卫星通信链路计算过程

卫星通信链路计算过程 星通信载波的链路计算方法为 先分别计算上行和下行链路的载波功率与 等效噪声温度比 C T 或者载波与噪声功率比 C N 以及载波与干扰功率比 C I 再求出考虑干扰因素的系统载噪比 C N I 和载波的系统余量 上下行上下行 C TC T 上行和下行 C T 的计算公式分别为 C TU EIRPE LossU G TSat C TD EIRPS LossD G TE S 式中的 EIRPE和 EIRPS分别为载波的上行和下行 EIRP LossU和 LossD分别为总 的上行和下行传输衰耗 G TSat和 G TE S分别为卫星转发器和地球站的接收系统 品质因数 上式中的数据均为对数形式 C NC N 与与 C TC T 的关系的关系 C N 与 C T 的关系式为 C N C T k BWN C T 228 6 BWN 式中的 k 为波兹曼常数 BWN 为载波噪声带宽 式中的数据均为对数形式 C IC I 与与 C IMC IM 卫星通信载波需要考虑的干扰因素主要有 上行和下行反极化干扰 C IXP U和 C IXP D 以及上行和下行邻星干扰 C IAS U和 C IAS D 此外 还需考虑转发器 在多载波工作条件下的交调干扰 C IM C NC N 与与 C IC I 的合成的合成 由多项 C N 和 C I 求取总的 C N C I 以及 C N I 的算式为 C NTotal 1 C NU 1 C ND 1 C ITotal 1 C IXP U 1 C IAS U 1 C IM 1 C IXP D 1 C IAS D 1 C N I 1 C NTotal 1 C ITotal 1 上述三个算式中的数据均为真数形式 由多项 C N 和 C I 求取总的 C N I 的步骤也可为 C N I U 1 C NU 1 C IXP U 1 C IAS U 1 C N I D 1 C ND 1 C IXP D 1 C IAS D 1 C IM 1 C N I 1 C N I U 1 C N I D 1 上述两种不同计算步骤所得到的结果是相同的 系统所需的系统所需的 Eb NEb N0 0与与 C NC N 数字载波解调器对载波的每 bit 能量与噪声密度之比 Eb N0通常有一个最低要 求 由此数据可以求出系统所需要的最低 C N C N Eb N0 20log RData BWN 上式中的 RData为真数形式的载波数据速率或信息速率 其余的数据均为对数形 式 系统余量系统余量 系统余量为系统的 C N I 与系统所需最低 C N 之差值 数字载波的链路预算数字载波的链路预算 设计卫星通信线路时 通常先选定通信卫星和工作频段 根据卫星转发器的性 能参数和用户需求 选择系统所用的天线口径 调制和编码方式 然后通过链 路计算 验证所设计线路的可行性与合理性 合理的设计应保证系统略有余量 同时使系统所占用的转发器功率资源与带宽资源相平衡 如果链路预算结果表 明 在功率与带宽相平衡时所得的系统余量过大或不足 可以改变天线口径 或调制 编码参数 对系统进行优化 考虑到目前的话音 数据通信和电视广播的主流是数字化 这里只介绍数字载 波的链路预算表 表中列举了几种不同类型的业务 它们共用一个 36MHz 带宽 的 C 波段转发器 载波带宽载波带宽 计算载波带宽时 通常按下式先从被传输的信息速率 纠错码率和调制方式 求出符号速率 符号速率 信息速率 FEC 编码率 R S 编码率 调制因子 如果有报头的话 应将其计入信息速率中 前向纠错 FEC 编码率通常为 1 2 2 3 3 4 5 6 和 7 8 Reed Solomon 编码率常用 188 204 BPSK QPSK 8PSK 和 16QAM 的调制因子分别为 1 1 2 1 3 和 1 4 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 部分设 备商强调其调制波的占用带宽可压缩到符号速率的 1 35 倍甚至 1 3 倍 但通常 不被卫星操作者所接受 在链路预算中 载波噪声带宽将被用于计算 C T C N 和 Eb N0之间的关系 占 用带宽将被用于决定载波工作频率 以及计算载波的输出和输入回退量 输出和输入回退输出和输入回退 通信转发器的功放级多采用行波管放大器 TWTA 或固态功率放大器 SSPA 这 两种放大器在最大输出功率点附近的输出 输入关系曲线为非线性 多载波工作 于同一个转发器时 为了避免非线性放大器产生的交调干扰 必须 使使放大器 工作在线性状态 这时 整个转发器的输出功率远低于最大功率 采用 TWTA 的 转发器在线性工作状态时的输出功率 通常比最大功率低 4 5dB 也就是说 整个转发器的输出线性回退约为 4 5dB 转发器的输入回退量可根据输出回退量 在放大器输出 输入关系曲线中查得 对于采用 TWTA 的转发器 输入回退量一般比输出回退大 6dB 上下 对应于 4 5dB 的输出线性回退 转发器的输入线性回退约为 10 5dB 在链路预算中 载波输出回退和输入回退将分别被用于计算载波的下行和上行 EIRP 用户载波的功率分配用户载波的功率分配 功率和带宽同为转发器的重要资源 用户所能占用的转发器功率应与他向卫星 公司租用的转发器带宽相平衡 在一般情况下 用户载波所占用的转发器功率 与转发器总功率的比值 应该和用户租用带宽占转发器总带宽的比例大致相等 载波功率的输出回退值与转发器线性回退之差值 即为载波占用转发器功率的比例 当载 波在转发器中的功率占用率与带宽占用率相平衡时 OBOC OBOXpd 10 lg BWXpd BWC 式中 OBOC为载波的输出回退值 OBOXpd为转发器的线性输出回退值 BWXpd和 BWC分别为转发器带宽和载波租用带宽 上式表明 转发器的线性 输出回退值 越低 或者载波带宽越宽 载波所分配到的功率就越高 转发器带宽越宽 载 波所分配到的功率就越低 SFDSFD 与上行与上行 EIRPEIRP 转发器的饱和通量密度 SFD 反映卫星信道的接收灵敏度 接收灵敏度越高 所 要求的上行功率就越低 不过 一味提高 SFD 并不是好事 因为降低上行功率 的同时 也将相应降低上行载噪比和上行抗干扰能力 值得一提的是 通过调整转发器信道单元中的可变衰耗器 可以改变 SFD 的数 值 因此 在转发器参数表中 一般会注明 SFD 是某个衰减档的对应值 在取 用 SFD 参数时 应 该根据参数表中的参考衰减档与转发器当前所用衰减档的差 值 对参数表中的 SFD 数值加以修正 上行载波的 EIRP 可按下式求得 EIRPE SFD 载波输入回退 G0 上行传输损耗 式中的 G0为单位面积的标准天线增益 载波的上行 EIRP 用于计算上行 G T 与上行站的天线发送增益和功放输出功率 上行和下行上行和下行 C TC T C T 为载波功率与等效噪声温度之比 上行与下行 C T 的计算公式均为 C T EIRP 传输损耗 G T 计算上行 C T 时 上式中的 EIRP 为载波的上行 EIRP 传输损耗为上行损耗 G T 为转发器参数 计算下行 C T 时 上式中的 EIRP 为载波的下行 EIRP 传 输损耗为下行损耗 G T 为地面接收系统的参数 链路预算的对象也可以是 C N 它与 C T 的关系为 C N C T BWN k 式中 BWN为载波噪声带宽 k 为波兹曼常数 三项干扰因素的估算三项干扰因素的估算 在链路预算中 除了上行与下行的 C T 或 C N 外 通常还需考虑反极化干扰 邻星干扰和交调干扰等因素 这三项干扰因素的计算 因数据不足而很难得到 准确的结果 由于它们对链路预算结果的影响很有限 为此 通常只采用简化 的估算方法 反极化干扰应考虑被干扰信号与反极化干扰信号的功率谱密度之比 以及地面 天线和卫星收发天线的极化隔离度的综合影响 假设两个极化的转发器的工作 状态相同 两个极化的载波都只占用转发器平均功率 反极化干扰的载波干扰 比 C I 即可简化为天线极化隔离度的综合影响 一般而言 在邻星干扰中 下行干扰起决定作用 邻星干扰的 C I 大致由双方 载波在接收站点的下行 EIRP 谱密度之比与接收天线的偏轴增益差 地面天线 指向所用卫星的最大接收增益与指向邻星的偏轴接收增益之差值 决定 卫星操作者通常都要求用户为发送多载波的上行站功放预留足够的线性回退 因此 交调干扰可以只考虑由转发器引起的部分 交调干扰的 C I 大致由转发 器的线性回退量和相邻载波与被计算载波的功率谱密度之比决定 链路载噪比与系统余量链路载噪比与系统余量 链路预算需要综合考虑上行 C N 与下行 C N 以及各种干扰所产生的 C I 最后 求得相关载波链路的系统 C N 相关算式为 C N Total 1 C N I Up 1 C N I Dn 1 C N Up 1 C I XpdUp 1 C I AdjUp 1 C N Dn 1 C I XpdDn 1 C I AdjDn 1 C I IM 1 上式中 C N I Up和 C N I Dn分别为上行和下行的载波与噪声干扰比 C I XpdUp和 C I XpdDn分别为上行和下行的载波与反极化干扰比 C I AdjUp和 C I AdjDn分别为上行和下行的载波与邻星干扰比 C I IM为下行载波与交调 干扰比 上式中 所有的原为对数形式的载波噪声比和载波干扰比 都需在换 算为真数后 再进行倒数求和计算 由此得到的系统 C N 还得再次换算为常 用的对数形式 单位为 dB 采用不同的调制和编码方式的数字载波 都对应有一个最低要求的 Eb N0值 通 过换算 可以求得相关载波所需的最低 C N 值 载波链路的系统 C N 估算值与载波所需的最低 C N 值之差 为相关载波的系统 余量 在不考虑降雨衰耗时 系统余量以 1 到 2dB 较为合适 余量太低时 系 统工作将不够稳定 余量过高时 将增加不必要的设备成本 干扰估算的简化处理干扰估算的简化处理 上一节中 系统 C N 也可通过综合上下行 C N 与上下行 C I 求得 算式可以相 应变化为 C N Total 1 C N Up Dn 1 C I Up Dn 1 C N Up 1 C N Dn 1 C I XpdUp 1 C I AdjUp 1 C I XpdDn 1 C I AdjDn 1 C I IM 1 一般说来 载波噪声比 C N Up Dn的估算结果较为准确 而载波干扰比 C I Up Dn 的估算结果较为粗糙 实践中发现 当 C 频段的接收天线口径不小于 3 米时 C N Up Dn与 C N Total 的差值通常为 0 5 到 1dB 当 Ku 频段的接收天线口径不小于 1 2 米时 C N Up Dn与 C N Total的差值通常为 1 到 2dB 为此 在上述接收天线口径条件下 可以省略本来就有些自欺欺人的载波干扰比估算 链路估算 时 可以只计算上 下行链路的综合 C N 然后减去 0 5 到 2dB 的