卫星链路设计课件

第四章卫星链路设计第四章卫星链路设计本章节内容基本传输理论系统噪声温度和G/T下行链路设计小型地面站卫星系统上行链路设计总体C/N的链路设计系统设计实例本章节内容基本传输理论链路设计的重要性在尽可能小的发射功率、接收天线尺寸下获得相应的通信可靠性（指定的BER值、S/N值）为RF系统关键性器件如HPA、LNA提供设计依据，为天线系统提出设计目标考虑各种情况下链路的衰减情况，给出合理的链路余量需要对通信系统的各个方面知识有较多了解！链路设计的重要性在尽可能小的发射功率、接收天线尺寸下获得相应基本传输理论理想化信号源：各向同性源、物理上无法实现距离R处穿过球面通量密度为：有向天线的增益G(θ)P(θ)：天线每单位立体角的辐射功率P0：天线总辐射功率G(θ)：天线在角θ方向上的增益立体角定义：球面某一区域面积/半径2，整个球面角为4πPt：发射机功率基本传输理论理想化信号源：各向同性源、物理上无法实现有向天线等效全向辐射功率（EIRP）设天线在最大辐射方向的角度为θ=0º（θ角的基准，天线视轴）=>则天线增益=G(θ)=G(0º)发射机输出功率为Pt，天线损耗为0，天线增益为Gt天线视轴方向上距离R处通量密度PtGt：等效全向辐射功率EquivalentIsotropicallyRadiatedPower（EIRP）等效全向辐射功率（EIRP）设天线在最大辐射方向的角度为θ=EIRP如果采用孔径面积为Am2的理想接收天线，则接收功率为：入射通量密度F=Pt/4πR2W/m2，接收功率Pr=F×A=PtA/4πR2WEIRP如果采用孔径面积为Am2的理想接收天线，则接收功率天线口径效率ηA实际天线是有损耗的，有效孔径<实际孔径损耗因素：孔径截面能量分布不均、不匹配、相位差一般反射面ηA在50%~75%，喇叭接近90%实际接收功率：天线增益与面积关系：天线口径效率ηA实际天线是有损耗的，有效孔径<实际孔径链路方程将天线增益与有效面积表达式带入接收功率表达式得到著名的链路方程：Lp

路径损耗=(4πR/λ)2EIRP=PtGt接收功率=EIRP×接收天线增益/路径损耗（单位W）注意：链路方程与发射接收天线增益直接联系，与天线实际尺寸没必然联系（螺旋阵列等天线实际尺寸可能会小于有效口径！）链路方程将天线增益与有效面积表达式带入接收功率表达式得到著名链路方程的分贝表达通信系统一般利用分贝量简化表达式，链路方程在分贝下表示为：其中：路径损耗：实际工程中链路损耗：La=大气衰减Lta=发射天线产生的损耗Lra=接收天线产生的损耗dBW：以1W为0dBdBm：以1mW为0dB链路方程的分贝表达通信系统一般利用分贝量简化表达式，链路方程卫星链路示意图卫星链路示意图计算实例例1：卫星与地球地面站距离40000km，辐射功率10W，天线指向地面站，增益17dB。求接收点通量密度？采用有效面积10m2的天线可以接收到的功率？采用分贝计算：计算实例例1：卫星与地球地面站距离40000km，辐射功率1如果例1中的卫星工作频率为11GHz，接收天线增益为52.3dB，求接收功率。计算实例如果例1中的卫星工作频率为11GHz，接收天线增益为52.3系统噪声温度和G/T噪声温度可以确定系统中有源器件、无源器件的热噪声的多少物理温度为Tp的黑体在微波频率内可以产生带宽很宽的电子噪声，噪声功率表示为：k：波尔兹曼常数=1.39×10-23J/K=-228.6dBW/K/HzTp：源的物理温度，单位为热力学温度Bn：噪声带宽，单位为Hz注：Pn是可测得的噪声，即负载与噪声源阻抗匹配时才能传到负载端噪声功率谱密度：kTp在常温290K下功率谱密度：-174dBm/Hz300GHz以下功率谱密度基本不变系统噪声温度和G/T噪声温度可以确定系统中有源器件、无源器件卫星离地面距离很远，所以信号强度一般很低，为了达到指定的C/N（载噪比）必须采用低噪声放大器+降低中频带宽常用GaAsFET管放大器噪声温度大约在30K~200K之间FET管噪声温度随频率增加而增加为什么低噪声放大器噪声温度小于实际物理温度？因为放大器产生的噪声比匹配负载产生噪声小噪声温度卫星离地面距离很远，所以信号强度一般很低，为了达到指定的C/系统噪声温度Ts接收机性能取决于解调器输入端信号功率与热噪声功率之比=>系统噪声温度TsTs：将接收机等效为无噪声接收机后，在输入端口增加的噪声源的噪声温度，包括放大器噪声、天线噪声设接收机RF输入端到解调器输入端总增益为Grx，最窄带宽为BnHz，则解调器输入端噪声为：Pno=kTsBnGrx(W)系统载噪比：由Ts、C/N=>接收功率Pr，可以方便后续链路的计算C/N与接收机增益无关系统噪声温度Ts接收机性能取决于解调器输入端信号功率与热噪声超外差接收机噪声温度超外差接收机结构：特点：改变频率方便，滤波器结构易实现，选择性好超外差接收机噪声温度超外差接收机结构：超外差接收机噪声温度接收机等效噪声模型超外差接收机噪声温度接收机等效噪声模型超外差接收机噪声温度若满足：则：若LNA增益很高则噪声贡献主要来源于：Ts=天线+LNA=Tin+TRF注意:式中所有量为比值不是dB!超外差接收机噪声温度若满足：则：若LNA增益很高则噪声贡献主超外差接收机噪声温度等效无噪声接收机模型有损器件噪声模型有损器件噪声模型可以用来表示降雨衰减等过程，雨衰的同时会引入一定噪声，可以将噪声放置在天线输入端口处注意:Tp是器件物理温度，式中Gl为比值不是dB!超外差接收机噪声温度等效无噪声接收机模型有损器件噪声模型有损计算实例例2：有一4GHz接收机增益与噪声温度值如下：Tin=25K，GRF=23dB，TRF=50K，GIF=30dB，TIF=1000K，Tm=500K设混频器Gm=0dB，计算系统噪声温度：设混频器Gm=-10dB，计算噪声温度：若采用50dB增益的LNA，计算噪声温度：采用高增益LNA可以有效降低系统噪声温度！计算实例例2：有一4GHz接收机增益与噪声温度值如下：如果例子2中LNA增益50dB。若天线与接收机之间有一段2dB损耗的波导，求系统噪声温度，波导温度300K。波导2dB衰减=>1.58=>Gl=1/1.58=0.631波导对天线输出噪声进行衰减：接收机噪声温度：天线输出端口噪声温度：计算实例如果例子2中LNA增益50dB。若天线与接收机之间有一段2d例题中的结论：提高LNA增益可以降低系统噪声温度天线端口与接收机之间插入导波器件会显著恶化系统性能改良方法：提高LNA增益，Ku波段一般在20~30dB，C波段更高将接收机LNA与天线尽可能的靠近Ku波段直播电视一般将LNA，BPF，Mixer，IFA与天线馈源集成在一起，叫做LNB（LowNoiseBlock）计算实例例题中的结论：计算实例噪声系数与噪声温度噪声系数定义：噪声系数与噪声温度的关系：T0：计算标准噪声系数的参考温度，通常290K，NF是比值！不是dB噪声温度K020406080100120150200290噪声系数（dB）00.290.560.821.061.291.501.812.283.0噪声温度K4006008001000150020003000500010000噪声系数（dB）3.84.95.86.57.99.010.512.615.5噪声系数与噪声温度噪声系数定义：噪声温度K020406080地面站G/T计算噪声的链路方程表示为：给定卫星下：C/N正比于Gr/Ts，Gr/Ts简记为G/T，单位dB/K例子3：地面站天线直径30m，效率68%，接收信号频率为4150MHz，Ts=79K，天线指向卫星仰角28º，求G/T，若雨衰使得Ts=88K，重新计算G/T地面站G/T计算噪声的链路方程表示为：下行链路设计设计目标：少投入、多业务量大型天线设计制造昂贵，C/N留有太多裕量是一种浪费，若Ku波段裕量20dB，则天线尺寸是按3dB的链路裕量天线尺寸的7倍对于一定的可靠性合理选择链路裕量C波段雨衰少，可靠性达99.99%(1~2dB)，适合语音信号Ku波段雨衰适中,可靠性0.1%-0.5%(10~20dB)，电视直播Ka波段雨衰大，中断时间长，适合互联网业务等非实时信道下行链路设计设计目标：少投入、多业务量链路预算链路预算简化C/N计算，将各种与卫星有关的参量都采用分贝表示，信号与噪声功率只要加减计算即可，链路设计是一个反复过程，一旦建立链路预算，任何参数变化都很容易计算出来卫星参数：转发器饱和输出功率： 20W天线中心轴方向增益： 20dB转发器带宽： 36MHz下行链路频带：3.7GHz~4.2GHz信号：FM-TV模拟信号FM-TV信号带宽： 30MHz接收机允许最小C/N： 9.5dB晴天C波段GEO卫星（全球波束）C波段地面站：下行链路频率： 4GHz天线中心轴方向增益： 49.7dB接收机IF带宽： 27MHz接收系统噪声温度： 75K链路预算链路预算简化C/N计算，将各种与卫星有关的参量都采用下行链路功率预算：

Pt=卫星转发器输出功率，20W， 13.0dBWBo=转发器输出补偿， -2.0dBGt=卫星天线沿中心轴方向的增益， 20dBGr=地面站天线增益， 49.7dBLp=4GHz时自由空间路径损耗， -196.5dBLant=卫星天线波束损耗上界， -3.0dBLa=晴天大气损耗， -0.2dBLm=其他损耗， -0.5dBPr=地面站接收功率， -119.5dBW下行链路噪声功率预算k=波尔兹曼常数， -228.6dBW/K/HzTs=系统噪声温度，75K， 18.8dBKBn=噪声带宽，27MHz， 74.3dBHzN=接收机噪声功率， -135.5dBWC/N=Pr(dB)-N(dB)=-119.5dBW-(-135.5dBW)=16.0dB下行链路功率预算：

Pt=卫星转发器输出功率，20W， 雨天C频段下行链路预算Prea=晴天时地面站的接收功率 -119.5dBWA=降雨衰减 -1.0dBPrain=雨天时地面站接收功率 -120.5dBWNca=晴天时接收机的噪声功率 -135.5dBWΔNrain=降雨时造成的噪声温度增量 2.3dBNrain=降雨时接收机的噪声功率 -133.2dBW雨天C/N=Prain–Nrain=-120dBW-(-133.2dBW)=12.7dB链路预算雨天C频段下行链路预算链路预算链路预算实例，C波段GEO卫星天线增益计算：全球波束覆盖，3dB波束宽度17º增益G=33000/172=114.2=20.6dB，约为20dB注意，中心区域高于边缘区域3dB!边缘区域距离也更远，需单独计算转发器饱和功率，20W=13dBW，由于输出存在各种波导接头具有一定损耗，记转发器补偿为2dB，则实际发射功率为11dBW。EIRP=11+dB天线增益=11+20=31dBW发射信号带宽30MHz，接收27MHz（模拟FM-TV信号）地面站天线直径9m，4GHz增益为49.7dB，天线效率？接收系统噪声温度75K，G/T=49.7-10lg75=30.9dB/K链路预算实例，C波段GEO卫星天线增益计算：全球波束覆盖，3GEO卫星最长路径为40000km，如何得到的？路径损耗：20lg(4πR/λ)=196.5dB额外的路径损耗晴天/斜入射：0.2dB其他损耗：0.5dB，如极化失配、天线指向偏差最低C/N为9.5dB（FM解调门限），根据前面表格得到C/N=16.0dB，裕量6.5dB，雨天裕量较小4GHz雨衰1dB，加上晴天损耗0.2dB，总损耗1.2dB（1.32）利用有耗噪声模型得到天电噪声：晴天0.2dB损耗对应天电噪声13K，雨衰增加了66-13=53K，系统噪声75K，雨衰53K，雨衰将噪声提高到75+53=128K，即2.3dB，加上雨衰1dB，则有了前面的雨衰噪声链路预算链路预算实例，C波段GEO卫星GEO卫星最长路径为40000km，如何得到的？链路预算实例上例中最坏情况链路裕量3.2dB，进一步优化减小为2dB，多出来1.2dB可以用来将地面站天线尺寸减小：1.2dB=1.32，天线尺寸缩小倍即9m天线减小到7.8m如果采用QPSK数字调制，27MHz带宽可以传输54Mbps，但是C/N下限14.6dB。雨天裕量-1.9dB，需要增加天线尺寸，但是数字调制MPEG可以传输多路TV增加容量如果是部分地区覆盖，发射天线增益提高+12dB，接收天线增益可以降低-12dB=>直径减小4倍（2.25m）链路预算优化上例中最坏情况链路裕量3.2dB，进一步优化减小为2dB，多直接广播电视（DBS-TV）DBS-TV工作与Ku波段，下行12.2GHz-12.7GHz发射功率大：100W-200W用户天线直径小于1m降雨裕量较小3dB~8dB牺牲可靠性换取小天线终端接收天线波束宽、易受其他卫星干扰=>不同卫星频率间隔必须宽直接广播电视（DBS-TV）DBS-TV工作与Ku波段，下行DBS-TV链路预算实例DBS-TV终端接收的信号功率：转发器输出功率，160W， 22.0dBW天线波束中心增益，（5.5º×2.5º） 34.3dB12.2GHz，路径长度38000km时的路径损耗， -205.7dB接收天线中心增益， 33.5dB波束边缘损耗， -3.0dB晴天大气损耗， -0.4dB其他损耗， -0.4dB接收功率，C， -119.7dBWDBS-TV链路预算实例DBS-TV终端接收的信号功率：DBS-TV终端接收时噪声功率：波尔兹曼常数，k， -228.6dBW/K/Hz晴天系统噪声温度，145K， 21.6dBK接收机噪声带宽，20MHz， 73.0dBHz噪声功率，N， -134.0dBWDBS-TV终端C/N：晴天C/N 14.3dB8.6dB门限以上链路预算 5.7dB可靠性 >99.7%DBS-TV链路预算实例DBS-TV终端接收时噪声功率：DBS-TV链路预算实例雨衰时的系统噪声温度与C/N总的附加路径损耗A：=Aca+AraindBTsky=270×（1-10-A/10）K，假定降雨时介质温度为270K实际并非所有噪声能量进入天线，引入耦合系数ηc：TA=ηc×TskyK，ηc一般为90%~95%假设LNA增益足够大，Tsrain=TLNA+TAK假设LNA与天线馈源集成在一起，则ΔNrain为：Tsca是晴天时系统的噪声温度雨衰时的系统噪声温度与C/N总的附加路径损耗A：=Aca+A降雨时载波功率Crain为：Crain=Cca-AraindB降雨时C/N为：(C/N)dnrain=(C/N)dnca-Arain-ΔNraindB雨衰时的系统噪声温度与C/N降雨时载波功率Crain为：Crain=Cca-Araind链路裕量如何被降雨抵消设DBS-TV预算实例中有3dB雨衰加上晴天损耗0.4dB，一共3.4dB，雨天电噪声为晴天天电噪声天线噪声来源：固定噪声，温度可变噪声链路裕量如何被降雨抵消设DBS-TV预算实例中有3dB雨衰雨衰=>Tsrain

上升=>N上升，同时C下降C/N下降>雨衰dB不能简单的将雨衰从链路裕量中扣除！实际情况中需反复计算才能得到对应雨衰的链路裕量减小值。链路裕量如何被降雨抵消雨衰=>Tsrain上升=>N上升，同时C下降链路裕量如上行链路设计地面站发射功率可变,设计简单小型地面站功率小,特别是移动地面站,发射功率受到限制,因此C/N通常也是很低的转发器的交调问题致使多载波信号输出时如FDMA，功率一般需要降1~3dB，有些甚至5~7dB，即使单载波也要降低功率，避免AM-PM转换上行链路以通量密度作衡量标准，典型值-100dBW/m2，发射功率100W，天线直径9m，C波段上行链路设计地面站发射功率可变,设计简单上行链路设计转发器的参数：转发器输入噪声功率：转发器输入信号功率：Lup：除路径损耗外的所有损耗转发器的C/N：转发器输入信号功率：采用弯管转发器：上行链路设计转发器的参数：转发器输入噪声功率：转发器输入信号上行链路设计天线干扰问题：GEO卫星密集，小型化上行天线波束宽，对相邻卫星造成干扰上行链路天线旁瓣要求上行链路设计天线干扰问题：GEO卫星密集，小型化上行天线波束总体C/N的链路设计结合卫星C/N设计对于同一载波C卫星链路中一般有两个C/N，上行C/N、下行C/N对于两个C/N，估计(C/N)0的经验规则：两个C/N相等，则(C/N)0低3dB两个C/N相差10dB，则(C/N)0比较小的低0.4dB两个C/N相差20dB，则(C/N)0约等于较小的C/N，精度±0.1dB总体C/N的链路设计结合卫星C/N设计总体C/N的链路设计转发器的三种工作模式：线性转发器：非线性转发器：再生式转发器：总体C/N的链路设计转发器的三种工作模式：三种转发器对应上行：线性转发器：非线性转发器：带反馈的转发器：下行衰减总载噪比：总体C/N的链路设计三种转发器对应上行：线性转发器：非线性转发器：带反馈的转发器卫星通信链路设计步骤确定系统的工作频段。通常利用比较设计来帮助选择频段确定卫星通信参数。估计未知参数确定发射地面站和接收地面站的参数从发射地面站开始，建立上行链路预算和转发器噪声功率预算，从而确定转发器内的(C/N)up根据转发器增益或输出补偿，确定转发器的输出功率建立接收地面站的下行功率和噪声计算。计算位于覆盖区边缘的地面站的(C/N)up

，(C/N)0计算基带信号的S/N或BER。确定链路裕量估计计算结果。并与规定性能比较，根据需要调整系统参数，直到获得合理的(C/N)0或S/N或BER。可能要反复多次卫星通信链路设计步骤确定系统的工作频段。通常利用比较设计来帮确定链路工作要求的传输条件。分别计算出上行链路和下行链路的中断时间若链路裕量不够，可以通过调整某些参数，对系统重新设计。最后检验所有的参数是否都符合要求，以及设计是否可以按照预算正常工作卫星通信链路设计步骤确定链路工作要求的传输条件。分别计算出上行链路和下行链路的中系统设计实例——Ku波段GEO卫星Ku波段卫星参数位于对地静止轨道上73ºW且携带有28个Ku频段转发器总RF输出功率： 2.24KW天线中心增益（发射与接收）： 31dB接收系统噪声温度： 500K转发器饱和输出功率：Ku波段 80W转发器带宽：Ku波段 54MHz信号：传输码元速率为43.2Msps的压缩数字视频信号接收机内最小允许总载噪比(C/N)0： 9.5dB系统设计实例——Ku波段GEO卫星Ku波段卫星参数Ku波段发射地面站天线直径 5m孔径效率 68%上行链路频率 14.15GHzKu波段转发器所要求的(C/N) 30dB转发器HPA输出补偿 1dB上行链路混合损耗 0.3dB位置：卫星接收天线的-2dB等高线Ku波段接收地面站下行链路频率 11.45GHz接收机IF噪声带宽 43.2MHz天电噪声温度 30KLNA噪声温度 110K晴天时要求的总载噪比(C/N)0 17dB下行链路混合损耗 0.2dB位置：卫星发射天线的-3dB等高线系统设计实例——Ku波段GEO卫星Ku波段发射地面站系统设计实例——Ku波段GEO卫星降雨衰减和传播因素晴天时Ku波段的衰减上行链路 14.15GHz 0.7dB下行链路 11.45GHz 0.5dB降雨衰减上行链路

每年0.01%的时间 6.0dB下行链路

每年0.01%的时间 5.0dB系统设计实例——Ku波段GEO卫星降雨衰减和传播因素系统设计实例——Ku波段GEO卫星Ku频段上行链路设计上行链路噪声功率预算k =波尔兹曼常数 -228.6dBW/K/HzTs=500K 27.0dBKB=43.2MHz 76.4dBHzN=转发器噪声功率 -125.2dBW(C/N)up=30dB，转发器输入端的接收功率必须比噪声功率高30dB。Pr=转发器输入端功率=-95.2dBW上行链路直径为5m，孔径效率为68%。14.15GHz时波长为2.120cm=0.0212m，天线增益为：系统设计实例——Ku波段GEO卫星Ku频段上行链路设计系统设计实例——Ku波段GEO卫星自由空间路径损耗：上行链路功率预算Pt=地面站发射功率Pt dBWGt=地面站天线增益 55.7dBGr=卫星天线增益 31.0dBLp=自由空间路径损耗 -207.2dBLant=-2dB等高线上的E/S -2.0dBLm=其他损耗 -1.0dBPr=转发器接收功率Pt -123.5dB满足(C/N)up=30dB条件的转发器输入功率为-95.2dBW，所以Pt-123.5dB=-95.2dBW，Pt=28.3dBW或675W！系统设计实例——Ku波段GEO卫星自由空间路径损耗：系统设计实例——Ku波段GEO卫星Ku频段下行链路设计：计算(C/N)dn，使之满足(C/N)up=30dB时，(C/N)0=17dB因此：下行链路噪声功率：k=波尔兹曼常数 -228.6dBW/K/HzTs=30+110K=140K 21.5dBKBn=43.2MHz 76.4dBHzN=转发器噪声功率 -130.7dBW地面站接收机输入端功率系统设计实例——Ku波段GEO卫星Ku频段下行链路设计：系统设计实例——Ku波段GEO卫星路径损耗，已知14.15GHz时路径损耗为207.2dB，则11.45GHz时路径损耗为：Lp=207.2-20lg(14.15/11.45)=205.4dB转发器输出功率补偿为1dB，所以输出功率比19.0dB（80W）低1dB，即Pt=19dBW-1dB=18dBW下行链路功率预算Pt=转发器发射功率 18.0dBWGt=卫星天线增益 31.0dBGr=地面站天线增益 GrdBLp=自由空间路径损耗 -205.4dBLa=-3dB等高线上的E/S -3.0dBLm=其他损耗 -0.8dBPr=地面站接收功率 Gr-160.23dB系统设计实例——Ku波段GEO卫星路径损耗，已知14.15GHz时路径损耗为207.2dB，则满足(C/N)dn=17.2dB，Pr=-113.5dBW=Gr-160.2dBGr=46.7dB或46774（比值）天线直径（设天线孔径效率65%）Gr=0.65×(πD/λ)2=46774，频率11.45GHz时，波长2.62cm=0.0262m。则天线直径D=2.14m。Ku波段降雨影响：每年0.01%时间衰减6dB上行链路：(C/N)up=30dB，降雨衰减6dB，则(C/N)up_rain=24dB，如果转发器不采用功率控制，下行功率降低18dBW-6dB=12dBW，(C/N)dn降低6dB，(C/N)0降低6dB=11dB，则比最低门限高1.5dB，所以上行链路裕量7.5dB系统设计实例——Ku波段GEO卫星满足(C/N)dn=17.2dB，Pr=-113.采用上行链路功率控制（UPC），3dB控制范围可以将(C/N)0提高到14dB，代价是地面站的发射功率巨大（1350W！），对其他卫星系统造成干扰采用提高天线增益的方法，提高EIRP，减小天线波束宽度，降低干扰下行链路衰减，天线噪声增量设11.45GHz时雨衰5dB的时间占全年0.01%，天电噪声和天线噪声100%耦合，晴天大气衰减0.5dB晴天天电噪声温度：270(1-10-0.05)=29.4K（与规范中30K一致）雨天噪声温度：Tskyrain=T0(1-G)，G=10-5.5/10=0.282，Tskyrain=270(1-0.282)=194KTsrain=194+110=304K或24.8dBK，Tsclear=110+30=140K噪声功率增量：ΔN=10lg(304/140)=3.4dB(C/N)dnrain=17.2-3.4-5=8.8dB，由于(C/N)up=30dB，则(C/N)0=8.8dB系统设计实例——Ku波段GEO卫星采用上行链路功率控制（UPC），3dB控制范围可以将(C/N(C/N)0不满足解调器要求，所以需重新计算降雨衰减，当雨衰为4.5dB时：Tskyrain=T0(1-10-(4.5+0.5)/10)=185K，ΔN=10lg[(110+185)/(110+30)]=3.2dB，则C/Ndnrain=17.2–4.5–3.2=9.5dB，(C/N)0=9.5dB设计改进：为达到5dB降雨衰减要求，增加天线直径到2.4m，天线增益提高20lg(2.40/2.14)=1.0dB。相应雨衰可以到5.5dB系统设计实例——Ku波段GEO卫星(C/N)0不满足解调器要求，所以需重新计算降雨衰减，当雨衰系统设计实例2——LEO卫星个人通信系统采用较低频段L波段（1500MHz~1600MHz）或S波段（2460MHz）卫星相对地面速度7.7Km/s，单波束直径500km，接入时间小于1min，采用波束自动切换保持通信连续话音采用语音压扩技术，4800bps数据速率，前向FEC卫星链路4条：输出上行链路，输出下行链路，输入上行链路，输入下行链路系统设计实例2——LEO卫星个人通信系统采用较低频段L波段（LEO卫星个人通信系统卫星参数饱和输出功率 10W转发器带宽 1MHz移动终端上行链路频率 1650MHz移动终端下行链路频率 1550MHz网关站点上行链路频率 14GHz网关站点下行链路频率 11.5GHz14GHz上行链路天线增益 3dB11.5GHz下行链路天线增益 3dB卫星接收机系统噪声温度 500K覆盖区最大距离 2200kmLEO卫星个人通信系统卫星参数LEO卫星个人通信系统移动终端参数：发射机输出功率 0.5W天线增益（发射与接收） 0dB接收机系统噪声温度 300K发射比特速率 4800bps接收比特速率 96kbps规定最大比特误码率 10-4网关站点参数发射机输出功率（最大值/转发器） 10W天线增益（发射，14GHz） 55dB天线增益（接收，11.5GHz） 53.5dB接收系统噪声温度（晴天） 140K发射比特速率（FEC编码前） 300kbps接收比特速率（FEC解码后） 4800bps规定最大比特误码率 10-4LEO卫星个人通信系统移动终端参数：系统计算BER=10-4，S/N=1/4Pe=34dB，BPSK调制=>Bn=比特速率，采用升余弦α=0.5的滤波器=>系统实际带宽=7.2KHzBPSK解调器对应语音信道S/N=34dB时的C/N理论值8.4dB，实际上考虑滤波器非理想等因素，C/N最小值增加0.6dB裕量=9dB上行链路功率预算（移动终端到卫星链路，输入链路）：手机单元的EIRP PtGt -3dBW接收天线增益（多波束） Gr 23dB1650MHz路损 Lp -163.6dB其他损耗 Lm -3.5dB卫星端的接收功率 Pr -147.1dBW转发器噪声功率计算波尔兹曼常数 k -228.6dBW/K/Hz系统噪声温度 Ts 27dBK噪声带宽 Bn 36.8dBHz噪声功率 N -164.8dBW

系统计算BER=10-4，S/N=1/4Pe=34d系统计算(C/N)up=Pr/N=-147.1dBW-(-164.8dBW)=17.7dB计算路径损耗时按照最大距离2200km计算，天线在最远距离时增益下降3dB，大气损耗0.5dB，所以其他损耗-3.5dB。如按照1000km计算，=>C/N=28.5dB，设计问题？卫星到网关站点链路系统采用FDMA模式，50路用户，按照准线性工作，10W饱和输出功率只能5W输出，平均分配给50路用户，每个用户分到的功率为0.1W=-10dBW按照最远距离2200km、天线增益在-3dB等高线、大气损耗-0.5dB计算，其他损耗计3.5dB系统计算(C/N)up=Pr/N=-147.1dBW下行链路功率预算每条信道的EIRP PtGt -10dBW接收天线增益 Gr 53.5dB11.5GHz时路径损耗 Lp -180.5dB其他损耗 Lm -3.5dB卫星端的接收功率 Pr -140.5dBW网关站点噪声功率计算波尔兹曼常数 k -228.6dBW/K/Hz系统噪声温度 Ts 21.5dBK噪声带宽 Bn 36.8dBHz噪声功率 N -170.3dBW(C/N)dn=Pr/N=-140.5-(-170.3)=29.8dB输入链路(C/N)0=1/(C/N)up+1/(C/N)dn=55.5=17.4dB系统计算下行链路功率预算系统计算上行链路（网关=>卫星，输出链路）预算网关站点EIRP PtGt 65.0dBW接收天线增益 Gr 3.0dB14.0GHz时的路径损耗 Lp -182.2dB杂散损耗 Lm -4.0dB卫星端的接收功率 Pr -118.2dBW波尔兹曼常数 k -228.6dBW/K/Hz系统噪声温度 Ts 27dBK噪声带宽 Bn 54.8dBHz噪声功率 N -164.8dBW上行链路C/N (C/N)up=-118.2–(–146.8)=28.6dB系统计算上行链路（网关=>卫星，输出链路）预算系统计算下行链路（卫星=>移动用户）预算卫星的EIRP PtGt 32.0dBW接收天线增益 Gr 0dB1550MHz时的路径损耗 Lp -163.1dB其他损耗 Lm -3.5dB移动端接收功率 Pr -134.6dBW波尔兹曼常数 k -228.6dBW/K/Hz系统噪声温度 Ts 24.8dBK噪声带宽 Bn 54.8dBHz噪声功率 N -149.0dBW下行链路C/N (C/N)dn=-134.6-(-149.0)=14.4dB系统计算下行链路（卫星=>移动用户）预算系统计算输出链路总的(C/N)0：(C/N)0=1/[1/(C/N)up+1/(C/N)dn]=26.5(14.2dB)比较输出链路C/N（14.2dB，裕量5.2dB）与输入链路的C/N（17.4dB，裕量8.4dB），可知输出链路裕量较小，是系统薄弱环节改进方法：半速率FEC纠错编码=>C/N门限可以降低至3.5dB，带宽增加一倍=>噪声功率增加3dB=>各级C/N下降3dB=>输出链路、输入链路(C/N)0各降3dB。总系统性能改善了2.5dB改进后输入链路：(C/N)up=14.7dB,(C/N)dn=26.8dB,(C/N)0=14.4dB输出链路：(C/N)up=25.6dB,(C/N)dn=11.4dB,(C/N)0=11.2dBKu波段降雨衰减输入链路：晴天Ku频段下行链路C/N为26.8dB(478.6)，L频段晴天时上行链路C/N为14.7dB(29.5)，门限3.5dB，最小链路下行1/(C/N)dnmin=1/(C/N)0–1/(C/N)up=1/2.24–1/29.5=2.42=3.8dB下行链路裕量：26.8dB-3.8dB=23dB系统计算输出链路总的(C/N)0：系统计算输出链路：Ku波段上行链路，1/(C/N)upmin

L波段(C/N)dn=11.4dB（13.8）1/(C/N)upmin=1/(C/N)0–1/(C/N)dn=1/2.24–1/13.8=0.374(4.3dB)Ku波段上行链路裕量为25.6–4.3=21.3dBKu波段上下行链路的裕量足以克服降雨产生的衰减与Ku波段计算类似，L波段上行裕量11.2dB，下行裕量7.9dB系统计算输出链路：Ku波段上行链路，1/(C/N)upminThankYou！ThankYou！第四章卫星链路设计第四章卫星链路设计本章节内容基本传输理论系统噪声温度和G/T下行链路设计小型地面站卫星系统上行链路设计总体C/N的链路设计系统设计实例本章节内容基本传输理论链路设计的重要性在尽可能小的发射功率、接收天线尺寸下获得相应的通信可靠性（指定的BER值、S/N值）为RF系统关键性器件如HPA、LNA提供设计依据，为天线系统提出设计目标考虑各种情况下链路的衰减情况，给出合理的链路余量需要对通信系统的各个方面知识有较多了解！链路设计的重要性在尽可能小的发射功率、接收天线尺寸下获得相应基本传输理论理想化信号源：各向同性源、物理上无法实现距离R处穿过球面通量密度为：有向天线的增益G(θ)P(θ)：天线每单位立体角的辐射功率P0：天线总辐射功率G(θ)：天线在角θ方向上的增益立体角定义：球面某一区域面积/半径2，整个球面角为4πPt：发射机功率基本传输理论理想化信号源：各向同性源、物理上无法实现有向天线等效全向辐射功率（EIRP）设天线在最大辐射方向的角度为θ=0º（θ角的基准，天线视轴）=>则天线增益=G(θ)=G(0º)发射机输出功率为Pt，天线损耗为0，天线增益为Gt天线视轴方向上距离R处通量密度PtGt：等效全向辐射功率EquivalentIsotropicallyRadiatedPower（EIRP）等效全向辐射功率（EIRP）设天线在最大辐射方向的角度为θ=EIRP如果采用孔径面积为Am2的理想接收天线，则接收功率为：入射通量密度F=Pt/4πR2W/m2，接收功率Pr=F×A=PtA/4πR2WEIRP如果采用孔径面积为Am2的理想接收天线，则接收功率天线口径效率ηA实际天线是有损耗的，有效孔径<实际孔径损耗因素：孔径截面能量分布不均、不匹配、相位差一般反射面ηA在50%~75%，喇叭接近90%实际接收功率：天线增益与面积关系：天线口径效率ηA实际天线是有损耗的，有效孔径<实际孔径链路方程将天线增益与有效面积表达式带入接收功率表达式得到著名的链路方程：Lp

路径损耗=(4πR/λ)2EIRP=PtGt接收功率=EIRP×接收天线增益/路径损耗（单位W）注意：链路方程与发射接收天线增益直接联系，与天线实际尺寸没必然联系（螺旋阵列等天线实际尺寸可能会小于有效口径！）链路方程将天线增益与有效面积表达式带入接收功率表达式得到著名链路方程的分贝表达通信系统一般利用分贝量简化表达式，链路方程在分贝下表示为：其中：路径损耗：实际工程中链路损耗：La=大气衰减Lta=发射天线产生的损耗Lra=接收天线产生的损耗dBW：以1W为0dBdBm：以1mW为0dB链路方程的分贝表达通信系统一般利用分贝量简化表达式，链路方程卫星链路示意图卫星链路示意图计算实例例1：卫星与地球地面站距离40000km，辐射功率10W，天线指向地面站，增益17dB。求接收点通量密度？采用有效面积10m2的天线可以接收到的功率？采用分贝计算：计算实例例1：卫星与地球地面站距离40000km，辐射功率1如果例1中的卫星工作频率为11GHz，接收天线增益为52.3dB，求接收功率。计算实例如果例1中的卫星工作频率为11GHz，接收天线增益为52.3系统噪声温度和G/T噪声温度可以确定系统中有源器件、无源器件的热噪声的多少物理温度为Tp的黑体在微波频率内可以产生带宽很宽的电子噪声，噪声功率表示为：k：波尔兹曼常数=1.39×10-23J/K=-228.6dBW/K/HzTp：源的物理温度，单位为热力学温度Bn：噪声带宽，单位为Hz注：Pn是可测得的噪声，即负载与噪声源阻抗匹配时才能传到负载端噪声功率谱密度：kTp在常温290K下功率谱密度：-174dBm/Hz300GHz以下功率谱密度基本不变系统噪声温度和G/T噪声温度可以确定系统中有源器件、无源器件卫星离地面距离很远，所以信号强度一般很低，为了达到指定的C/N（载噪比）必须采用低噪声放大器+降低中频带宽常用GaAsFET管放大器噪声温度大约在30K~200K之间FET管噪声温度随频率增加而增加为什么低噪声放大器噪声温度小于实际物理温度？因为放大器产生的噪声比匹配负载产生噪声小噪声温度卫星离地面距离很远，所以信号强度一般很低，为了达到指定的C/系统噪声温度Ts接收机性能取决于解调器输入端信号功率与热噪声功率之比=>系统噪声温度TsTs：将接收机等效为无噪声接收机后，在输入端口增加的噪声源的噪声温度，包括放大器噪声、天线噪声设接收机RF输入端到解调器输入端总增益为Grx，最窄带宽为BnHz，则解调器输入端噪声为：Pno=kTsBnGrx(W)系统载噪比：由Ts、C/N=>接收功率Pr，可以方便后续链路的计算C/N与接收机增益无关系统噪声温度Ts接收机性能取决于解调器输入端信号功率与热噪声超外差接收机噪声温度超外差接收机结构：特点：改变频率方便，滤波器结构易实现，选择性好超外差接收机噪声温度超外差接收机结构：超外差接收机噪声温度接收机等效噪声模型超外差接收机噪声温度接收机等效噪声模型超外差接收机噪声温度若满足：则：若LNA增益很高则噪声贡献主要来源于：Ts=天线+LNA=Tin+TRF注意:式中所有量为比值不是dB!超外差接收机噪声温度若满足：则：若LNA增益很高则噪声贡献主超外差接收机噪声温度等效无噪声接收机模型有损器件噪声模型有损器件噪声模型可以用来表示降雨衰减等过程，雨衰的同时会引入一定噪声，可以将噪声放置在天线输入端口处注意:Tp是器件物理温度，式中Gl为比值不是dB!超外差接收机噪声温度等效无噪声接收机模型有损器件噪声模型有损计算实例例2：有一4GHz接收机增益与噪声温度值如下：Tin=25K，GRF=23dB，TRF=50K，GIF=30dB，TIF=1000K，Tm=500K设混频器Gm=0dB，计算系统噪声温度：设混频器Gm=-10dB，计算噪声温度：若采用50dB增益的LNA，计算噪声温度：采用高增益LNA可以有效降低系统噪声温度！计算实例例2：有一4GHz接收机增益与噪声温度值如下：如果例子2中LNA增益50dB。若天线与接收机之间有一段2dB损耗的波导，求系统噪声温度，波导温度300K。波导2dB衰减=>1.58=>Gl=1/1.58=0.631波导对天线输出噪声进行衰减：接收机噪声温度：天线输出端口噪声温度：计算实例如果例子2中LNA增益50dB。若天线与接收机之间有一段2d例题中的结论：提高LNA增益可以降低系统噪声温度天线端口与接收机之间插入导波器件会显著恶化系统性能改良方法：提高LNA增益，Ku波段一般在20~30dB，C波段更高将接收机LNA与天线尽可能的靠近Ku波段直播电视一般将LNA，BPF，Mixer，IFA与天线馈源集成在一起，叫做LNB（LowNoiseBlock）计算实例例题中的结论：计算实例噪声系数与噪声温度噪声系数定义：噪声系数与噪声温度的关系：T0：计算标准噪声系数的参考温度，通常290K，NF是比值！不是dB噪声温度K020406080100120150200290噪声系数（dB）00.290.560.821.061.291.501.812.283.0噪声温度K4006008001000150020003000500010000噪声系数（dB）3.84.95.86.57.99.010.512.615.5噪声系数与噪声温度噪声系数定义：噪声温度K020406080地面站G/T计算噪声的链路方程表示为：给定卫星下：C/N正比于Gr/Ts，Gr/Ts简记为G/T，单位dB/K例子3：地面站天线直径30m，效率68%，接收信号频率为4150MHz，Ts=79K，天线指向卫星仰角28º，求G/T，若雨衰使得Ts=88K，重新计算G/T地面站G/T计算噪声的链路方程表示为：下行链路设计设计目标：少投入、多业务量大型天线设计制造昂贵，C/N留有太多裕量是一种浪费，若Ku波段裕量20dB，则天线尺寸是按3dB的链路裕量天线尺寸的7倍对于一定的可靠性合理选择链路裕量C波段雨衰少，可靠性达99.99%(1~2dB)，适合语音信号Ku波段雨衰适中,可靠性0.1%-0.5%(10~20dB)，电视直播Ka波段雨衰大，中断时间长，适合互联网业务等非实时信道下行链路设计设计目标：少投入、多业务量链路预算链路预算简化C/N计算，将各种与卫星有关的参量都采用分贝表示，信号与噪声功率只要加减计算即可，链路设计是一个反复过程，一旦建立链路预算，任何参数变化都很容易计算出来卫星参数：转发器饱和输出功率： 20W天线中心轴方向增益： 20dB转发器带宽： 36MHz下行链路频带：3.7GHz~4.2GHz信号：FM-TV模拟信号FM-TV信号带宽： 30MHz接收机允许最小C/N： 9.5dB晴天C波段GEO卫星（全球波束）C波段地面站：下行链路频率： 4GHz天线中心轴方向增益： 49.7dB接收机IF带宽： 27MHz接收系统噪声温度： 75K链路预算链路预算简化C/N计算，将各种与卫星有关的参量都采用下行链路功率预算：

Pt=卫星转发器输出功率，20W， 13.0dBWBo=转发器输出补偿， -2.0dBGt=卫星天线沿中心轴方向的增益， 20dBGr=地面站天线增益， 49.7dBLp=4GHz时自由空间路径损耗， -196.5dBLant=卫星天线波束损耗上界， -3.0dBLa=晴天大气损耗， -0.2dBLm=其他损耗， -0.5dBPr=地面站接收功率， -119.5dBW下行链路噪声功率预算k=波尔兹曼常数， -228.6dBW/K/HzTs=系统噪声温度，75K， 18.8dBKBn=噪声带宽，27MHz， 74.3dBHzN=接收机噪声功率， -135.5dBWC/N=Pr(dB)-N(dB)=-119.5dBW-(-135.5dBW)=16.0dB下行链路功率预算：

Pt=卫星转发器输出功率，20W， 雨天C频段下行链路预算Prea=晴天时地面站的接收功率 -119.5dBWA=降雨衰减 -1.0dBPrain=雨天时地面站接收功率 -120.5dBWNca=晴天时接收机的噪声功率 -135.5dBWΔNrain=降雨时造成的噪声温度增量 2.3dBNrain=降雨时接收机的噪声功率 -133.2dBW雨天C/N=Prain–Nrain=-120dBW-(-133.2dBW)=12.7dB链路预算雨天C频段下行链路预算链路预算链路预算实例，C波段GEO卫星天线增益计算：全球波束覆盖，3dB波束宽度17º增益G=33000/172=114.2=20.6dB，约为20dB注意，中心区域高于边缘区域3dB!边缘区域距离也更远，需单独计算转发器饱和功率，20W=13dBW，由于输出存在各种波导接头具有一定损耗，记转发器补偿为2dB，则实际发射功率为11dBW。EIRP=11+dB天线增益=11+20=31dBW发射信号带宽30MHz，接收27MHz（模拟FM-TV信号）地面站天线直径9m，4GHz增益为49.7dB，天线效率？接收系统噪声温度75K，G/T=49.7-10lg75=30.9dB/K链路预算实例，C波段GEO卫星天线增益计算：全球波束覆盖，3GEO卫星最长路径为40000km，如何得到的？路径损耗：20lg(4πR/λ)=196.5dB额外的路径损耗晴天/斜入射：0.2dB其他损耗：0.5dB，如极化失配、天线指向偏差最低C/N为9.5dB（FM解调门限），根据前面表格得到C/N=16.0dB，裕量6.5dB，雨天裕量较小4GHz雨衰1dB，加上晴天损耗0.2dB，总损耗1.2dB（1.32）利用有耗噪声模型得到天电噪声：晴天0.2dB损耗对应天电噪声13K，雨衰增加了66-13=53K，系统噪声75K，雨衰53K，雨衰将噪声提高到75+53=128K，即2.3dB，加上雨衰1dB，则有了前面的雨衰噪声链路预算链路预算实例，C波段GEO卫星GEO卫星最长路径为40000km，如何得到的？链路预算实例上例中最坏情况链路裕量3.2dB，进一步优化减小为2dB，多出来1.2dB可以用来将地面站天线尺寸减小：1.2dB=1.32，天线尺寸缩小倍即9m天线减小到7.8m如果采用QPSK数字调制，27MHz带宽可以传输54Mbps，但是C/N下限14.6dB。雨天裕量-1.9dB，需要增加天线尺寸，但是数字调制MPEG可以传输多路TV增加容量如果是部分地区覆盖，发射天线增益提高+12dB，接收天线增益可以降低-12dB=>直径减小4倍（2.25m）链路预算优化上例中最坏情况链路裕量3.2dB，进一步优化减小为2dB，多直接广播电视（DBS-TV）DBS-TV工作与Ku波段，下行12.2GHz-12.7GHz发射功率大：100W-200W用户天线直径小于1m降雨裕量较小3dB~8dB牺牲可靠性换取小天线终端接收天线波束宽、易受其他卫星干扰=>不同卫星频率间隔必须宽直接广播电视（DBS-TV）DBS-TV工作与Ku波段，下行DBS-TV链路预算实例DBS-TV终端接收的信号功率：转发器输出功率，160W， 22.0dBW天线波束中心增益，（5.5º×2.5º） 34.3dB12.2GHz，路径长度38000km时的路径损耗， -205.7dB接收天线中心增益， 33.5dB波束边缘损耗， -3.0dB晴天大气损耗， -0.4dB其他损耗， -0.4dB接收功率，C， -119.7dBWDBS-TV链路预算实例DBS-TV终端接收的信号功率：DBS-TV终端接收时噪声功率：波尔兹曼常数，k， -228.6dBW/K/Hz晴天系统噪声温度，145K， 21.6dBK接收机噪声带宽，20MHz， 73.0dBHz噪声功率，N， -134.0dBWDBS-TV终端C/N：晴天C/N 14.3dB8.6dB门限以上链路预算 5.7dB可靠性 >99.7%DBS-TV链路预算实例DBS-TV终端接收时噪声功率：DBS-TV链路预算实例雨衰时的系统噪声温度与C/N总的附加路径损耗A：=Aca+AraindBTsky=270×（1-10-A/10）K，假定降雨时介质温度为270K实际并非所有噪声能量进入天线，引入耦合系数ηc：TA=ηc×TskyK，ηc一般为90%~95%假设LNA增益足够大，Tsrain=TLNA+TAK假设LNA与天线馈源集成在一起，则ΔNrain为：Tsca是晴天时系统的噪声温度雨衰时的系统噪声温度与C/N总的附加路径损耗A：=Aca+A降雨时载波功率Crain为：Crain=Cca-AraindB降雨时C/N为：(C/N)dnrain=(C/N)dnca-Arain-ΔNraindB雨衰时的系统噪声温度与C/N降雨时载波功率Crain为：Crain=Cca-Araind链路裕量如何被降雨抵消设DBS-TV预算实例中有3dB雨衰加上晴天损耗0.4dB，一共3.4dB，雨天电噪声为晴天天电噪声天线噪声来源：固定噪声，温度可变噪声链路裕量如何被降雨抵消设DBS-TV预算实例中有3dB雨衰雨衰=>Tsrain

上升=>N上升，同时C下降C/N下降>雨衰dB不能简单的将雨衰从链路裕量中扣除！实际情况中需反复计算才能得到对应雨衰的链路裕量减小值。链路裕量如何被降雨抵消雨衰=>Tsrain上升=>N上升，同时C下降链路裕量如上行链路设计地面站发射功率可变,设计简单小型地面站功率小,特别是移动地面站,发射功率受到限制,因此C/N通常也是很低的转发器的交调问题致使多载波信号输出时如FDMA，功率一般需要降1~3dB，有些甚至5~7dB，即使单载波也要降低功率，避免AM-PM转换上行链路以通量密度作衡量标准，典型值-100dBW/m2，发射功率100W，天线直径9m，C波段上行链路设计地面站发射功率可变,设计简单上行链路设计转发器的参数：转发器输入噪声功率：转发器输入信号功率：Lup：除路径损耗外的所有损耗转发器的C/N：转发器输入信号功率：采用弯管转发器：上行链路设计转发器的参数：转发器输入噪声功率：转发器输入信号上行链路设计天线干扰问题：GEO卫星密集，小型化上行天线波束宽，对相邻卫星造成干扰上行链路天线旁瓣要求上行链路设计天线干扰问题：GEO卫星密集，小型化上行天线波束总体C/N的链路设计结合卫星C/N设计对于同一载波C卫星链路中一般有两个C/N，上行C/N、下行C/N对于两个C/N，估计(C/N)0的经验规则：两个C/N相等，则(C/N)0低3dB两个C/N相差10dB，则(C/N)0比较小的低0.4dB两个C/N相差20dB，则(C/N)0约等于较小的C/N，精度±0.1dB总体C/N的链路设计结合卫星C/N设计总体C/N的链路设计转发器的三种工作模式：线性转发器：非线性转发器：再生式转发器：总体C/N的链路设计转发器的三种工作模式：三种转发器对应上行：线性转发器：非线性转发器：带反馈的转发器：下行衰减总载噪比：总体C/N的链路设计三种转发器对应上行：线性转发器：非线性转发器：带反馈的转发器卫星通信链路设计步骤确定系统的工作频段。通常利用比较设计来帮助选择频段确定卫星通信参数。估计未知参数确定发射地面站和接收地面站的参数从发射地面站开始，建立上行链路预算和转发器噪声功率预算，从而确定转发器内的(C/N)up根据转发器增益或输出补偿，确定转发器的输出功率建立接收地面站的下行功率和噪声计算。计算位于覆盖区边缘的地面站的(C/N)up

，(C/N)0计算基带信号的S/N或BER。确定链路裕量估计计算结果。并与规定性能比较，根据需要调整系统参数，直到获得合理的(C/N)0或S/N或BER。可能要反复多次卫星通信链路设计步骤确定系统的工作频段。通常利用比较设计来帮确定链路工作要求的传输条件。分别计算出上行链路和下行链路的中断时间若链路裕量不够，可以通过调整某些参数，对系统重新设计。最后检验所有的参数是否都符合要求，以及设计是否可以按照预算正常工作卫星通信链路设计步骤确定链路工作要求的传输条件。分别计算出上行链路和下行链路的中系统设计实例——Ku波段GEO卫星Ku波段卫星参数位于对地静止轨道上73ºW且携带有28个Ku频段转发器总RF输出功率： 2.24KW天线中心增益（发射与接收）： 31dB接收系统噪声温度： 500K转发器饱和输出功率：Ku波段 80W转发器带宽：Ku波段 54MHz信号：传输码元速率为43.2Msps的压缩数字视频信号接收机内最小允许总载噪比(C/N)0： 9.5dB系统设计实例——Ku波段GEO卫星Ku波段卫星参数Ku波段发射地面站天线直径 5m孔径效率 68%上行链路频率 14.15GHzKu波段转发器所要求的(C/N) 30dB转发器HPA输出补偿 1dB上行链路混合损耗 0.3dB位置：卫星接收天线的-2dB等高线Ku波段接收地面站下行链路频率 11.45GHz接收机IF噪声带宽 43.2MHz天电噪声温度 30KLNA噪声温度 110K晴天时要求的总载噪比(C/N)0 17dB下行链路混合损耗 0.2dB位置：卫星发射天线的-3dB等高线系统设计实例——Ku波段GEO卫星Ku波段发射地面站系统设计实例——Ku波段GEO卫星降雨衰减和传播因素晴天时Ku波段的衰减上行链路 14.15GHz 0.7dB下行链路 11.45GHz 0.5dB降雨衰减上行链路

每年0.01%的时间 6.0dB下行链路

每年0.01%的时间 5.0dB系统设计实例——Ku波段GEO卫星降雨衰减和传播因素系统设计实例——Ku波段GEO卫星Ku频段上行链路设计上行链路噪声功率预算k =波尔兹曼常数 -228.6dBW/K/HzTs=500K 27.0dBKB=43.2MHz 76.4dBHzN=转发器噪声功率 -125.2dBW(C/N)up=30dB，转发器输入端的接收功率必须比噪声功率高30dB。Pr=转发器输入端功率=-95.2dBW上行链路直径为5m，孔径效率为68%。14.15GHz时波长为2.120cm=0.0212m，天线增益为：系统设计实例——Ku波段GEO卫星Ku频段上行链路设计系统设计实例——Ku波段GEO卫星自由空间路径损耗：上行链路功率预算Pt=地面站发射功率Pt dBWGt=地面站天线增益 55.7dBGr=卫星天线增益 31.0dBLp=自由空间路径损耗 -207.2dBLant=-2dB等高线上的E/S -2.0dBLm=其他损耗 -1.0dBPr=转发器接收功率Pt -123.5dB满足(C/N)up=30dB条件的转发器输入功率为-95.2dBW，所以Pt-123.5dB=-95.2dBW，Pt=28.3dBW或675W！系统设计实例——Ku波段GEO卫星自由空间路径损耗：系统设计实例——Ku波段GEO卫星Ku频段下行链路设计：计算(C/N)dn，使之满足(C/N)up=30dB时，(C/N)0=17dB因此：下行链路噪声功率：k=波尔兹曼常数 -228.6dBW/K/HzTs=30+110K=140K 21.5dBKBn=43.2MHz 76.4dBHzN=转发器噪声功率 -130.7dBW地面站接收机输入端功率系统设计实例——Ku波段GEO卫星Ku频段下行链路设计：系统设计实例——Ku波段GEO卫星路径损耗，已知14.15GHz时路径损耗为207.2dB，则11.45GHz时路径损耗为：Lp=207.2-20lg(14.15/11.45)=205.4dB