卫星传输计算.doc

_卫星移动通信系统覆盖全球，能解决人口稀少、通信不发达地区的移动通信服务，是全球个人通信的重要组成部分。但是它的服务费用较高，目前还无法代替地面蜂窝移动通信系统。卫星移动通信系统的高速发展，给人们的生活带来越来越多的便利以及丰富的娱乐，同时也在特殊情况下起着不可或缺的重要作用。如何有效利用卫星通信资源，使其能够更好地在军事以及抢险救灾领域发挥更大的贡献，是我们今后一段时期内努力的方向之一。卫星通信的一个显著特点是电波传播的路径非常长，电磁波在传播过程中将受到极大的衰减。譬如静止卫星与地球站之间约有40000公里的路径，当工作频率为6GHz时，仅自由空间传播损耗就达200分贝之多。因此卫星或地球站接收的信号非常微弱。地球站接收到来自卫星的信号强度一般只有几个微微瓦。所以卫星通信中噪声的影响是一个非常突出的问题。决定一条卫星通信线路传输质量的主要指标是，接收系统输入端的载波功率与噪声功率之比值，简称载噪比。因为，对于模拟制卫星通信系统来说，载噪比决定了系统输出端的信号功率与噪声功率之比（信噪比）；对于数字制卫星通信系统来说，载噪比决定了系统输出端信号的误比特率，而信噪比与误比特率分别是这两类通信系统的关键性能指标，进行卫星通信线路的设计或分析，就必定要计算载噪比。这涉及到发射端的发射功率与天线增益、传输过程中的各种损耗、传输过程中所引入的各种噪声与干扰以及接收系统的天线增益、噪声性能等因素。卫星通信线路计算一般分为以下两类：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以及其应发射的EIRP。已知转发器的基本参数以及根据接收机输出信噪比S/N或Eb/n0所提出的对CNt要求（或是由门限CNth及门限备余量E所提出对CNt的要求），确定地球站天线尺寸、接收机噪声性能、发射功率等。以下是一个12/14GHz系统的计算举例，算的是单载波的情况。已知根据信噪比S/N的要求，在晴天的CNt应为14.8（dB），转发器饱和通量密度为-82(dBW/m2)，在14GHz,1m2有效面积的天线增益为44.37 (dB/m2)，卫星的GTS为3(dB/K)，27MHz噪声等效带宽（对应一个载波）为74.31(dBHz)（*射频三分贝带宽为24MHz，按241.1227MHz），而玻尔兹曼常数（k）为1.3810-23W/KHz，已知(10lgk=-228.6) (dBW/KHz)，可以根据上述已知条件算出上行线路热噪声的CNU的值。先根据已知的14GHz，1m2代入公式10log42中算出天线增益为44.37 (dB/m2)，然后由公式CNU=WS-BOI-10lg42+GTS-B可以求出上行线路热噪声的载噪比为22.92（dB）。已知各种干扰噪声的CNI 为21.31（dB）（包含邻近卫星、邻近通道、交叉极化等干扰噪声），设门限载噪比CNth 为10（dB），则可以算出要求的下行线路热噪声的载噪比CND，使用的公式为CNt-1=CNu-1+CNi-1+CNth-1+CND-1,将已知的CNI、CNth、CNt、CNU的值代入，就可以求出下行线路热噪声的载噪比CND为16.86（dB）。然后根据门限备余量公式E=CTt-CTth算出门限备余量为4.8（dB），然后可以根据r=CTt-1-CTD-1CTD-1算出噪声温度之比r为0.61，已知门限备余量与降雨备余量之间的真数关系为E=m+r1+r,则可以求出降雨备余量为6.3（dB）（包含邻近卫星、邻近通道、交叉极化等干扰噪声）。已知卫星发射的EIRPS(一个载波 )为43(dBW)，而在12GHz,下行传输损耗LD=92.45+20lgd+20lgf ，求得LD=206.8（dB）。由公式CN=EIRPE+G/T-L-B+228.6可以推出G/T=CN-EIRPE +L+B-228.6，将已知带入上式可以算出要求的地球站GTE 为26.37(dB/K)。然后设接收机噪声温度用290K场效应管放大器Te=300K，馈线损耗LF=0.1db，天线噪声温度10仰角Te=47K，由已知代入公式Ts=Ta+LF-1TI+LFTe中算出接收系统噪声温度Ts=360.7K ，转换为贝分值为25.57(dBK)。根据上面已知求得地球站GTE=26.37(dB/K)则可以算出地球站接收天线增益G (12GHz)= 51.94（dB），抛物面天线的电增益与几何尺寸的关系为GdB=20lgfMHz+20lgD(m)-42.28(=0.7)，则由已知可以算出天线直径D（f=12GHz,=0.7,并取最近标准值）为4(m)。然后通过公式LD=92.45+20lgd+20lgf求出在14GHz,上行传输损耗LU为208.3（dB）。已知一个载波的EIRPE=WS-BOi-10lg42+LU+Y（这里已知输入补偿BOi已含每载波的分配因子为8（dB），将已知数值代入公式可以算出地球站发送EIRPE(一个参数）为73.93(dBW)，已知频率为14GHz，则天线增益（=0.7）G=4A2，求得G=53.81（dB）。设馈线损耗为0.7（dB），提高功放的输出补偿为3（dB）则可以求出地球站高功放应具备的输出功率能力为23.82(dBW) ，为241(w)。（附：载噪比是用来标示载波与载波噪音关系的标准测量尺度。饱和通量密度SFD的定义为，卫星上行载波将转发器推到饱和时，在接收天线口面所达到的通量密度。天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。传输损耗是输出功率与输入功率之比值，指在传输过程中因传输介质等因素引起的能力损失。）总结：本次课程的安排由浅入深，循序渐进。通过这段时间对卫星通信的系统学习，我的收获很大。首先让我对卫星通信有了一个完整而全面的认识，已不再是以前的那种片面了解；其次通过这次学习，也让我们受益匪浅。同时也让我发现了自身的不足。在实验课上学得的，我将发挥到其它中去，也将在今后的学习和工作中不断提高、完善；在