卫星通信网络设计与链路计算常江.

1、12006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 21 1 卫星网络设计卫星网络设计1.1 1.1 卫星通信网络基本拓扑结构卫星通信网络基本拓扑结构1.2 1.2 卫星通信网设计流程卫星通信网设计流程1.2.1 1.2.1 需求分析与业务量预计需求分析与业务量预计1.2.2 1.2.2 网络结构选择与容量计算网络结构选择与容量计算1.2.3 1.2.3 设备及卫星资源选择考虑设备及卫星资源选择考虑1.3 1.3 卫星通信网工程设计卫星通信网工程设计1.3.1 1.3.1 规划网络框架规划网络框架1.3.2 1.3.2 根据网络结构、容量及用户使用要求选择多址方根据网络结构、容量及用户使用要求选择

2、多址方式和载波速率式和载波速率1.3.3 1.3.3 与公用网及专用网接口设计与公用网及专用网接口设计2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 32 2 链路计算链路计算2.1 2.1 卫星链路计算中的基本参数与干扰卫星链路计算中的基本参数与干扰2.1.1 2.1.1 链路计算中的基本参数链路计算中的基本参数2.1.2 2.1.2 链路中的噪声与损耗链路中的噪声与损耗2.2 2.2 卫星链路计算的任务与方法卫星链路计算的任务与方法2.3 2.3 链路计算举例链路计算举例2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 42006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 51.1.1 1.1.1 星

3、状网星状网4远端站仅与中央站间远端站仅与中央站间存在物理信道；存在物理信道；4远端站间不能通过卫远端站间不能通过卫星直接通信，远端站星直接通信，远端站间信息的传输需中央间信息的传输需中央站转接；站转接；4中央站价格昂贵、功中央站价格昂贵、功能复杂、天线口径大能复杂、天线口径大；远端站简单、廉价；远端站简单、廉价，天线口径较小。，天线口径较小。2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 64星状网的优点星状网的优点4远端站更小，更便宜，易于安装远端站更小，更便宜，易于安装4网络投资集中于中央站，后期的网络扩容投资相对较小网络投资集中于中央站，后期的网络扩容投资相对较小4星状网的缺点星状网的缺点

4、4中央站价格昂贵中央站价格昂贵4中央站是全网信息交换中心，若发生故障，则全网无法工作，因此中央站是全网信息交换中心，若发生故障，则全网无法工作，因此其健壮性其健壮性(Robustness)(Robustness)不如网状网不如网状网4远端站间通信需要双跳，时延长，且两次占用卫星信道，降低了信远端站间通信需要双跳，时延长，且两次占用卫星信道，降低了信道利用率道利用率4什么样的业务适合星状网什么样的业务适合星状网4业务主要存在于中央站业务主要存在于中央站远端站方向，远端站间业务量较小远端站方向，远端站间业务量较小4典型系统：典型系统：GilatGilat SkybridgeSkybridge DV

5、B-RCS, DVB-RCS, ViaSatViaSat LinkStarLinkStar2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 71.1.2 1.1.2 网状网网状网4远端站间可建立直远端站间可建立直接的物理信道；接的物理信道；4由于远端站要与远由于远端站要与远端站直接通信，因端站直接通信，因此其天线口径较星此其天线口径较星状网远端站大；状网远端站大；4中央站不进行远端中央站不进行远端站信息的交换，功站信息的交换，功能相对星状网简单能相对星状网简单；2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 84网状网优点网状网优点4中央站价格较低或无专门中央站中央站价格较低或无专门中央站4远端站端

6、对端信号传输只需单跳远端站端对端信号传输只需单跳4远端站间的信息不需在中央站交换，系统健壮性较好远端站间的信息不需在中央站交换，系统健壮性较好4网内存在大量远端站间信息时，信道利用率较星状网高网内存在大量远端站间信息时，信道利用率较星状网高4网状网缺点网状网缺点4远端站设备较复杂，价格相对星状网较高，天线口径较远端站设备较复杂，价格相对星状网较高，天线口径较大大4什么样的业务适合网状网什么样的业务适合网状网4电话、多媒体或点对点数据电话、多媒体或点对点数据4典型系统：典型系统：ViaSatViaSat LinkWayLinkWay (DAMA (DAMA TDMA),ViaSatTDMA),V

7、iaSat SkyLinxSkyLinx (DAMA SCPC) (DAMA SCPC)2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 91.1.3 1.1.3 混合网混合网4业务信道的组织按星状业务信道的组织按星状网或网状网实现网或网状网实现4不同业务信道按不同方不同业务信道按不同方式组织式组织2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 104卫星通信网总体技术方案应包括的技术资料卫星通信网总体技术方案应包括的技术资料4信息产业部信息产业部建设卫星通信网和设置使用地球站的管理建设卫星通信网和设置使用地球站的管理规定规定的要求的要求4包括包括4网络的一般特性4工作频段及卫星空间电台特性4载波参

8、数4地球站特性4传输链路计算业务需求和功能； 组网方式；网络规模；技术体制。拟使用的上、下行频率范围；拟使用的卫星空间电台名称、轨道位置；相关转发器的编号、类别、极化和带宽；相关发射、接收波束的天线增益等值线图；卫星接收系统噪声温度；相关转发器的饱和等效全向辐射功率（EIRPS）图或表、接收系统品质因素（G/T）图或表、饱和通量密度（SFD）图或表、输入补偿（BOi）、输出补偿（BOo）。每个载波的发射类别、必要带宽及拟使用的上、下行频率；每个载波的上、下行功率及功率密度；载波频率规划示意图（适用于多载波工作情况）；载波正常接收所要求的C/N值。 主站技术参数；远端站（典型）技术参数。 包括地

9、理位置，高功放饱和输出功率、所要求的实际发射功率；天线类型及口径、发射及接收天线增益、旁瓣特性；接收系统噪声温度。主站每个载波所需的上行EIRP及发射功率、全部载波所需的发射功率； 远端站（典型）每个载波所需的上行EIRP及发射功率、全部载波所需的发射功率；所占用的转发器EIRP和带宽。 2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 111.2.1 1.2.1 用户需求分析用户需求分析4依据用户总的业务特点，确定卫星网络的拓扑结构依据用户总的业务特点，确定卫星网络的拓扑结构4依据选定的网络结构，考查各厂家的设备，确定具体设依据选定的网络结构，考查各厂家的设备，确定具体设备备4根据选定设备的特点

10、，设计实现用户要求的各种业务的根据选定设备的特点，设计实现用户要求的各种业务的方案方案2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 124例例1 14业务种类：话音为主，兼传低速数据业务种类：话音为主，兼传低速数据4要求：通话阻塞率低；系统可扩容；存在许多特殊业务要求：通话阻塞率低；系统可扩容；存在许多特殊业务需求，如会议电话、双向远程电教、文件传真、电传、需求，如会议电话、双向远程电教、文件传真、电传、电报、数据广播等电报、数据广播等4业务特点：中央节点与子节点业务量大，各子节点间存业务特点：中央节点与子节点业务量大，各子节点间存在一定的业务量，但业务量不大。承载低速数据业务在一定的业务量，

11、但业务量不大。承载低速数据业务, ,主要为文件传输。主要为文件传输。2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 134例例1 1分析分析4话音业务最适合的网络形式是网状网，考虑到数据业务话音业务最适合的网络形式是网状网，考虑到数据业务均为批量业务，可用电路交换方式处理。所以选定网状均为批量业务，可用电路交换方式处理。所以选定网状网络为基本结构。网络为基本结构。4由于中央站至小站的数据、话音业务量较多，因此中央由于中央站至小站的数据、话音业务量较多，因此中央站应具有较高的业务处理能力。站应具有较高的业务处理能力。4数据传输方式：由于其业务量较小，因此而在网络成本数据传输方式：由于其业务量较小，

12、因此而在网络成本上作较大提高并不值得，所以考虑的重点在于上作较大提高并不值得，所以考虑的重点在于“实现实现”，而不在于，而不在于“高效高效”。可以专用。可以专用DCUDCU方式或话带数据方方式或话带数据方式（拨号数据方式）实现。式（拨号数据方式）实现。2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 144例例2 24业务类型：业务类型：InternetInternet接入、多媒体流广（点）播、远程接入、多媒体流广（点）播、远程教育教育4要求：中央节点完成全网的对外接口及信息源的组织，要求：中央节点完成全网的对外接口及信息源的组织，远端站包括单收站及双向站远端站包括单收站及双向站4业务特点：宽带、

13、高可靠性，降低用户设备成本，易于业务特点：宽带、高可靠性，降低用户设备成本，易于扩容扩容2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 154例例2 2分析分析4该系统主要业务集中于中央节点与分支节点间，带宽要该系统主要业务集中于中央节点与分支节点间，带宽要求较高求较高4外向（中央至分支）业务量远大于入向（分支至中央）外向（中央至分支）业务量远大于入向（分支至中央）4现有的标准化设备的引入将大大降低设备成本现有的标准化设备的引入将大大降低设备成本4数据源的组织与采集可能需要部分分支节点具有较高的数据源的组织与采集可能需要部分分支节点具有较高的入向信息速率入向信息速率4综上，采用基于综上，采用基于

14、DVB-SDVB-S作为外向信号传输方式较为合适作为外向信号传输方式较为合适，入向可根据用户需要及可承受的成本采用地面回传或，入向可根据用户需要及可承受的成本采用地面回传或卫星回传（卫星回传（DVB-RCSDVB-RCS）方式，部分小站入向速率应答到）方式，部分小站入向速率应答到2Mbps2Mbps。在系统的中央站，应配置大容量的信息交换、。在系统的中央站，应配置大容量的信息交换、处理设备。处理设备。2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 164用户所需各种数字业务对信道质量的要求用户所需各种数字业务对信道质量的要求BERBER4话音：一般要求延时应不大于静止卫星单跳时延话音：一般要求延

15、时应不大于静止卫星单跳时延(270ms)(270ms)，信道误码，信道误码率约为率约为10-3时可正常通信时可正常通信( (与语音编码方式有关与语音编码方式有关) )4误码后果误码后果噪声或语音失真噪声或语音失真4视频：视频：MPEG-2视频在视频在BER10-6时出现可感觉的质量下降，时出现可感觉的质量下降，BER10-8时可达理想效果时可达理想效果4误码效果误码效果马赛克效果马赛克效果4数据：一般要求数据：一般要求BER10-5(10-6),由于一般数据业务有链路层及运输层由于一般数据业务有链路层及运输层通过重传进行差错控制，所以对于如文件传输等非实时性业务，最通过重传进行差错控制，所以对

16、于如文件传输等非实时性业务，最终可实现极低的差错率。而对于以数据方式传输的实时业务（终可实现极低的差错率。而对于以数据方式传输的实时业务（VOIP或视频），无法通过重传降低或视频），无法通过重传降低BER。且由于数据包出现错误时将引。且由于数据包出现错误时将引起整包的丢失，从而使起整包的丢失，从而使BER增加，因此，此方式传输的实时业务时增加，因此，此方式传输的实时业务时，对信道要求更低的误码率。，对信道要求更低的误码率。4误码效果误码效果数据包被丢弃，引发重传；或数据丢失。对于以数数据包被丢弃，引发重传；或数据丢失。对于以数据方式传输的话音业务与视频业务则引起音质或图像质量下降据方式传输的话

17、音业务与视频业务则引起音质或图像质量下降2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 171.2.2 1.2.2 业务量的估算业务量的估算业务量是进行网络结构规划、多址方式选择、各业务量是进行网络结构规划、多址方式选择、各载波信息速率与卫星带宽预算、地球站配置参数载波信息速率与卫星带宽预算、地球站配置参数的基础的基础4数据量：包括单位时间网络总的数据流量及单个地球站数据量：包括单位时间网络总的数据流量及单个地球站的数据流量的数据流量4话务量：包括网络总的话务量及单个地球站的话务量话务量：包括网络总的话务量及单个地球站的话务量2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 184数据量的估算数据量

18、的估算4数据量估算的必要性数据量估算的必要性4当系统所能负担的数据流量小于实际数据流量时，当系统所能负担的数据流量小于实际数据流量时，会导致传输时延的增加，从而使网络指标下降。会导致传输时延的增加，从而使网络指标下降。4数据量的不对称性数据量的不对称性4数据的突发性与统计特点数据的突发性与统计特点2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 194基本数据业务对网络吞吐量的要求基本数据业务对网络吞吐量的要求数据类型数据类型突发性突发性延迟容许延迟容许响应时间响应时间吞吐量吞吐量(Mbps)(Mbps)E-MailE-Mail高高非实时0.0040.02文件传输文件传输较高高非实时0.01语音语

19、音中低实时0.0040.064视频点播视频点播低低实时1.550LANLAN互联互联高高实时410服务器访问服务器访问中高实时4102006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 204IPIP数据速率：数据速率：8615.059kbps8615.059kbps4传输方式：传输方式：DVB-SDVB-S路由器路由器IPEASI-MUXPCR插入插入RS码码(204,188)+3/4 FECQPSK-Mod+65kbps1.251.25+125kbps8615.059kbps+100kbps204/188204/1884/34/38000kSps滚降系数滚降系数= =0.35,于是得到带宽为于是得

20、到带宽为10800kHzFSH10768.82375kbps10833.82375kbps10958.82375kbps11058.82375kbps16000kbps2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 214话务量估算话务量估算4话务量估算的必要性话务量估算的必要性4当实际话务量超过设计允许值时，呼损率将提高，当实际话务量超过设计允许值时，呼损率将提高，导致服务质量的下降导致服务质量的下降4话务量的计算方法话务量的计算方法4根据话务量，计算卫星信道数目、地球站提供的话音接根据话务量，计算卫星信道数目、地球站提供的话音接口数目；或对于口数目；或对于VoIPVoIP，预算关守处理能力以

21、及语音信息，预算关守处理能力以及语音信息占用的数据速率。占用的数据速率。2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 224BHCA (Busy Hour Call Attempt)BHCA (Busy Hour Call Attempt)：忙时呼叫尝试：忙时呼叫尝试4话务量：一个忙时系统内话路占用的平均时间，话务量：一个忙时系统内话路占用的平均时间，为系统平均呼叫次数与呼叫平均持续时间之积。为系统平均呼叫次数与呼叫平均持续时间之积。单位为欧兰（单位为欧兰（ErlangErlang）4电信级运营商长途话路每线参考负荷电信级运营商长途话路每线参考负荷BHCABHCA为为2828次次，平均呼叫持续

22、时间为，平均呼叫持续时间为9090秒，即参考话务量为秒，即参考话务量为0.7 0.7 欧兰欧兰(28(2890/3600)90/3600)4不同应用场合下，实际不同应用场合下，实际BHCABHCA和平均呼叫持续时间和平均呼叫持续时间会不同。如电信网中的会不同。如电信网中的VoIPVoIP业务，由于其价格便业务，由于其价格便宜，因而平均呼叫持续时间会大于一般电信话路宜，因而平均呼叫持续时间会大于一般电信话路情况；而专用网应用中，可能会更长。情况；而专用网应用中，可能会更长。2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 234话务量与阻塞率的关系话务量与阻塞率的关系欧兰公式与欧兰表欧兰公式与欧兰表

23、4欧兰公式欧兰公式4A A话务量话务量4N N信道数或中继线数信道数或中继线数4B B阻塞率阻塞率4欧兰表欧兰表NiiNiANAANB0!/!/),(N NB=0.001B=0.001B=0.003B=0.003B=0.010B=0.010B=0.030B=0.030B=0.100B=0.10012124.23144.23144.90384.90385.87605.87607.14107.14109.47409.474013134.83064.83065.55885.55886.60726.60727.96677.966710.469910.469914145.44645.44646.2290

24、6.22907.35177.35178.80358.803511.473511.47352006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 244传统电路交换方式传统电路交换方式PSTNPSTN与与VoIPVoIP方式的比较方式的比较性能性能IPIP电话电话传统电话传统电话传输媒体传输媒体互联网互联网PSTNPSTN交换方式交换方式分组分组电路电路带宽利用率带宽利用率高高低低费用费用低低高高时延时延较长较长低低话音质量话音质量低低高高网站网站上有在线话务量计算器以及上有在线话务量计算器以及VoIP话路与数据流量话路与数据流量计算器计算器1路路IP电话占用带宽为十几至几十电话占用带宽为十几至几十kbp

25、s不等不等,视编码方式和传输方式而视编码方式和传输方式而定定.2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 251.2.3 1.2.3 设备与卫星资源的选择设备与卫星资源的选择4通信设备选择依据通信设备选择依据: :4主要业务对于多址技术、组网方式的要求主要业务对于多址技术、组网方式的要求4辅助业务的实现可能性辅助业务的实现可能性4网络管理功能是否附合要求网络管理功能是否附合要求4设备提供的接口是否满足要求设备提供的接口是否满足要求4系统扩容是否方便系统扩容是否方便4通信卫星的选择依据：通信卫星的选择依据：4卫星的卫星的EIRPEIRP与与G/TG/T覆盖，以及由此而确定的终端天线覆盖，以及由

26、此而确定的终端天线口径、发射功放输出等参数是否附合用户要求、是口径、发射功放输出等参数是否附合用户要求、是否有利于降低设备成本否有利于降低设备成本4卫星对各个设站地点的仰角卫星对各个设站地点的仰角2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 264多址方式、载波速率的选择多址方式、载波速率的选择4不同多址方式适合的业务类型不同多址方式适合的业务类型4TDMATDMA中、高速综合业务中、高速综合业务4DAMA-SCPCDAMA-SCPC稀路由稀路由( (多方向、低容量多方向、低容量) )话音业务话音业务4TDM/TDMATDM/TDMA低、中、高速点对多点数据业务低、中、高速点对多点数据业务4载

27、波速率选择载波速率选择4数据业务数据业务依据业务种类及流量进行选择依据业务种类及流量进行选择4话音业务话音业务PCM-64kbpsPCM-64kbps，ADPCM/CVSD-32kbpsADPCM/CVSD-32kbps，声，声码话码话-2.4-2.416kbps16kbps2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 274网络框架的规划网络框架的规划4系统框架系统框架4根据用户要求，确定地球站的地点与种类4根据业务特点，确定地球站的组网方式4确定卫星网与其他网络的互联关系4网络管理功能4卫星站配置卫星站配置4与外部设备、网络的接口4与业务量、卫星链路相关的软、硬件配置4卫星带宽占用情况预算

28、卫星带宽占用情况预算4信道数目、信道带宽所决定的卫星带宽4占用的卫星功率（EIRP）2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 284与公用网、专用网的接口与公用网、专用网的接口4数据网的接口类型数据网的接口类型4OSI七层协议模型4OSI模型中与通信相关的只有低4层协议，因此在考虑接口时，应考虑低4层的兼容性4各层协议举例： 物理层：RS-232、V.35、RS-422、USB、10Base-T/100Base-T 数据链路层：HDLC、PPP、802.3 网络层：IP、IPX 运输层：TCP、UDP、SPX4卫星链路长延时对通信协议的影响卫星链路长延时对通信协议的影响（“协议哄骗协议哄骗

29、”技术）技术）物理层数据链路层网络层运输层会话层表示层应用层OSI模型与通信网设计相关2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 294与公用网、专用网的接口与公用网、专用网的接口4电话网的接口类型电话网的接口类型4模拟接口：模拟接口：FXS/FXO接口、接口、E&M接口接口4数字接口：数字接口：E1接口接口2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 302006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 314天线的增益与波束宽度天线的增益与波束宽度4有效全向辐射功率有效全向辐射功率4自由空间传输损耗自由空间传输损耗4转发器的工作点转发器的工作点4噪声与损耗噪声与损耗2006卫星通信工程师培训

30、卫星通信工程师培训 324天线的增益天线的增益收点收到的功率无方向天线辐射时，接点收到的最大功率定向天线辐射时，接收G对于微波天线对于微波天线24 AG 波束宽度波束宽度（度）D7021所谓半功率角是指主叶瓣上场强为主射方向场强的所谓半功率角是指主叶瓣上场强为主射方向场强的1/2= 0.707时（即功时（即功率下降率下降1/2时），两个方向间的夹角时），两个方向间的夹角2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 334 计算：直径3米，效率为65%的卡塞格伦天线，在6GHz频率下的增益与半功率角。4 若直径改为10米，其它条件不变，计算上述二值4 工作频率改为14GHz，重新计算3米天线的上

31、述两个参数解：m05.0106103fc982309465.005.05.14G22 dB.G643于是， dB.G15410米天线，对350100507021.当3米天线采用14GHz作为工作频率时m021.01014103fc9813092365.0021.05.14G22 dB51G 于是，49.03021.070212006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 34发射机接射机dGTGR)/(422mWdGPWTTE在接收点的功率密度（单位面积上的功率）为于是接收天线收到的功率为2244dGGPdAGPAWPRTTTTER2006卫星通信工程师培训卫星通信工程

32、师培训 35自由空间传输损耗自由空间传输损耗fRTTRLGGPP GTGRL发送点发送点（PT）接收点接收点（PR）式一般性地描述通信线路中信号的传输，称之为“通信距离方程”24dLf代入 可得。将Lf定义为：由于电磁波在自由空间无方向性地辐射，使得只有少部分信号被接收点收到，而其他大部分无法被收到的能量即视为损耗 2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 36TTGPEIRP若考虑馈线损耗，则FTTLGPEIRP：在接收点进行测量时，将PT功率送入增益为GT、最大辐射 方向指向接收点的发射天线时所测得的结果与将PTGT功率送入无方向性发射天线时所测得的结果是相同的。2006卫星通信工程师

33、培训卫星通信工程师培训 374计算卫星计算卫星C C波段上行链中的波段上行链中的Lf24lg10dLfdB1 .199106/10310357864lg102983(若不以dB形式表示，则为1020数量级)2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 384工作点工作点4输入补偿输入补偿4输出补偿输出补偿4多载波与单载波工作时的输出功率多载波与单载波工作时的输出功率总输入功率（总输入功率（dBW）总输出功率（总输出功率（dBW）多载波工作点多载波工作点多载波曲线多载波曲线单载波曲线单载波曲线输出补偿BOo输入补偿BOi单载波饱合点单载波饱合点2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 394

34、为使卫星转发器单载波饱和工作，在其接收天线为使卫星转发器单载波饱和工作，在其接收天线的单位有效面积上应输入的功率，一般以的单位有效面积上应输入的功率，一般以W W或或SFDSFD表示表示发射机转发器GTGR卫星卫星地球站地球站PR2.244fSEfTTfRTTRLEIRPLGPALGGPAPW即 )/(4lg1022.mdBWLEIRPWfSE2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 404FCAFCA（Flux Control Attenuator Flux Control Attenuator ）：通量衰减控）：通量衰减控制器制器 HPAFCA可变增益放大器可变增益放大器总输入功率（总

35、输入功率（dBW）总输出功率（总输出功率（dBW）FCA0FCA=02006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 414接收天线增益与接收系统总的等效噪声温度的比值称为地球站的G/T值，也称性能因数性能因数或品质因数品质因数。（Figure of merit）实际接收机实际接收机计算系统噪声温度的参考点计算系统噪声温度的参考点实际天线实际天线T无噪声无噪声接收机接收机无噪声天线无噪声天线噪声源噪声源 等效图中的噪声源是将天线、接收机的所有噪声全部集中起来的等效。其中，天线的噪声包括了天线本身的热噪声以及天线从外部接收的噪声。所以此噪声源可以理解为是上噪声的集中等效。2006卫星通信工程师培训卫

36、星通信工程师培训 424噪声、干扰噪声、干扰4热噪声热噪声4互调噪声互调噪声4共信道干扰共信道干扰4交叉极化噪声交叉极化噪声4邻星、邻站干扰邻星、邻站干扰4邻道干扰邻道干扰2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 434由传输媒质中带电粒子随机运动而产生的。由传输媒质中带电粒子随机运动而产生的。RRinRRin)/(0HzWkTn 其中：k为玻耳兹曼常数，1.38054 10-23J/KT为电阻R的绝对温度2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 444热噪声的等效带宽热噪声的等效带宽RRin无噪声线无噪声线性网络性网络N npnBkTGB)f(HkTdffHnN20020H(f0)B

37、nf0 pnGdffHfHdffHB022002其中B即为等效噪声带宽2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 454等效噪声温度等效噪声温度R有噪声线有噪声线性网络性网络NR无噪声线无噪声线性网络性网络Nk(T+Te)PniGNBkTNPneiGBTTkNTe即为网络的等效噪声温度进一步可得到输出端的信号与噪声功率比S/NieiiieinieipnpiTTNSTTTkBSTTGkBGSNS11)1 ()(/2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 461290lg10eTNF110290)(10NFeKT010TTN/SN/SNFeTiiR有噪声线有噪声线性网络性网络NSi/NiS/

38、NTi=T04噪声系数（噪声系数（Noise Figure） ：一个电阻与线性网：一个电阻与线性网络匹配连接，当该电阻处于室温络匹配连接，当该电阻处于室温T0条件下，输条件下，输入信噪比与输出信噪比的比值称为噪声系数。入信噪比与输出信噪比的比值称为噪声系数。室温室温T0定为定为290K。通常以。通常以F或或NF表示。表示。2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 47f1f2f3f4f5f1f2f3f4f52f4 -f52f3 f22f2 f1 减小互调噪声的方法是使得转发器的工作点靠近线性减小互调噪声的方法是使得转发器的工作点靠近线性区，但这将使转发器的发射功率不足（一般用于频带受限区，

39、但这将使转发器的发射功率不足（一般用于频带受限系统）；系统）； 另一种方法是使各个载波按不等间隔排列，即力另一种方法是使各个载波按不等间隔排列，即力求产生的互调产物不会落在有用信号的频带内，这将使转求产生的互调产物不会落在有用信号的频带内，这将使转发器的频带得不到充分利用（一般用于功率受限系统）。发器的频带得不到充分利用（一般用于功率受限系统）。2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 484共信道干扰以隔离度表示，即有用信号的功率与共信道干扰以隔离度表示，即有用信号的功率与干扰的功率之比干扰的功率之比区域1区域 2主瓣旁瓣多波束卫星 下行下行上行上行2006卫星通信工程师培训卫星通信工程

40、师培训 494收发天线极化隔离不理想收发天线极化隔离不理想4传输中由雨滴引入的极化方向改变传输中由雨滴引入的极化方向改变4电磁法穿过地球磁场引入的法拉第效应电磁法穿过地球磁场引入的法拉第效应XY扁平状雨滴原始极化方向经雨滴后极化发生改变同极化分量同极化分量交叉极化分量交叉极化分量(dB)lg10交叉极化分量的功率同极化分量的功率XPD极化鉴别度XPD通常要求即使在降雨期间，XPD不低于20dB2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 504上行链路上行链路来自相邻卫星系统卫星站发送信号的干扰来自相邻卫星系统卫星站发送信号的干扰4下行链路下行链路来自相邻卫星的下行链路信号的干扰来自相邻卫星的

41、下行链路信号的干扰主瓣旁瓣主瓣旁瓣2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 514与地面微波中继系统间的干扰与地面微波中继系统间的干扰4GHz6GHz6/4GHz4GHz6GHz4GHz中继站中继站6GHz中继站中继站卫星地球站卫星地球站2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 524产生原因有以下两个：产生原因有以下两个：4相邻信道间隔过小和滤波不完全相邻信道间隔过小和滤波不完全4工作频带相近的其他站的寄生发射工作频带相近的其他站的寄生发射信道2信道3信道1f1f2f3邻近信道干扰信道带宽B保护带2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 53除了自由空间传输损耗外，还存在着下列损

42、耗除了自由空间传输损耗外，还存在着下列损耗大气损耗：大气层对信号的吸收与散射大气损耗：大气层对信号的吸收与散射 雨衰：雨滴对电磁波的吸收雨衰：雨滴对电磁波的吸收大气折射引起的损耗：由大气层对电磁波折射率不均大气折射引起的损耗：由大气层对电磁波折射率不均匀引起匀引起天线方向跟踪误差损耗：由星体漂移、天线跟踪精度天线方向跟踪误差损耗：由星体漂移、天线跟踪精度不够及大气折射等原因引起不够及大气折射等原因引起极化误差损耗极化误差损耗多径衰落多径衰落电离层闪烁：由电离层的不均匀性及时变性引起的信电离层闪烁：由电离层的不均匀性及时变性引起的信号振幅、相位、极化等参数的不规则变化号振幅、相位、极化等参数的不

43、规则变化2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 544雨衰雨衰雨衰是降雨率的函数，降雨率是指某地区雨水蓄雨衰是降雨率的函数，降雨率是指某地区雨水蓄积的速度，以积的速度，以mm/hmm/h为单位。为单位。 某一地区的降雨情某一地区的降雨情况一般描述为：降雨率超过况一般描述为：降雨率超过R Rp pmm/hmm/h的时间比率为的时间比率为p%p%。 由由R Rp p可得到单位传输距离上由降雨引入的衰减可得到单位传输距离上由降雨引入的衰减 其中其中a和和b两参数与频率及极化方式有关。两参数与频率及极化方式有关。kmdBaRbp/2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 554a、b数值参下

44、表数值参下表频率（频率（GHzGHz）ahavbhbv1 10.00003870.00003870.00003520.00003520.9120.9120.880.882 20.0001540.0001540.0001380.0001380.9630.9630.9230.9234 40.000650.000650.0005910.0005911.1211.1211.0751.0756 60.001750.001750.001550.001551.3081.3081.2651.2657 70.003010.003010.002650.002651.3321.3321.3121.3128 80.0

45、04540.004540.003950.003951.3271.3271.311.3110100.01010.01010.008870.008871.2761.2761.2641.26412120.01880.01880.01680.01681.2171.2171.21.215150.03670.03670.03350.03351.1541.1541.1281.12820200.07510.07510.06910.06911.0991.0991.0651.06525250.1240.1240.1130.1131.0611.0611.031.0330300.1870.1870.1670.1671

46、.0211.0211 1由表中数据可见，频率越高的电磁波所遭受的雨衰越大由表中数据可见，频率越高的电磁波所遭受的雨衰越大2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 564上行链路中雨衰的克服：发送站采用上行功率控制或选上行链路中雨衰的克服：发送站采用上行功率控制或选择较大余量的功放；择较大余量的功放；4下行链路中雨衰的克服：降雨备余量。下行链路中雨衰的克服：降雨备余量。左图为使用左图为使用SatMaster得得到的位于雨区到的位于雨区N的某地的某地Ku频段下行链路可用度与雨频段下行链路可用度与雨衰的关系。衰的关系。由图中可见，对链路要求由图中可见，对链路要求的可用度越高，则进行链的可用度越高

47、，则进行链路设计时要使用的雨衰预路设计时要使用的雨衰预算值越大。算值越大。2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 574卫星线路计算的任务：卫星线路计算的任务：4已知转发器及地球站的参数，计算地球站能得到的载噪已知转发器及地球站的参数，计算地球站能得到的载噪比以及相应的发射比以及相应的发射EIRPEIRP（用于对线路进行评估）（用于对线路进行评估）4已知转发器及接收机的基本参数，确定地球站的天线尺已知转发器及接收机的基本参数，确定地球站的天线尺寸、发射功率等（用于对设备配置进行估算）。寸、发射功率等（用于对设备配置进行估算）。2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 58 一般线路计

48、算中主要是对地球站一般线路计算中主要是对地球站天线尺寸天线尺寸、发射功放发射功放、占用的、占用的卫星功卫星功率率及及链路可用度链路可用度进行优化设计。进行优化设计。4天线口径小，则天线及其基座的造价便宜，安装方便，但对HPA输出功率、卫星EIRP、抗雨衰等问题带来不利影响；4HPA通常按发射功率分为几种规格。HPA的发射功率增大一级，其价格增加较多，而减小发射功率又会导致天线增大4转发器租费是按占用卫星转发器功率或频率百分比来计算的（按二者间最大者计），故优化后这两个百分比应基本相同。其中占用的带宽主要取决于用户通信量，而占用卫星功率则取决于接收天线口径。4链路可用度主要是指抗雨衰能力。可用度

49、越高，则下雨时通信越不易中断，但这就要求系统中有较大的降雨备余量，即较大的天线及发射功率2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 594计算计算系统总的载噪比系统总的载噪比( (接收机入口处接收机入口处) )，以此为基，以此为基础对其他参数进行计算础对其他参数进行计算nnnkBTCBnCBTkCNC1110可见，C/T，C/n0，C/N是对应关系6 .228log100TCkTCnC(其中k=1.38054x10-23)2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 60CTCTCTCTCTTTTTTCTCIDIUIMDUIDIUIMDU11111111IMIDIUDUTCTCTCTCTCT

50、CA站理想站理想发射机发射机理想转发器理想转发器B站理想站理想接收机接收机TIMTUTIUTDTIDabc图中b点处即式中各量均为b点处的值2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 61A站理想站理想发射机发射机理想转发器理想转发器B站理想站理想接收机接收机TIM2TU1TIU1TDTIDabc实际上b点处的UTCIUTC和与a点处的1U1TC1IU1TC和相等b点处的IMTC与c点处的2IM2TCa点载波功率为C1c点载波功率为C2b点载波功率为C相等2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 62111111IMIDIUDUTCTCTCTCTCTC因此在计算中下式中各参量按如下方法计

51、算2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 63转发器参考点1、单载波饱和工作、单载波饱和工作USSELGEIRPCSUSESUSSEUTGLEIRPTLGEIRPTC SUSEUTGLEIRPTC用dB形式表示即为2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 64另一种方法：24SSSSSSRUTGWTAWTPTC以dB形式表示即为SSUTGWTC24log10由于AG42所以前者又称为“单位面积天线增益”24 AG 2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 652、多载波工作时整个转发器的、多载波工作时整个转发器的C/T SUiSESUMEUTGLBOEIRPTGLEIRPTCSi

52、SUTGBOWTC24log10iSSSSiSSRUBOTGWTBOAWTPTC24/另一种方法为2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 663、多载波工作时某一载波单独的、多载波工作时某一载波单独的C/T的定义： EIRPEIRPYEIRPEIRPY输出功率或实际工作点，卫星总的出的功率或对所研究载波，卫星输输出功率或实际工作点，卫星总的出的功率或对所研究载波，卫星输log10 其含义即为卫星转发器上某一载波的其含义即为卫星转发器上某一载波的输出输出功率或功率或EIRPEIRP在总的在总的输出输出功率或功率或EIRPEIRP中所占的比例。中所占的比例。在后面的计算中认为转发器某一载波在

53、后面的计算中认为转发器某一载波输入输入功率或功率或EIRPEIRP在总在总输入输入功率或功率或EIRPEIRP中所占的比例与输出中所占中所占的比例与输出中所占比例相同。比例相同。2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 67 SUiSESUMESUEUTGLYBOEIRPTGLYEIRPTGLEIRPTC1 SiSUTGYBOWTC24log10于是多载波工作时某一载波某一载波单独的C/T用另一种方法，则有2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 681、单载波饱和工作、单载波饱和工作EDESSDTLGEIRPTC以dB形式表示即为 EDSSDTGLEIRPTC若考虑到降雨备余量，则

54、MTGLEIRPTCEDSSD2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 692、多载波工作、多载波工作 EDoSSEDMSDTGLBOEIRPTGLEIRPTC考虑到降雨备余量，则 MTGLBOEIRPMTGLEIRPTCEDoSSEDMSD2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 703、多载波工作时某一载波的、多载波工作时某一载波的C/T值值 YTGLBOEIRPYTGLEIRPTGLEIRPTCEDoSSEDMSEDSD1若考虑到降雨备余量，则 MYTGLBOEIRPMYTGLEIRPTCEDoSSEDMSD2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 714一般情况下，卫星的互

55、调噪声特性可能以一般情况下，卫星的互调噪声特性可能以 C/TC/TIM IM 形式直接给出；也可能给出卫星互形式直接给出；也可能给出卫星互调噪声功率谱密度调噪声功率谱密度 n n0 0 IMSIMS, , 此时此时 C/TC/TIM IM 可按下式计算可按下式计算 knEIRPTCIMSMSIM0(此为多载波工作时总载波功率与T的比值）2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 724上行链路中的上行链路中的 C/TC/TIU IU 一般情况下可取典型值一般情况下可取典型值，但也可只考虑邻星干扰，此时可按，但也可只考虑邻星干扰，此时可按 CCIRCCIR（ITUITUR R）建议进行计算。根

56、据建议进行计算。根据CCIR CCIR 建议建议5245241 1规定地球站最大偏轴辐射功率谱密度为规定地球站最大偏轴辐射功率谱密度为 4000lg103lg25320n据此可得 kEIRPTCMEIU4000lg103lg2532(此为多载波工作时总载波功率与T的比值）2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 734下行链路中的下行链路中的 C/TC/TIDID一般情况下可取典型值，一般情况下可取典型值，但也可只考虑邻星干扰，此时可按如下方法进但也可只考虑邻星干扰，此时可按如下方法进行计算行计算 kBGEIRPGEIRPLkBGEIRPLGEIRPTCISERISERMSDISERISD

57、ERMSID其中EIRPIS为干扰卫星的EIRP，以一个转发器计算，取一典型值即可GER为地球站接收天线增益GER为在干扰卫星方向上地球站天线的增益，按3225lg计算（ 为卫星间隔角度，一般取3）BIS为干扰卫星转发器的带宽，以36/54/72MHz计算2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 744在数字通信中，传输质量以误比特率衡量。不在数字通信中，传输质量以误比特率衡量。不同的调制解调方式、不同的纠错编码方式，为同的调制解调方式、不同的纠错编码方式，为达到要求的误比特率需要的达到要求的误比特率需要的(E(Eb b/n/n0 0) )thth是不同的是不同的，其对应的载噪比也是不同的

58、，其对应的载噪比也是不同的 nbbthnbbthBRnENCBnERNC00103104BPSK/QPSK相干解调PCM编码要求的Eb/n0DM编码要求的Eb/n02006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 754例例1 1 ：WS-67.5.dBW/m2工作频段：CBOi = 11dB(G/T)S=-11.6dB/KEIRPS.S=26dBWBOO = 6dBG/TE = 41.3dB/KC/TIM = -131.7dBW/KC/TI = -130dBW/K带宽：36MHz：地球站总的EIRPE.M，总的C/T，总的C/N2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 76解：解：先求出上下

59、行自由空间传输损耗dB1.199106/103106.357864lg10D4lg10L29832fU上行链路考虑0.7dB大气损耗，于是LU 199.8dBdB6.195104/103106.357864lg10D4lg10L29832fD下行自由空间传输损耗下行链路考虑0.6dB大气损耗，于是LD 196.2dB2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 77求各地球站总的EIRP 24iSiSSUMEBOWBOGAWLEIRP dBWLBOWEIRPUiSME3 .8442于是有2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 78求上行链路C/TUKdBWTGBOWTCSiSU/1 .1

60、27)6 .11(11375 .674lg102求下行链路C/TD KdBWTGLBOEIRPTCEDOSSD/9 .1343 .412 .1966262006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 79求总的C/TK/W1095.110TC13101.127UK/W1024.310TC14109.134DK/W1076.610TC14107.131IMK/W1000.110TC1310130IK/W1064.1101048.11009.31013.51TC1413131312K/dBW8.137TC2006卫星通信工程师培训卫星通信工程师培训 80求 C/N dB2.151036lg106.2