卫星链路预算方法.doc

自中央、各省广播电视节目上卫星传输以来，许多电视台都配置了车载式卫星上行站。车载式卫星上行站是把采集到的视频和音频信号进行数字压缩处理后再进行卫星传送的电视采集系统，该系统尺寸、重量、造价都比固定上行站大大减小。通信卫星传送同传统的微波传送方式相比，避免了城市高大建筑物的阻挡，打破了传统对应用地形和区域的限制，能更快，更方便地转播重要的以及突发性新闻事件。 固定式卫星上行站一般采用大口径的发射天线，链路有较大的余量，而车载式上行站，天线直径一般不大，又多采用Ku波段工作频率，链路余量不大，在不同的地点采用多大的发射和接收天线，进行链路预算就显得十分必要。本文提供一个简单的使用Excel对链路进行预算的方法。 当今21世纪是信息时代，尤其是无纸化办公的推广，使得计算机应用广泛。微软办公套件软件功能强大，涉及日常工作的方方面面，加上对系统要求不高，兼容性强，因此已经几乎是所有计算机的标准配置。Excel就是微软办公套件中的制表软件，它具有兼容性强，操作简便等特点，目前已具有龙头制表软件的趋势，其他制表软件都要向它兼容。因此我这次选用Excel来进行链路预算。 微软办公套件软件对于初学者来说，仅仅只有其中的宏概念不太好理解，但是此次并没有涉及宏，因此对于如何建立表格，如何设计计算公式等不再赘述，我们只是谈谈具体上下行链路的预算方法。 系统整体框图如下，为节省存储空间和传输带宽，我们要在电视节目源端进行信源编码，在传输之前进行信道编码。 编码：MPEG-2在系统和传送方面作了详细的规定，特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。视频信号和音频信号输入至编码器，进行MPEG-2压缩编码，输出MPEG-2 DVB码流信号。较常见的两种MPEG-2压缩编码方式为4：2：2和4：2：0。相比较，4：2：2方式比4：2：0方式具有较高的图像质量，但信号码率也高，适用于须经多次编码的信号。 调制：信道编码可以提高数据传输效率，解决可靠性（抗于扰）问题，并可加入检错纠错功能，降低传输中的误码率。数字载波多采用调相方式，常见的信道编码方式有：QPSK（相移键控调制）、QAM（正交幅度调制）、VSB（残留边带调制）、COFDM（多载波频分复用调制），一般常用的是四相调制（QPSK）方式。编码器的MPEG-2基本码流送到调制器进行一系列扰码和调制，变换成70MHz或140MHz卫星中频信号或L波段信号。 目前已有编码、调制合于一体的编码器。 上变频：70MHz或140MHz卫星中频信号或L波段信号送入上变频器，变换为C或Ku波段的射频信号。 发射至卫星：C或Ku波段的射频信号经高功率放大器和天线发射至卫星。 为了进行链路预算，需要知道发射、接收站地的参数，所使用卫星的参数等。 发射、接收站参数包括地球站地点，地球站经度Qr，地球站纬度，天线直径D，天线效率，天线跟踪偏差，天线耦合损耗，LNB损耗(高频头和馈源损耗) Lf，天线噪声温度 Ta ，LNB噪声系数/温度 Tlnb，环境温度 To，大气吸收，对流层闪烁衰落，雨区，引起的上行雨衰，下行雨衰，发射站高功放（HPA）的功率，法兰盘处的实际输出，HPA 功率回退 BOhpa，上行链路功率控制 Gk，所需 Eb/(No+Io)门限值，传输信号的码率包括视频音频数据的码率以及开销和滚降系数；卫星参数包括卫星经度Qs，卫星转发器有效全向辐射功率EIRPs，卫星的品质因数G/Ts，卫星饱和通量密度 SFD，转发器带宽 B，转发器输入回退BOin，转发器输出回退BOo，卫星上行、下行频率f，以及卫星的邻频干扰、邻星干扰、极化干扰、交调干扰系数等。 根据链路预算的公式，用EXCEL编制了一个简单的计算表，只要输入这些参数即可求出全链路（包括上行和下行链路）的载噪比、链路余量等参数和所需上行发射功率。我们把这些输入参数设在开始蓝框区（见表1）。 各地区的经纬度，在网上很容易查到，这里举例用的是亚洲2号卫星（经度100.5E），发射天线选的是1.5米，接收天线用3米，使用Ku波段，大部分数据是卫星公司可提供的，这里主要说几个需要计算的： 数据信号码率（码率，比特率，数据带宽） Rb Rb （VbAbDb1Db2）*（1k） 其中Vb 为视频数据率 Ab 为音频数据率 Db1为低速数据数据率 Db2为高速数据数据率 k 为开销（0.20.5）为简化可设k0 传输流码率TR TR Rb*4/3*204/188 符号率（信息速率 / FEC编码率 / R-S编码率）* 调制因子 其中前向纠错(FEC)编码率（内编码）通常为可为1/2、2/3、3/4、5/6或7/8，外码编码 Reed-Solomon码率常用188/204 BPSK、8PSK和16QAM的调制因子分别为 1、1/2、1/3和1/4（1/LOG(2,M)），M为相数，如QPSK，M4，LOG(2,M)2载波噪声带宽和占用带宽的取值应分别为符号速率的1.2倍和1.4倍上行站等效全向辐射功率EIRPE根据定义 SFD EIRPE10lg(4d2) EIRPE10lg(44d22/( 42)EIRPEL10lg(2 / 4)所以 EIRPE SFDLU-10lg(4/2) 其中EIRPE 为上行站天线口处等效全向辐射功率 SFD 为卫星转发器饱和通量密度，通常与衰减器关联 d为地球站到卫星的距离，4d2为以d为半径的球面积 10lg(4/2)为对于波长的单位面积增益 LU 为上行链路自由空间传播损耗 对于点对点传输，用这个计算表很容易求出全链路的载噪比、链路余量等参数和所需上行发射功率。 对于点对面的广播式传输，按照计算表中的要求，经过简单的调节，使各地的链路计算中上行发射功率一致，便可求出各地全链路的载噪比、链路余量等参数和所需上行发射功率，或求出接收天线的大小。之所以需要进行调节，是因为各地的条件不同，卫星参数不同，各地全链路的载噪比不同，调节实际上是在找这个全链路载噪比值，调节时使各地上行链路的发射功率一致即可。 计算表中用到的基本公式是上行链路和下行链路的求载噪比的公式。上行链路载噪比：C/Nu每载波上行EIRPt上行链路总损耗 Lu卫星品质因数 G/Ts-10*lgK（228.6）噪声带宽10*lg(NBW)（NBWB） 下行链路载噪比：C/Nd每载波下行EIRPd下行链路总损耗Ld地球站天线品质因数G/Tr-10*lgK（228.6）噪声带宽 10*lg(NBW) 而每载波上行EIRPtEIRP每载波输入补偿IPBO 根据SFD定义，SFDEIRP10lg(4d2)EIRPLd10lg(4/2)，所以EIRP SFDLd10lg(4/2) EIRPtEIRPIPBOSFDLd10lg(4/2)IPBO 每载波下行EIRPdEIRPs每载波输出补偿OPBO 求出每载波输出补偿OPBO,即可求出上行、下行链路的载噪比C/N。这个计算表就是利用全链路载噪比公式的所有参数求出OPBO值，再求出其它值（见表2）。 根据上行、下行链路的载噪比，可求出全链路的载噪比C/N，进而求出/。 按照标准，在采用前向纠错内码编码方式时，要使接收译码后比特误码率不小于标准所确定的值10-7，则接收设备所要求的每比特信号能量与热噪声功率谱密度之比/不小于5.5。 在实际应用中，热噪声外还应考虑干扰噪声，（/）和（/）分别是上、下行链路中各种载波与干扰噪声功率比它们主要包括邻频道干扰 C/ACI，邻星干扰C/ASI，交叉极化干扰 C/Ix，互调干扰 C/Iim 等。计算这些值的系数对于每个卫星是不同的，计算表中的系数是亚洲卫星公司给出的系数，卫星载波干扰噪声比（各卫星公式不同，这是亚洲2号卫星的参考公式）： C/ACIU136IPBONBW C/ACID136OPBONBW C/ASIU103.4IPBONBW C/ASID81.8(74.3)OPBONBWGRG(19.05) C/XPU106.2IPBONBW C/XPD104.2OPBONBW C/IMU105IPBONBW C/IMD96.7(94.3)OPBONBW (C/I)U 1/ (1/ (C/ACI)U 1/ (C/ASI)U1/ (C/XP)U1/ (C/IM)U) (C/ I) D 1/ (1/ (C/ACI)D 1/ (C/ASI)D1/ (C/XP)D1/ (C/IM)D) 其中 C/ACI 为载波邻频道干扰比； C/ASI 为载波邻星干扰比； C/XP 为载波交叉极化干扰比； C/IM 为载波交调干扰比； (C/I) U 为上行链路载波干扰比； (C/ I) D 为下行链路载波干扰比； 脚标 U和M 分别代表上行和下行链路； IPBO 为输入回退，包括转发器回退和多载波回退； OPBO 为输出回退，包括转发器回退和多载波回退； NBW 为用分贝表示的噪声带宽 GR 为接收天线的增益； G 为19.05。 以上为亚洲2号卫星的系数，其它卫星相关参数请向卫星公司询问。 考虑到载波干扰噪声比即可求出载波与热噪声干扰噪声比，这个值与实际情况比较相符，载噪比与载波热噪声干扰噪声比大约相差近12dB。在近似计算时，可以只计算载