卫星通信信道链路参数计算与模拟

综合课程设计卫星通信信道链路参数计算与模拟姓名:

学号:、课程设计内容及基本参数

设计目的近年来互联网和移动通信飞速发展，使得网络终端用户数量不断扩大、新业务不断增加，这对通信技术的发展提出了新的挑战。卫星通信系统以其全球覆盖性、固定的广播能力、按需灵活分配带宽以及支持移动终端等优点，逐渐成为一种向全球用户提供互联网络和移动通信网络服务的补充方案。本学期我们学习了《微波与卫星通信技术》这门课程，对于卫星通信技术有了基本的了解。本课程设计基于已学的的基本理论，对卫星通信信道链路参数进行计算和模拟，从而掌握卫星通信信道链路参数计算的基本方法，了解影响卫星通信信道性能的因素。同时熟悉Matlab编程仿真过程，利于今后的学习和研究。基本参数列表涉及参数参数值对地静止卫星位置东经12。地球站位置东经01。北纬11。调制方式QPSK通信频率f2GHz降雨率Rp12mm/h[EIRP]80dBW地球站接收机带宽B40MHz水蒸气密度Pw0.2g/m3其他损耗［L。］6dB接收机滚降系数a0.2h w0 2.1km表1根据学号得到的系统参数涉及公式1)ITU法计算雨衰值:(1)⑵A=K(R)aL(R,B)(dB)(1)⑵p p其中，Rp为降雨率，单位为mm/h,B为仰角，可以通过以下经验公式获得a=1.41义f-0.0779(0.5<f<25)K=4.21X10-5Xf2.42(0.9<f<54)

上式中频率f的计算单位为GHz。雨衰距离：L(R,P)=[7.41x10-3R0.766+(0.232-1.8x10tR)sinP卜i(km)(4)p p p2)ITU法计算氧、水蒸气分子吸收损耗值：氧分子损耗率，对于57GHZ以下的频段，可以按下式近似计算Y=[7.19x10-3+―609—+ 481 ]•f2・10-3(dB/km) (5)0 f2+0.227(f-57)2+1.50对流层氧气的等效高度^0和水蒸气的等效高度可分别按如下公式确定:h0=6km(f<57GHz)因此，对于氧分子的吸收损耗为：(6)Ro2水蒸气分子损耗率与频率和水蒸气密度P(g/m3)有关，对于350GHz以下频段，(6)都可以用下式计算(dB/km)：7=[0,05+0.0021p+ 36 + 106 + 89 ]-f2.p-10-4TOC\o"1-5"\h\zw w(f-22.7)2+8.5(f-183.3)2+9.0(f-325.4)2+26.3 w对流层水蒸气等效高度hW可按如下公式确定：7 7rl 3w) 5.0 2.5h=h[1+ + + ](km)w w0 (f-22.2)2+5(f-183.3)2+6(f-325.4)2+4(f<350GHz)(8)其中，hw0取2.1km。同样，对于水蒸气分子的吸收损耗为：(9)RH2O=7whw(dB)(9)3)给出经纬度，计算卫星于地面距离及仰角P;同步卫星的经度0，地心角°定义为从地心点看卫星与卫星终端之间的夹角，卫S 八星终端所在地的经度和纬度(°l9L),卫星距地球中心的距离近似为r=42164.2km,地球的平均赤道半径为R=6378.155km。(10)(11)cos0=cos。cos0-0)(10)(11)d=:R2+r2-2Rrcos0

ee e如图1所示,A为卫星，B为地心，C为地球站，仰角为地球站与卫星连线与水平面之间的夹角，利用余弦定理可得地心角与仰角之间关系:图1图1卫星与地球站的三角关系图cos#d2+r2.R22rdTOC\o"1-5"\h\zP=90-… (13)4)路径损耗\o"CurrentDocument"92.4+20lgd+20lgf(dB) (14)其中，d的单位为km,f的单位为GHz，公式中符号取101g[口下面的公式中都取对数计算。5)品质因素Q=[E]+[L]+[L]+[k]+[R]+[A]+[R]+[R]-[EIRP](dB/K)(15)N 0 0 b O2 H2O0其中，k为玻尔兹曼常数，l0为其他损耗。6)天线的增益[G]=Q+[T](dB) (16)其中T为接收天线的等效噪声温度。7)天线的口径其中，入为电磁波传输的波长，D=其中，入为电磁波传输的波长，D=“兀“为天线效率。(17)、计算部分计算卫星到地面站的距离,.COS0=cos。jos@「0S)带入数值后可得cose=0.964 e=15.5。(1)(2)TOC\o"1-5"\h\zd=碑2+r2—2Rrcose因r=42164.2km且R=6378.155km故d=36058.61kme e(1)(2)计算地面站对准卫星时的仰角d2+r2-R2p=90-^-ecosp=90-^-e2rd3=2.7。 p=71.8。计算下行链路的路径损耗f=2GHz [L]=92.4+20lgd+20lgf=189.55dB (3)计算下行链路的降雨、氧气和水蒸气的吸收损耗由经验公式求得a=1.41xf-0.0779=1.335，K=4.21x10-5xf2.42=2.253k10-4已知R=12mm/h，可得L(R,p)=3.73km得到雨衰值A=K(R)aL(R,p)=0.0232dB ⑷p p氧分子吸收损耗值计算Y=5.798x10-3Ro2=Y0h0=0.0348dB水分子吸收损耗值计算Y=4.725x10-6h=2.1158(6)Rho=ywhw=9.986x10-6dB(6)利用QPSKBEREb/N0计算公式计算，若需要达到10八(-5)误比特率(Eb/No=10dB)，需要地球站品质因数为多少B=(1+a)R R=R/(logM)QPSK调制，M=4故可得Rb=66.67」Hz，[Rb]=78.239dB,又知上]二-228.6(^Q=[E]+[L]+[L]+[k]+[R]+[A]+[R]+[R]-[EIRP]=-24.75dB⑺Ns0 b O2 H2O0若地球站的接收天线等效噪声温度为20七则接收地球站的增益为多少？若地球站为定向抛物面天线，天线效率为0.7,则天线口径为多大:G入[G]=Q+[T]D=，-x-G=0.0669D=0.0148m三、绘图部分绘制在给定降雨量(10mm/h,30mm/h,100mm/h)的情况下，降雨衰减同仰角(0-90)的关系图0.450.40.450.40.35图20.35图2给定降雨量时降雨衰减同仰角关系*Rp=10mm/hORp=-3Qmm/hR口二1口口ITilYiJh

绘制在给定仰角(15,45,90)的情况下，降雨衰减同降雨量(0-120mm/h)的关系图图3给定仰角时降雨衰减同降雨量的关系453口,3-UO图3给定仰角时降雨衰减同降雨量的关系453口,3-UOTOJ6O-1^口绘制在给定水蒸气密度（0.2g