际的tCT多载波时，卫星输出饱和有效全向辐射功率为：17.6()SMSoEIRPEIRPBOdBW多载波时，卫星饱和输入的有效全向辐射功率为：2410log85.6()fEMSIUEIRPWBOLdBW92.4520lg20lg200.

17、642589?6fULdfdBdkmfGHz第33页/共39页上行、下行、互调载噪比22.54.9196.530149(/)fUMSSoRUC TEIRPBOLG TdBWK 2410log132.6(/)fUMEMSSISUC TEIRPLG TWBOG TdB K根据IS- 卫星典型 曲线查得C TIMIBOC T135.4(/)IMdBW K 所以，总载噪比为：10101013.2614.913.5410log 10101010log 101010149.3(/)UMDMIMC TC TC TtMC TdBW KIS-卫星链路计算卫星链路计算第34页/共39页4，每载波的EIRP 和 C

18、 T 值149.3( 175.2)25.9(/)tMTC TC TdBW K 因为 因此，地球站可少发25.9（dBW/K）,与此对应的各 均降低25.9(dBW/K).降低后总的载噪比为：C T15.8517.4916.1310log 101010175.2(/)tC TdBW K相应门限余量为： 175.2 179.34.1(/)tthEC TC TdBW K IS-卫星链路计算卫星链路计算第35页/共39页5，系统可容纳的载波数因为 25.9(/)389EMEIEMEIEIRPn EIRPnEIRPEIRPdBW Kn 所以该系统可容纳389路电话。IS-卫星链路计算卫星链路计算第36页/共39页