链路预算公式与说明.doc

卫星通信技术联盟：62407999 表示10LogX 斜体 表示10X/10c=2.998e8 光速 Re=6371km 地球赤道半径 h=35793km 卫星离地面高度 K=1.3810-23J/K 波尔兹曼常数 4/ (c/f) 2 为单位面积理想天线增益G0Noise(K)=290Noise(dB)-1D= 天线与卫星的距离Free space loss=32.4+20Log(Df) 自由空间传输损耗（注：D单位km；f单位MHz） Symbol rate=Date rate/（MFEC code rate） 符号率(MBaud)Occupied bandwidth = Symbol rateSpread factor 占用带宽(MHz) Spread factor=1.2Noise bandwidth= Occupied bandwidth106 噪声带宽(dB.Hz)Allocated transponder bandwidth= (Symbol rateCarrier spacing factor)+ Bandwidth allocation step size 转发器分配带宽(MHz)上行链路功放功率与天线选择：EIRPUS= Free space lossU + Atmospheric absorptionU+ Tropospheric scintillation fadingU +Mispoint lossU +SFD- 4/ (c/f) 2上行饱和等效全向辐射功率dBWEIPRU= EIRPUS-IBO- Transponder bandwidth/ Allocated transponder bandwidth 载波在卫星天线口面上的通量密度dBW(PFD)Required HPA power capability= Total HPA power required= EIRPU - Antenna gain- (Coupling loss)U所需功放功率W（也可以固定功率来确定天线尺寸）(C/N0)U=EIRPU-( Free space lossU + Atmospheric absorptionU+ Tropospheric scintillation fadingU +Mispoint lossU) -K+(G/T)S(C/N)U= (C/N0)U - Noise bandwidth =SFD- 4/ (c/f) 2 -IBO- Transponder bandwidth/ Allocated transponder bandwidth -K+(G/T)S - Noise bandwidthAntenna efficiency=Antenna gainc2/(Rf)2 天线增益效率（注：c单位m；f单位Hz；R单位m）Antenna noise = 以波长为单位，天线有效面积为权重的亮温度对全天空的积分 15Antenna efficiency+(1-Antenna efficiency)15sin/(cos+sin)+(140+)cos/(cos+sin) 为天线仰角在（0，90）G/T= Antenna gain- Antenna noise+290(Coupling lossD-1)+290(LNB noise figure-1)Coupling lossD(G/T)I= Antenna gain- Antenna noise+290(Coupling lossD-1)+ 290(LNB noise figure-1)Coupling lossD+290Coupling lossD(RXL-1)/GLNB + Coupling lossDRXLTRX/GLNB 接收线缆与接收机引入的噪声（TRX为接收机的噪声）EIRP D= EIRPS -OBO- Transponder bandwidth/ Allocated transponder bandwidth(C/No)D =EIRPD (Free space lossD + Atmospheric absorptionD+ Tropospheric scintillation fadingD + Mispoint lossD)-K+G/T(C/N)D=(C/No)D -Noise bandwidth =EIRPD (Free space lossD + Atmospheric absorptionD+ Tropospheric scintillation fadingD + Mispoint lossD)-K+G/T -Noise bandwidthC/(N+I)= C/(N+I) = C/(No+Io) - Noise bandwidthEb/(No+Io)=C/(N+I)+1 -1/（FEC code rate Log2M）/ Spread factor =C/(N+I)+1 -1/ Date rate/ Occupied bandwidth 频谱仪读到的MARKE DELTA= C/(N+I) +1=(C+N+I)/(N+I)Es/N0=Eb/N0Log2MFEC code rate=C/(N+I)+1 -1Spread factor一、转发器参数SFD、G/T、EIRP、载波输入回退CIBO(Carrier InputBackoff)和载波输出回退COBO(Carrier Output Backoff) G/T 被称为figure of merit，即接收系统的品质因素。G/T为接收天线增益G与接收系统噪声温度T之比值，单位为dB/k ，其计算公式为， G/T = GR TS式中，GR为卫星天线的接收增益，TS为卫星接收系统的噪声温度。选择较高的G/T也可以改善整个链路的C/N，但是卫星上用太大的天线也不可能，同时也会引入噪声干扰。饱和通量密度SFD Saturation Flux Density的定义为，当转发器被推到饱和工作点时，上行载波在接收天线口面所达到的通量密度。SFD反映卫星转发器对上行功率的需求量，单位为dBW/m2，它的一种常用计算公式为，SFD = constant + attn G/T 式中的constant为反映转发器增益的计算常数，其数值多在-100与-90之间。constant越小，转发器的增益就越高。上式中的attn为转发器的衰减控制量。通过地面遥控方式，可以改变星上转发器的attn值，调整SFD的灵敏度。用户在作链路计算时，应向卫星公司了解相关转发器衰减档的当前设置值，并且据此对手册中查到的SFD数据作修正。较小的SFD，上行功放功率可以减小或天线口径减小，但SFD过低，噪声等会容易进入，会降低上行的抗干扰能力，同时，SFD减小节省了用户在上行段的功放购置成本，但因上行C/N变差而拖低了系统C/N，反过来又浪费了下行链路的卫星EIRP和接收天线增益等性能。EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power反映卫星转发器在指定方向上的辐射功率，它为天线增益与功放输出功率之对数和，单位为dBW，其计算公式为，EIRP = P Loss + GT上式中，P为功率放大器的输出功率，Loss为功放输出端与天线馈源之间的馈线损耗，GT为卫星天线的发送增益。当然也要选择EIRP高的卫星，EIRP过高也会造成临星干扰了。天线增益决定转发器参数 G/T和SFD反映卫星接收系统在其服务区内的性能，这两个参数与卫星接收天线的增益线性相关。EIRP反映转发器的下行功率，它与卫星发送天线的增益线性相关。 卫星天线增益随天线指向与工作频率而变。天线服务区中不同地点的转发器参数各不相同。用户可以从卫星公司所提供的城市参数表、或者G/T与EIRP等值线分布图中查询各地的转发器参数。不同转发器在同一地点的参数略有不同。有的卫星公司还为用户提供特定转发器的参数。是SFD和EIRP使得上行与下行的桥的左右岸连通，是载波输入回退和载波输出回退使得这座桥严磁合缝地对接的，整个转发器只有一个大载波工作则都不需要回退，可是如果有多个载波在这个转发器上，必须限制最大输出功率，否则转发器会出现很严重的交调干扰，这是目前转发器通常采用的行波管的非线性决定的，这是不可避免的。因此多载波工作的转发器，首先转发器就必须有个输入和输出回退，而后每个载波再按照自己占整个转发器带宽的多少，按比例进行回退。二、链路预算的结果链路预算所求的4个主要结果也是用户最关心的4个主要结果是：发射站天线口径和功放大小，接收站天线口径及接收余量。链路预算的方法多为，分别计算上行和下行的C/T（或C/N），然后在加上几项干扰因素的C/T（或C/N）之后推算出系统C/N，最后求得系统余量。下行C/N由下行载波的EIRP与地面接收系统的G/T值所决定。由于卫星操作者不能容忍用户载波多占转发器功率，用户也不愿换用更大的接收天线，下行C/N是难以提高的。上行C/N由上行载波的EIRP与卫星系统的SFD和 G/T值所决定，它可通过调低转发器的SFD灵敏度并且增加上行功率而得到提高。为此，在合理的链路预算表中，应使上行C/N高于下行C/N，从而使系统C/N接近于下行C/N。如果发现系统C/N远低于下行C/N，就可认为链路预算并不合理，没有充分利用卫星的EIRP性能。三、链路预算的准确度链路预算之所以叫预算而不称为计算，从字面上即已看出，它仅仅是个“预算”，不是对具体链路的各环节的定性准确计算。也正因为是“预算”，所以不能保证实际链路实现时的结果和预算值完全吻合，可能稍有些偏差。但这并不是说预算不准，不可靠，不可信，而是因为实际情况的错综复杂性所决定，它和某些工程预算可是完全不同的两个概念。很多工程预算到工程结束，其开支远大于初期预算，1千万的工程整出个两千万是很平常的事。而卫星链路预算可是两码事，不会那么离谱。它的所有环节都是有理论和实测数据作为根据的，都是经得起推敲的。在严格的链路预算中，链路余量一值和实测值相差一般会小于1 dB。四、接收电缆基本不影响接收的Eb/N0实际上的例子：增益是65dB的LNB，GLNB =106.5 接收线缆在衰减30dB的RXl=103 耦合损耗Coupling lossD=100.05 则290Coupling lossD(RXL-1)/GLNB =0.1相对于Antenna noise+290(Coupling lossD-1)+290(LNB noise figure-1)Coupling lossD =123来说相差3个数量级，所以说对G/T基本没有影响，则更不影响Eb/N0了。五、增加传输速率Date rate不需增加接收天线的口径增加Date rate时（C/N）U （C/N）D中的 -Transponder bandwidth/ Allocated transponder bandwidth - Noise bandwidth不变，则C/（N+I），Eb/N0都不变，即不增加接收天线口径。若上行速率增加x倍，从EIPRU Required HPA power capa