1、衛星通信系統與技術衛星通信系統與技術第四章 衛星鏈路設計4.1 傳輸方程 4.2 基本衛星鏈路分析4.3 衛星鏈路干擾分析 4.4 降雨衰減分析4.5 信號阻擋和多徑衰落4.6 衛星系統的可用度和設計實例第四章 衛星鏈路設計4.1 傳輸方程 4.5 信號阻擋和多徑衰落4.6 衛星系統的可用度和設計實例第四章 衛星鏈路設計4.5 信號阻擋和多徑衰落第四章 衛星鏈路設計4.1 傳輸方程4.1.1 引言圖4-1繪出與鏈路設計有影響的、一個網絡的主要組成部分。由信號的始發站到終點站，從無線電鏈路設計的目標來看，可以劃分為：地球站 衛星鏈路 (或上行鏈路)；衛星；衛星 地球站 (或下行鏈路) 三部分。4

2、.1 傳輸方程4.1.1 引言圖4-1 用于端對端鏈路設計的、從信號始發站到終點站的無線電鏈路劃分 圖4-1 用于端對端鏈路設計的、 4.1.2 傳輸方程 傳輸方程是設計無線電鏈路的基礎。這個方程描述發送地球站發送的射頻功率，與接收地球站收到的射頻信號功率、傳輸頻率、和發射機到接收機之間距離的關系。 4.1.2 傳輸方程 傳輸方程是設計無線電鏈路的基礎。EIRP一般都用dBW單位來表示，即有： EIRP (dBW) = 10 lg GT + 10 lg PT EIRP一般都用dBW單位來表示，即有：功率通量密度P f d 的分貝值為： P f d = EIRP 10 lg 4d2 (dBW /

3、 ) 功率通量密度P f d 的分貝值為：使用距離d處的P f d 表示式，當天線口徑面積為A R 時，接收地球站收到的載波功率為： C = P f d AR (W) 使用距離d處的P f d 表示式，當天線口徑面積為A R 實際上由于天線系統具有的各種損耗，會損失某些功率，因而收到的載波功率應改寫為： C = P f d AR (W) 實際上由于天線系統具有的各種損耗，會損失某些功率，因而收到的傳輸方程為： C = PT GT GR (/ 4d)2 用分貝形式表示有： C (dBW) = PT (dBW) + GT (dB) + GR (dB) 20 lg (4 d/) 傳輸方程為：用分貝形

4、式表示有： 4.1.3 其它傳輸損耗1. 饋線損耗2. 天線未對準損耗3. 大氣層和離子層損耗4. 法拉第旋轉 4.1.3 其它傳輸損耗1. 饋線損耗4.2 基本衛星鏈路分析就一定的信息比特率而言，欲達到要求的信息傳輸質量，需要在信號調制類型和衛星鏈路的載噪比之間加以折衷。衛星鏈路的載噪比是本章討論的重點。4.2 基本衛星鏈路分析就一定的信息比特率而言，欲達到要求4.2.1 上行載噪比計算圖4-4 基本衛星鏈路 (睛天，衛星轉發器是透明型) 4.2.1 上行載噪比計算圖4-4 基本衛星鏈路 (上行載噪比為： 上行載噪比為： 4.2.2 下行載噪比和總的載噪比計算 設 為衛星重發載波 時的EIR

5、P，則有： 或 4.2.2 下行載噪比和總的載噪比計算 設 在接收地球站，合成噪聲功率為：在接收地球站，合成噪聲功率為：整個衛星鏈路載噪比 整個衛星鏈路載噪比 鏈路總載噪比為： 鏈路總載噪比為：按物理意義用分貝數寫出下行鏈路載噪比為：按物理意義用分貝數寫出下行鏈路載噪比為： 4.2.3 衛星上高功放的輸入和輸出回退量用于單載波放大的HPA，典型的歸一化功率增益特性如圖 4-5 所示。HPA輸出功率最大的工作點稱為飽和點。 4.2.3 衛星上高功放的輸入和輸出回退量用于單載波放大圖4-5 衛星上高功放的輸入和回退量圖4-5 衛星上高功放的輸入和回退量設BOi和BO0分別是輸入和輸出回退量，它們定

6、義為： 或設BOi和BO0分別是輸入和輸出回退量，它們定義為：可得出：可得出： 4.2.5 再生型轉發器的計算公式當 時，給出的誤比特率為： 4.2.5 再生型轉發器的計算公式當 4.3 衛星鏈路干擾分析 假定所有干擾信號 (包括AWGN )，都是彼此無關的廣義平穩隨機過程，其均值為零。4.3 衛星鏈路干擾分析 假定所有干擾信號 (包括AWGN 4.3.1 載波噪聲干擾功率比總的衛星鏈路的載波噪聲干擾比為： 4.3.1 載波噪聲干擾功率比總的衛星鏈路的載波噪聲干擾 4.3.2 進入或來自鄰近衛星系統的干擾來自地球站天線旁瓣進入到鄰近衛星的干擾，如圖4-8所示。 4.3.2 進入或來自鄰近衛星系

7、統的干擾來自地球站天線圖4-8 天線輻射方向性圖 圖4-8 天線輻射方向性圖 圖4-9 (a) 一個地球站看到的兩顆衛星之間的間距 圖4-9 (a) 一個地球站看到的兩顆衛星之間的間距 圖4-9 (b) 鄰近衛星系統干擾 圖4-9 (b) 鄰近衛星系統干擾 已知，和d有下列關系 , 。 已知，和d有下列關系 , 從地球站A2到衛星A的上行載波干擾比為 或從地球站A2到衛星A的上行載波干擾比為 或從地球站A到衛星A1的下行載波干擾比為 從地球站A到衛星A1的下行載波干擾比為 鄰近衛星系統引起的總載波干擾比為 鄰近衛星系統引起的總載波干擾比為 4.3.3 地面微波等其它干擾1. 地面微波干擾2.

8、正交極化干擾3. 鄰近信道干擾 4.3.3 地面微波等其它干擾1. 地面微波干擾 4.3.4 交調干擾產生的噪聲 1. FDMA多址聯接時的交調干擾2. 交調干擾的導出3. 高功放的最佳工作點 4.3.4 交調干擾產生的噪聲 1. FDMA多址聯接時4.4 降雨衰減分析系統設計人員為了真實地確定鏈路的有效性，建立鏈路余量、并提供防止降雨作用的有效方法，需要可靠地預測降雨衰減的大小。 4.4 降雨衰減分析系統設計人員為了真實地確定鏈路的有效性1. 降雨衰減預測2. 降雨衰減計算ITU 推薦的降雨衰減計算公式為 4.4.1 降雨衰減預測和計算1. 降雨衰減預測4.4.1 降雨衰減預測和計算由衰減因

9、子A r引起的噪聲溫度增量為：4.4.2 降雨衰減對系統噪聲溫度的影響 由衰減因子A r引起的噪聲溫度增量為：4.4.2 降雨衰4.4.3 降雨引起的去極化效應在采用雙極化運行、實現正交極化頻率再用時，為補償降雨去極化，可能不得不采取某些措施。地球站天線運行蓋有屏蔽罩時，降雨對罩子的影響也必須考慮。 4.4.3 降雨引起的去極化效應在采用雙極化運行、實現正 4.4.4 緩解降雨衰減的方法1. 站址分集2. 上行功率控制3. 加信道糾錯編碼 4.4.4 緩解降雨衰減的方法1. 站址分集4.6 衛星系統的可用度和設計實例 4.6.1 衛星系統的可用度 通常定義系統的可用度為從發送地球站經過衛星，再到接收地球站的整個系統的可用度。如地球站故障和鏈路故障是互相獨立的，則系統可用度為： PA = PA1 PA2 PAL PAS 4.6 衛星系統的可用度和設計實例 4.6.1 衛星系統4.6.2 一般衛星鏈路設計思路1. 概述2. 總的載波噪聲比3. 接收到的載波功率 4. 上行鏈路載波