1、問題:5、降雨損耗及鏈路可用度 6、飽和通量密度7、轉發器的增益8、連路計算9、系統容量估算5、降雨損耗及鏈路可用度： 降雨對鏈路的影響：降雨會導致電磁波的散射并且會吸收無線電波的能量；降雨的衰減量隨著頻率的升高而增加，因此Ku 波段的降雨衰減要比C波段嚴重；水平極化的降雨衰減要比垂直極化的降雨衰減要大；雨衰會產生噪聲，衰減和噪聲對衛星鏈路性能的影響在上、下行鏈路的雨衰余量中考慮。降雨對天線罩的影響： 對半球形的天線罩， 降雨會產生一個厚度不均勻的水層，水層將導致吸收損耗和反射損耗（ 1mm 厚的水層所產生的損耗是 14dB ） 。降雨會導致信號的去極化： 雨滴通過大氣層時略帶橢圓形， 主軸方

2、向對電場分量的影響不同于次軸方向對電場分量的影響， 其結果就是使電波變成了橢圓極化波； 對圓極化波的影響大于線性極化波， 為了彌補降雨引起的去極化，需要安裝去極化裝備。 鏈路可用度：定義：在一年中 p% 的時間內，鏈路的誤比特率不超過一個給定的門限值pb 的概率，稱為鏈路可用度。 因此鏈路可用度表示含義是： 一年中經過該鏈路傳輸的誤比特率性能優于門限 Pb的時間百分比。為了使 鏈路可用度達到要求，定義一個門限載噪比C/Nth和余量M,余量 M包括雨衰余量、系統余量以及設備余量等，因此設計系統應該達 到的載噪比為：C CM (dB)。N N th6、飽和通量密度：衛星轉發器的行波管放大器(TWT

3、A)存在輸出功率飽和現象，由此 定義：使TWTA達到飽和時接收天線所要求的通量密度為飽和通量密 度，用s表示。衛星轉發器的飽和通量密度也稱為衛星轉發器的靈敏 度。如果用EIRPs表示能使衛星接收天線達到飽和通量密度所要求的地 球站的有效全向輻射功率，則有：4 、s EIRPs LOSS s 10lg( 2)顯然，EIRPs s LOSSs 101g( 4-2),這樣，如果知道衛星接收系統的設計參數s以及系統的工作頻率、各種傳輸損耗，就可以計算單一 載波時地球站的EIRPs。7、轉發器的增益：衛星轉發器的三個主要參數為G、 s與EIRP。G和s (飽和通 量密度)反映衛星接收系統在其服務區內的性

4、能， 它們與衛星接收天 線的增益分布線性相關。EIRP反映轉發器的下行功率，它與衛星發送 天線的增益分布線性相關。衛星天線增益隨天線指向與工作頻率而變。因此，轉發器參數隨服務 區內的不同地點而變，同一地點的不同轉發器參數也有差異。 特定地 點的轉發器參數可從城市參數列表或等值線分布圖中查到。§為接收系統的品質因數(figure of merit)。它是接收天線增益G與 接收系統噪聲溫度T之比值，單位為dB/k。用的計算公式為：G gr ts式中的Gr為衛星天線的接收增益，Ts為衛星接收系統的噪聲溫度。 飽和通量密度s為，當轉發器被推到飽和工作點時，上行載波在接 收天線口面所達到的通量

5、密度。它反映衛星轉發器對上行功率的需求 量，單位為 dBw/m2。 s與卑的關系為：s constant attn G 式中的constant為反映轉發器增益的計算常數，其數值多在-100與-90 之間，constant越小，轉發器的增益就越高；attn為轉發器的增益調 整量，它可由地面遙控改變，用于調整s的靈敏度。用戶在作鏈路計算時，應向衛星公司了解相關轉發器attn的當前設置值，并且據此 對從圖表查到的s數據作修正。有效全向輻射功率EIRP為衛星轉發器在指定方向上的輻射功率。它為 天線增益與功放輸出功率之對數和，單位為 dBw。EIRP的計算公式 為：EIRP P LOSSES Gt式中的

6、P為放大器的輸出功率，LOSSES為功放輸出端與天線饋源之 間的饋線損耗，Gt為衛星天線的發送增益。由對比同一顆通信衛星的C頻段EIRP分布圖和Ku頻段EIRP分布圖可 知，C頻段轉發器的服務區大，通常覆蓋幾乎所有的可見陸地，適用 于遠距離的國際或洲際業務；Ku頻段轉發器的服務區小，通常只覆 蓋一個大國或數個小國，只適用于國內業務。C頻段轉發器的EIRP通 常為36到42dBw , ?通常為-5到+ 1dB/k ,地面天線的口徑一般不 小于1.8米；Ku頻段轉發器的EIRP通常為44到56dBw, G通常為-2 到+8dB/k,地面天線口徑有可能小于1米。另一方面，C頻段因為電 波傳播通常不受

7、氣候條件的影響，適用于可靠性較高的業務；Ku頻段轉發器則因電波傳播可能遭受降雨衰耗的影響，只適用于建網條件較差、天線尺寸和成本受限的業務。8、鏈路計算：上行鏈路：A、2的計算公式：一條衛星鏈路的上行鏈路是由地球站向衛星 No傳輸信號的鏈路，即地球站發送信號衛星接收信號。端到端的載 噪比計算公式可以用于上行鏈路的計算，通常用下表U表示這是上行鏈路，因此有：裔EIRPu爛LOSSESu的（dBHz） B、衛星接收的功率通量密度：在計算£時，經常采用衛星接 N oju收到的通量密度而不是地球站的EIRP,這樣就需要對上式進行修改；僅考慮自由空間傳輸時，距離發送天線 d處的通量密度為：M 署

8、，乂 EIRP 101g(4 Q已知自由空間的傳輸損耗為:4FSL101g(1) 101g(4 d2),因止匕c4m EIRP FSL 101g(1)。如果考慮其他損耗傳輸損耗:4m EIRP LOSSES 101g(42）。增上所述可得：衛星接收到的通量密度等于地球站發送的有效全向輻射功率減去傳輸過程中的損耗（不含饋線損耗）再加上接收天線單位面積的增益。C、飽和通量密度D、輸入補償：當TWTA中只有單載波時可以選擇工作在飽和點， 但是TWTA中有多個載波同時通過時，為了減小互調失真的影響， 工作點必須從飽和點推到TWTA傳輸特性的線性區，將飽和點所 需的輸入功率與工作點所需的輸入功率之差稱為

9、輸入補償，用 BOi表示。假設單載波工作時的飽和通量密度已知，那么根據單 載波的飽和電平可以確定多載波工作時的輸入補償值。這時所有 地球站的上行EIRP的和等于使轉發器達到飽和通量密度時所需的 EIRP值減去補償值BOi,即：EIRP，EIRPsU BO?？梢杂蔑?和通量密度計算載波與噪聲譜密度之比：CNu eirpu TU lossesu K (dBHz)4EIRPu s LOSSES 101g() BOis4. G.101gL)BOi KE、地球站高功放HPA地球站高功放的發送功率中應該包括傳輸饋線損耗。傳輸饋線損耗記為 TEL TEL中包括HPA輸出端與發射天線之間的波導、濾波器和耦合損

10、耗。HPA的輸出功率由下式計算：Phpa EIRPU Gt TFL,該式包括了衛星所需的輸入補償。 止匕外，地球站本身也可能會發送多個載波，它的輸出需要對應的 補償，記為BOhpa,這樣地球站的額定飽和輸出功率就由下式給 出：Phpa Phpa,s BOhpa °下行鏈路：A、£的計算公式：衛星下行鏈路是衛星向地球站方向傳輸信號 No的鏈路。端到端的載噪比計算公式為：Cg.而 舊RPd TD l0ssesd K N0 DID計算結果是地球站接收機入口的載波與噪聲譜密度之比。如果要 計算載波噪聲功率比而不是載波與噪聲譜密度之比時，就要用到 等效噪聲帶寬。假設信號帶寬B等于噪聲

11、帶寬Bn,則上式變為：CG喘d EIRPd Td LOSSESd K BnB、輸出補償：定義：單載波飽和輸出功率與工作點對應的輸出功 率之差。輸出補償值的確定方法：根據輸入補償的范圍定出補償 后的工作點，線性外推至某個點（該點比飽和輸出功率大5dB）,則該點對應的實際輸出功率減5dB后與補償后的工作點對應的輸 出功率差即為輸出補償。如果飽和條件下衛星的輸出EIRP定義為EIRPD , 則有：EIRP D= eirpsd BOo,并且£的計算公式 N oCG父為：而D eIRPsd BOo yD lossesd K。C衛星TWTA的輸出：衛星功率放大器通常采用行波管放大器 （TWTA,

12、必須提供包括發送饋線損耗在內的發射功率。這些饋線損耗來自TWTA與衛星天線之間的波導、濾波器及耦合器。TWTA 的輸出功率為：Ptwta EIRPd Gtd TFLd。一旦Ptwta的值確 定，那么就可以計算TWTA的包和功率輸出值：PTWTAs PTWTABOo。9、系統容量估算：衛星系統容量是指滿足一定約束條件的前提下，系統支持同時發射的載波數。系統容量主要與要求的傳輸質量、帶寬擴展因子、系統抗干 擾能力以及地球站的傳輸能力等因素有關。衛星系統信道容量受到熱 噪聲和同頻干擾的影響而損失。通常情況下，產生干擾的主要原因有： 多頻干擾和臨波束干擾以及多衛星的同頻干擾。在用戶端上行鏈路中，設系統

13、的一個波束內具有T（T<13）個子頻帶， 用戶密度為&波束內一個子載波能提供的用戶數為 NC,則Nc/Ac,Ac是此波束覆蓋的小區面積，在功率控制下，衛星接收天線將不同 用戶的信號功率控制為同一的量值 Co這就使得在本小區內部，其他 用戶對被度量的用戶干擾功率也得到了 “補償”，放大了 C,進而得 到同一小區內部被度量的用戶受其他用戶干擾（僅考慮同一子頻帶上的用戶）的功率為：Iown （Nc 1）CNc,其中 為平均話音激活率。周圍其他小區內的用戶信號因為功率控制因子也得到了放大， 對于他 們自己波束的接收天線來說，也補償到了相同功率 Co衛星干擾示意 圖如下圖所示：圖1:衛星網

14、絡干擾設Gc( C)和Gi( i)分別為被度量的用戶和干擾方波束的天線特性增益。對于被度量的用戶，這些用戶發出的干擾功率變為：I otherGc(。一 - Q Aother other Gi( i)其中C "IdAother為其他小區接收到干擾用戶信號后，采用功率 other G i( i)控制并等效至干擾方波束中心，得到其對被度量用戶的干擾積累。由 于較遠距離的干擾可以忽略，這里只考慮臨近范圍內的所有干擾功率。1222(rd )/R d Aother o從而得到干擾因子f ： f工G dAother10Ac other Gi( i)Ac other其形需要說明的是，衛星系統用戶上行

15、波段天線并不是蜂窩形狀的, 狀如圖2所示。波束間交界處的衰減為 24dB。在圖1中，干擾信號上行夾角i actan(d/h),干擾徑向小區邊緣上行夾角s actan(R/h),可將被度量的用戶小區內的天線特性增益Eb/Nb2用地面距離d表水：Gc Gmax S ( .(d?) dBi ,其中s徑向干擾小actan(R/h)區周圍的衰減，滿足s Gmax Gr。由于hd和hR,上式可變為：Gc(d) Gmax S(d/ R)2 dBi o將dBi單位轉換到線性單位：Gc(r) Gmax10s/10l(d/R)2。同樣干擾方在自己波束內的天線特性增益為：Gi(r)Gmax10 s/10(r/R)2

16、。則干擾因子可變為：f 工GL. d Aother -10s/叫2 d2)/R2dAother。通過以上分析，得到Acother Gi( i)Acother被度量的用戶受到其他用戶的總干擾為：I I own I other (1 f)NsbC。對于子載波帶寬Bc GRb (G是擴頻比，Rb是信息速率)和干擾功率C EbRb (Eb是信息比特能量)，總干擾的功率密度為：Li1GRbJ (1 f)NcEb?？紤]到各種噪聲的功率密度N。,Ltot Li N0 ,則得到一個子頻帶內11可供使用的信道量：Nc 1 （旦）（旦）。 （1 f） LtotNo設一個波束內有T個子載波，一顆衛星具有J個波束，一

17、個波束的有 效帶寬為Bbeam,則一顆衛星的可供信道量為： 11Nsat JTNsb JT Bbeami-（-Eb）（豆）。 Rb（1 f） Ltot No需要說明的是，對于前向鏈路下行信道，由于信號源子一個同一的衛 星或關口站，碼分復用能夠很好地實現碼片同步。微型系統下行鏈路利用導頻信道和擴頻碼同步信道，各用戶的擴頻序列（ Walsh碼）具 有良好的自相關性（雖然相臨的衛星仍會產生部分干擾），信號接收 能夠保持在有效信干比門限以下。所以，系統的下行信道干擾比上行時的情況要輕得多。假定小區內的來話量服從泊松分布，來話到達率為常數1/s,來話的持續時間為1/回，從而小區的通信容量為：Vveam/ EH。根據一個子頻帶內可供使用的信道量的公式容易得到一個波束（小區）的可供信道量Ncell,話務阻塞率滿足Erlang-B公式:PBVNHNcelJ ONcellVnell /n! n 0V veam beamN cell實際通信容量Vveam應小于Ncell ,故小區內的通信效率為: