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1、卫星通信系统与技术 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第四章第四章 卫星链路设计卫星链路设计4.1 传输方程传输方程 4.2 基本卫星链路分析基本卫星链路分析4.3 卫星链路干扰分析卫星链路干扰分析 4.4 降雨衰减分析降雨衰减分析4.5 信号阻挡和多径衰落信号阻挡和多径衰落4.6 卫星系统的可用度和设计实例卫星系统的可用度和设计实例4.5 信号阻挡和多径衰落信号阻挡和多径衰落4.6 卫星系统的可用度和设计实例卫星系统的可用度和设计实例第四章第四章 卫
2、星链路设计卫星链路设计4.1 传输方程传输方程4.1.1 引言引言图4-1绘出与链路设计有影响的、一个网络的主要组成部分。由信号的始发站到终点站，从无线电链路设计的目标来看，可以划分为：地球站 卫星链路(或上行链路)；卫星；卫星 地球站(或下行链路)三部分。图图4-1 用于端对端链路设计的、用于端对端链路设计的、从信号始发站到终点站的无线电链路划分从信号始发站到终点站的无线电链路划分 4.1.2 传输方程传输方程 传输方程是设计无线电链路的基础。这个方程描传输方程是设计无线电链路的基础。这个方程描述发送地球站发送的射频功率，与接收地球站收述发送地球站发送的射频功率，与接收地球站收到的射频信号功
3、率、传输频率、和发射机到接收到的射频信号功率、传输频率、和发射机到接收机之间距离的关系。机之间距离的关系。EIRP一般都用dBW单位来表示，即有：EIRP(dBW)=10 lg GT+10 lg PT 功率通量密度P f d 的分贝值为：P f d=EIRP 10 lg 4d2(dBW/)使用距离d处的P f d 表示式，当天线口径面积为A R 时，接收地球站收到的载波功率为：C=P f d AR (W)实际上由于天线系统具有的各种损耗，会损失某些功率，因而收到的载波功率应改写为：C=P f d AR(W)传输方程为：C=PT GT GR(/4d)2 用分贝形式表示有：C(dBW)=PT(dB
4、W)+GT(dB)+GR(dB)20 lg(4 d/)4.1.3 其它传输损耗其它传输损耗1.馈线损耗馈线损耗2.天线未对准损耗天线未对准损耗3.大气层和离子层损耗大气层和离子层损耗4.法拉第旋转法拉第旋转4.2 基本卫星链路分析基本卫星链路分析就一定的信息比特率而言，欲达到要求的信息传输质量，需要在信号调制类型和卫星链路的载噪比之间加以折衷。卫星链路的载噪比是本章讨论的重点。4.2.1 上行载噪比计算上行载噪比计算图图4-4 基本卫星链路基本卫星链路(睛天，卫星转发器是透明型睛天，卫星转发器是透明型)上行载噪比为：4.2.2 下行载噪比和总的载噪比计算下行载噪比和总的载噪比计算 设 为卫星重
5、发载波 时的EIRP，则有：或 在接收地球站，合成噪声功率为：整个卫星链路载噪比 链路总载噪比为：按物理意义用分贝数写出下行链路载噪比为：4.2.3 卫星上高功放的卫星上高功放的输入和输出回退量输入和输出回退量用于单载波放大的HPA，典型的归一化功率增益特性如图 4-5 所示。HPA输出功率最大的工作点称为饱和点。图图4-5 卫星上高功放的卫星上高功放的输入和回退量输入和回退量设BOi和BO0分别是输入和输出回退量，它们定义为：或可得出：可得出：4.2.5 再生型转发器的计算公式再生型转发器的计算公式当 时，给出的误比特率为：4.3 卫星链路干扰分析卫星链路干扰分析 假定所有干扰信号(包括AW
6、GN)，都是彼此无关的广义平稳随机过程，其均值为零。4.3.1 载波噪声干扰功率比载波噪声干扰功率比总的卫星链路的载波噪声干扰比为：4.3.2 进入或来自邻近卫星系统的干扰进入或来自邻近卫星系统的干扰来自地球站天线旁瓣进入到邻近卫星的干扰，如图4-8所示。图图4-8 天线辐射方向性图天线辐射方向性图 图图4-9 (a)一个地球站看到的两颗卫星之间的间距一个地球站看到的两颗卫星之间的间距 图图4-9(b)邻近邻近卫星卫星系统系统干扰干扰 已知已知，和和d d有下列关系有下列关系 ,。从地球站A2到卫星A的上行载波干扰比为 或从地球站A到卫星A1的下行载波干扰比为 邻近卫星系统引起的总载波干扰比为
7、 4.3.3 地面微波等其它干扰地面微波等其它干扰1.地面微波干扰地面微波干扰2.正交极化干扰正交极化干扰3.邻近信道干扰邻近信道干扰 4.3.4 交调干扰产生的噪声交调干扰产生的噪声 1.FDMA多址联接时的交调干扰多址联接时的交调干扰2.交调干扰的导出交调干扰的导出3.高功放的最佳工作点高功放的最佳工作点4.4 降雨衰减分析降雨衰减分析系统设计人员为了真实地确定链路的有效性，建立链路余量、并提供防止降雨作用的有效方法，需要可靠地预测降雨衰减的大小。1.降雨衰减预测降雨衰减预测2.降雨衰减计算降雨衰减计算ITU 推荐的降雨衰减计算公式为 4.4.1 降雨衰减预测和计算降雨衰减预测和计算由衰减
8、因子A r引起的噪声温度增量为：4.4.2 降雨衰减对系统噪声温度的影响降雨衰减对系统噪声温度的影响 4.4.3 降雨引起的去极化效应降雨引起的去极化效应在采用双极化运行、实现正交极化频率再用时，为补偿降雨去极化，可能不得不采取某些措施。地球站天线运行盖有屏蔽罩时，降雨对罩子的影响也必须考虑。4.4.4 缓解降雨衰减的方法缓解降雨衰减的方法1.站址分集站址分集2.上行功率控制上行功率控制3.加信道纠错编码加信道纠错编码4.6 卫星系统的可用度和设计实例卫星系统的可用度和设计实例 4.6.1 卫星系统的可用度卫星系统的可用度 通常定义系统的可用度为从发送地球站经过卫星，再到接收地球站的整个系统的可用度。如地球站故障和链路故障是互相独立的，则系统可用度为：PA=PA1 PA2 PAL PAS 4.6.2 一般卫星链路设计思路一般卫星链路设计思路1.概述概述2.总的载波噪声比总的载波噪声比3.接收到的载波功率接收到的载波功率 4.上行链路载波噪声比上行链路载波噪声比 5.下行链路载波噪声比下行链路载波噪声比6.卫星路径卫星路径7.链路设计考虑链路设计考虑4.6.3 VSAT链路设计实例链路设计实例 1.频率选择频率选择 2.链路的可用度链路的可用度(有效性有效性)3.信道质量信道质量 4.噪声源噪声源 5.数值实例数值实例