卫星通信系统

卫星通信系统第1页，共45页，2023年，2月20日，星期五第四章卫星链路设计4.1传输方程

4.2基本卫星链路分析4.3卫星链路干扰分析4.4降雨衰减分析4.5信号阻挡和多径衰落4.6卫星系统的可用度和设计实例第2页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.5信号阻挡和多径衰落4.6卫星系统的可用度和设计实例第四章卫星链路设计第3页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.1传输方程4.1.1引言图4-1绘出与链路设计有影响的、一个网络的主要组成部分。由信号的始发站到终点站，从无线电链路设计的目标来看，可以划分为：地球站~卫星链路(或上行链路)；卫星；卫星~地球站(或下行链路)三部分。第4页，共45页，2023年，2月20日，星期五图4-1用于端对端链路设计的、从信号始发站到终点站的无线电链路划分

第5页，共45页，2023年，2月20日，星期五

4.1.2传输方程

传输方程是设计无线电链路的基础。这个方程描述发送地球站发送的射频功率，与接收地球站收到的射频信号功率、传输频率、和发射机到接收机之间距离的关系。

第6页，共45页，2023年，2月20日，星期五EIRP一般都用dBW单位来表示，即有：

EIRP(dBW)=10lgGT+10lgPT第7页，共45页，2023年，2月20日，星期五功率通量密度Pfd的分贝值为：

Pfd=EIRP–10lg4πd2(dBW/㎡)第8页，共45页，2023年，2月20日，星期五使用距离d处的Pfd

表示式，当天线口径面积为AR时，接收地球站收到的载波功率为：

C=PfdAR(W)第9页，共45页，2023年，2月20日，星期五实际上由于天线系统具有的各种损耗，会损失某些功率，因而收到的载波功率应改写为：

C=ηPfdAR(W)第10页，共45页，2023年，2月20日，星期五传输方程为：

C=PTGTGR(λ/4πd)2

用分贝形式表示有：

C(dBW)=PT(dBW)+GT(dB)+GR(dB)–20lg(4πd/λ)第11页，共45页，2023年，2月20日，星期五

4.1.3其它传输损耗1.馈线损耗2.天线未对准损耗3.大气层和离子层损耗4.法拉第旋转第12页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.2基本卫星链路分析就一定的信息比特率而言，欲达到要求的信息传输质量，需要在信号调制类型和卫星链路的载噪比之间加以折衷。卫星链路的载噪比是本章讨论的重点。第13页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.2.1上行载噪比计算图4-4基本卫星链路(睛天，卫星转发器是透明型)

第14页，共45页，2023年，2月20日，星期五上行载噪比为：第15页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.2.2下行载噪比和总的载噪比计算

设为卫星重发载波时的EIRP，则有：

或

第16页，共45页，2023年，2月20日，星期五在接收地球站，合成噪声功率为：第17页，共45页，2023年，2月20日，星期五整个卫星链路载噪比第18页，共45页，2023年，2月20日，星期五链路总载噪比为：

第19页，共45页，2023年，2月20日，星期五按物理意义用分贝数写出下行链路载噪比为：第20页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.2.3卫星上高功放的输入和输出回退量用于单载波放大的HPA，典型的归一化功率增益特性如图4-5所示。HPA输出功率最大的工作点称为饱和点。

第21页，共45页，2023年，2月20日，星期五图4-5卫星上高功放的输入和回退量第22页，共45页，2023年，2月20日，星期五设BOi和BO0分别是输入和输出回退量，它们定义为：

或第23页，共45页，2023年，2月20日，星期五可得出：第24页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.2.5再生型转发器的计算公式当时，给出的误比特率为：第25页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.3卫星链路干扰分析

假定所有干扰信号(包括AWGN)，都是彼此无关的广义平稳随机过程，其均值为零。第26页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.3.1载波噪声干扰功率比总的卫星链路的载波噪声干扰比为：第27页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.3.2进入或来自邻近卫星系统的干扰来自地球站天线旁瓣进入到邻近卫星的干扰，如图4-8所示。第28页，共45页，2023年，2月20日，星期五图4-8天线辐射方向性图

第29页，共45页，2023年，2月20日，星期五图4-9(a)一个地球站看到的两颗卫星之间的间距

第30页，共45页，2023年，2月20日，星期五图4-9(b)邻近卫星系统干扰

第31页，共45页，2023年，2月20日，星期五已知θ，β和d有下列关系

,。

第32页，共45页，2023年，2月20日，星期五从地球站A2到卫星A的上行载波干扰比为

或第33页，共45页，2023年，2月20日，星期五从地球站A到卫星A1的下行载波干扰比为第34页，共45页，2023年，2月20日，星期五邻近卫星系统引起的总载波干扰比为第35页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.3.3地面微波等其它干扰1.地面微波干扰2.正交极化干扰3.邻近信道干扰

第36页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.3.4交调干扰产生的噪声

1.FDMA多址联接时的交调干扰2.交调干扰的导出3.高功放的最佳工作点第37页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.4降雨衰减分析系统设计人员为了真实地确定链路的有效性，建立链路余量、并提供防止降雨作用的有效方法，需要可靠地预测降雨衰减的大小。

第38页，共45页，2023年，2月20日，星期五1.降雨衰减预测2.降雨衰减计算ITU推荐的降雨衰减计算公式为

4.4.1降雨衰减预测和计算第39页，共45页，2023年，2月20日，星期五由衰减因子Ar引起的噪声温度增量为：4.4.2降雨衰减对系统噪声温度的影响

第40页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.4.3降雨引起的去极化效应在采用双极化运行、实现正交极化频率再用时，为补偿降雨去极化，可能不得不采取某些措施。地球站天线运行盖有屏蔽罩时，降雨对罩子的影响也必须考虑。

第41页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.4.4缓解降雨衰减的方法1.站址分集2.上行功率控制3.加信道纠错编码第42页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.6卫星系统的可用度和设计实例4.6.1卫星系统的可用度

通常定义系统的可用度为从发送地球站经过卫星，再到接收地球站的整个系统的可用度。如地球站故障和链路故障是互相独立的，则系统可用度为：PA=PA1PA2PALPAS

第43页，共45页，2023年，2月20日，星期五4.6.2一般卫星链路设计思路1.概述2.总的载波噪声比3.接收到的载波功率