第5章卫星通信线路计算.ppt

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1、 概述 卫星通信线路计算的基本公式 卫星通信线路中的载波功率与噪声功率比 卫星通信网络结构 信号传输的主要技术指标 任何一个卫星通信系统都要组成一定的任何一个卫星通信系统都要组成一定的网络结构，以便使多个地球站按一定的连网络结构，以便使多个地球站按一定的连接方式通过卫星进行通信。根据卫星通信接方式通过卫星进行通信。根据卫星通信系统使用目的和要求的不同，可以组成各系统使用目的和要求的不同，可以组成各种不同的卫星通信网。例如国际卫星通信种不同的卫星通信网。例如国际卫星通信网、海事卫星通信网等等。对于大量分散、网、海事卫星通信网等等。对于大量分散、稀路由、低速的数字卫星通信系统，还可稀路由、低速的数

2、字卫星通信系统，还可以组成以组成VSAT卫星通信网。根据业务性质、卫星通信网。根据业务性质、容量和特点的不同，组成的网络结构也将容量和特点的不同，组成的网络结构也将有所不同。有所不同。由多个地球站构成的通信网络，可以归纳为两种由多个地球站构成的通信网络，可以归纳为两种主要形式：星形网络和网形网络，如下图主要形式：星形网络和网形网络，如下图1所示。所示。在星形网络中，各远端地球站都是直接与主站发在星形网络中，各远端地球站都是直接与主站发生联系，而各远端地球站是不能经卫星直接通信的。生联系，而各远端地球站是不能经卫星直接通信的。必要时须经主站转发，才能进行连接和通信。所以分必要时须经主站转发，才能

3、进行连接和通信。所以分为为“单跳单跳”和和“双跳双跳”体系结构。如图体系结构。如图2所示。所示。在网形网络中，任何两个远端地球站之间都是单在网形网络中，任何两个远端地球站之间都是单跳结构，因而它们可以直接进行通信。但是必须利用跳结构，因而它们可以直接进行通信。但是必须利用一个主站控制与管理网络内各地球站的活动，并按需一个主站控制与管理网络内各地球站的活动，并按需分配信道。分配信道。混合网络结构如图混合网络结构如图2所示，在这种网络中，网络的所示，在这种网络中，网络的信道分配、网络的监视管理与控制等由主站负责，但信道分配、网络的监视管理与控制等由主站负责，但是通信不经主站连接，所以它可以为主站与

4、远端地球是通信不经主站连接，所以它可以为主站与远端地球站之间提供数据和话音业务，为各远端地球站之间提站之间提供数据和话音业务，为各远端地球站之间提供数据和记录话音业务，从网络结构来说，话音信道供数据和记录话音业务，从网络结构来说，话音信道是网形网，控制信道是星形网。因而是一种很有吸引是网形网，控制信道是星形网。因而是一种很有吸引力的网络结构。力的网络结构。接收信号功率 传输损耗 噪声与干扰5.2.1 接收信号功率接收信号功率 一般在卫星通信中都使用定向天线，即将电磁能量聚集一般在卫星通信中都使用定向天线，即将电磁能量聚集在某一方向辐射出去，而不是等同地向各方向辐射的天线。在某一方向辐射出去，而

5、不是等同地向各方向辐射的天线。设通过天线聚集使某一方向上所得到的最大功率是各向同性设通过天线聚集使某一方向上所得到的最大功率是各向同性时的时的G倍倍,则定向天线的增益可以表示为：则定向天线的增益可以表示为：当以PT功率发射，同时发信天线的功率增益为GT时，那么接收站所接收的信号功率C可用下式表示：其中Lp=（4d/）2为自由空间的传输衰减。RRTTdAGPC24 2)4(dGGPRTT通信通信有效全向辐射功率有效全向辐射功率EIRP有效全向辐射功率有效全向辐射功率：发射天线辐射到空间的功率PT与该天线增益GT的乘积。用EIRP表示。(EIRP)的含义是指：一个各向同性天线为了使接的含义是指：一

6、个各向同性天线为了使接收天线接收到相同的功率时所必须发射的等效功收天线接收到相同的功率时所必须发射的等效功率。通常，卫星通信地球站和通信卫星的发射功率。通常，卫星通信地球站和通信卫星的发射功率都用这种方式表示，它代表着发射系统的发射率都用这种方式表示，它代表着发射系统的发射能力。能力。卫星通信地球站和卫星的发射装置是由发射机、馈线卫星通信地球站和卫星的发射装置是由发射机、馈线和天线组成，如图所示。和天线组成，如图所示。馈线损耗为lk(馈线输入输出功率的比值)5.2.2 传输损耗传输损耗 自由空间传输损耗Lf 大气损耗 多径衰落 自由空间传输损耗Lf 所谓大气吸收损耗是指信号穿过大气层时，受到电

7、离层中自由电子、离子以及对流层中的氧分子、水蒸汽分子等的吸收而产生的损耗。用La表示。大气吸收损耗是信号频率和信号穿过对流层长度的函数，而信号穿过对流层长度又是地球站对卫星的仰角的函数，因而，大气吸收损耗是信号频率和地球站对卫星的仰角的函数。晴天的大气损耗晴天的大气损耗坏天气的大气损耗坏天气的大气损耗 多径衰落含义及其度量多径衰落含义及其度量 大致应用于三种情况：一般的漫反射情况 镜面反射情况 有遮蔽情况 多径衰落备余量 典型的备余量为6dB 减小多径衰落影响的措施5.2.3 噪声与干扰噪声与干扰 热噪声热噪声 等效噪声带宽等效噪声带宽 等效噪声温度等效噪声温度 交调噪声交调噪声 天线噪声天线

8、噪声 其他干扰：其他干扰：一种：由频率重复使用引起的共信道干扰与交叉极化干扰；一种：一种：由频率重复使用引起的共信道干扰与交叉极化干扰；一种：邻近卫星通信系统或邻近微波中继系统的干扰。邻近卫星通信系统或邻近微波中继系统的干扰。根据研究的角度不同，卫星通信系统的噪声又可分为两种主要类型：热噪声和交扰调制噪声热噪声和交扰调制噪声。无论是天线噪声，还是由馈线，放大器等产生的噪声，都可以等效为热噪声处理，或者本身就是热噪声。交扰调制噪声，又称交调噪声。它是系统的非线性引起的。比如；天线接到的信号是多个载波被调制的信号，由于收、发设备中放大器、调制解调器以及变频器的非线性等，都将产生交扰调制噪声。载波功

9、率 载噪比计算 卫星通信线路中几个相关技术参数的计算 载波发射功率 载波接收功率5.3.1 载波功率载波功率 在IS-IV号卫星通信系统中,一个传送1872路C波段模拟电话的调频波被卫星和地球站的接收机接收,其卫星有效全向辐射功率EIRPS=34.2dBW,接收天线增益GRS=16.7dB。又知道某发射地球站发射天线增益GTE=63.1dB，馈线损耗LFTE=0.4dB，发射机输出功率PTE=3.9kW，接收机地球站接收天线增益GRE=60dB，接收馈线损耗LFRE=0.05dB。试计算卫星接收机输入端的载波接收功率CS和地球站接收机输入端的载波接收功率CE。解：Lfu=92.45+92.04

10、+15.56=200.05dBLfd=Lfu+20lg4/6=196.53dBEIRPE=PTE-LFTE+GTE=10lg3900+63.1-0.4=98.6dBWCS=EIRPE+GRS-Lfu=-84.74dBWCE=EIRPS+GRE-Lfd-LFRE=-102.37dBW5.3.2 载噪比计算载噪比计算TTRRnFTEP G GCNkT B LLTTRFTEP G GCLL N=KTRBn228.6 nCCBNT 228.6nCGEIRPLBdBNT图图 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)RSEuuFRSRSnSGCEIRPNL LkT B

11、ERSuFRSRSnSuCEIRPGLLkTBN RRERSdFEEnEdCEIRPGLLkTBN 门限载噪比C/Nth 地理增益 接收系统品质因数G/T与卫星转发器饱和通量密度WS 0bbbECRBNN 2410lgSE SuWEIRPL C/N的门限备余量的门限备余量 ththCCCCENNTT 在FDM/FM/FDMA系统中，某基站欲与系统中的另一个基站进行通话时，首先将所要传输的多路信号复用到基带中的相应位置，然后用基带信号对本站的发射载频进行调频，最后通过其上行链路向卫星发送。解：（1）满足系统信噪比指标条件下所需的C/T值。FDM/FM/FDMA系统是一个模拟通信系统，在这样的系统

12、中存在上行链路噪声、下行链路噪声和交调噪声（一般三部分之和取60008000pW），若取输出信噪比S0/N0=51.3dB.那么卫星线路应满足的C/T值为：51.3=5.6lg20101.3lg106.2283mrtFfTC 可得tTC=-143.8dB/K,折合NC=13.9dB。因系统中所使用的普通限幅鉴频器的载噪比门限值约等于10dB，可见仍存在3.9dB的差值，故此时thTC=-143.8-3.9=-147.7dB/K。（2）卫星线路实际达到的C/T值 由于系统的上行链路工作于6GHz频段，可以很容易地计算出PUL=200.6dB，这样利用式（6-22）、式（6-23）可求得上行链路的

13、EMEIRP和UMTC EMEIRP=-67-11+200.6-37=85.6dB UMTC=-67-11-17.6-37=-132.6dB/K 由于系统的下行链路工作于4GHz频段，可以很容易地计算出PDL=196.6dB，当利用式（6-25）和式（6-26）可得下行链路的SMEIRP和DMTCSMEIRP=22.5-4.9=17.6dBDMTC=22.5-4.9-196.6-40.7=-138.3dB/K根据图6-9中所示的lMTClBO的关系可得lMTC=-135.4dB/K但值得注意的是上述所求出的tMTC值并不是针对传输252路电话载波时的C/T值，而是指多载波工作时的C/T值，因此

14、必须根据发端地球站传输252路电话信号时实际的EEIRP在EMEIRP中所占的比例来加以修正。设系统中发 端 地 球 站 实 际 的EEIRP=81.9dB，可 见 比 求 出 的EMEIRP小3.7dB，因此lTC、DTC、UTC值都应比相应的lMTC、DMTC和UMTC小3.7dB，分别为-139.1dB/K,-142dB/K,和-136.3dB/K。当将所求得上述结果代入式（6-27）时，便可得出tMTC=-143.7dB/K.1.卫星线路参数设计 由TDMA工作方式决定了该方式适合于数字通信系统。对于数字通信系统而言，衡量其系统性能的技术指标是误码率和传输速率，其卫星线路参数设计过程如

15、下。已知工作频率为 6/4GHz 的 TDMA 系统中，其卫星转发器有效全向辐射功率SSEIRP=23.5dB,接收系统的satRSTG=-18.6dB/K,转发器灵敏度SW=-72dB/m2。若系统中采取输入输出补偿技术，使输入补偿lBO=6dB，输出补偿oBO=2dB。另外已知地球站的DRTG=40.7dB/K,当采用 QPSK 调制时，若欲使其工作于 Pe10-4状态下,则要求 Eb/N010.4dB.设系统的信息传输速率为60.032Mb/s,试计算该卫星线路的参数.解:(1)满足系统误码率和信息传输速率条件下所需的C/T值.已知系统的信息传输速率R=60.032Mb/s,可折合成 R

16、=10lg60.03210-6=77.8dB,利用下式可求得C/T值:RkNETCbthlg10min0=10.4-228.6+77.8=140.4dB/K (2)卫 星 线 路 实 际C/T 值 利 用 公 式 可 求 得 EEIRP=8 5.6 d B,EEIRP SEIRP=2 1.5 d B,可分别求出上行和下行链路的C/T值.UTC=-1 3 3.6 d B/K,DTC=-1 3 4.5 d B/K，最 后 再 将 上 述 结 果 代 入 求 得:tTC=-1 3.7 d B/K (因T D M A系 统 中lTC=0).2.容量计算 在采用TDMA方式的系统中，卫星转发器既可以工作于功率受限情况下，也可以工作于频带受限情况下，而且其系统容量与系统中所使用的卫星转发器的工作状态有关，下面分别进行分析。（1）卫星转发器处于功率受限状态 当卫星转发器工作于功率受限情况下时，卫星的有效全向辐射功率EIRPS固定不变，这时下行链路满足下面的方程：MBkTGLEIRPnEDRPDSb)lg(100（2）卫星转发器处于频率受限 当卫星转发器工作于频率受限情况下时，一般用转发器的带宽与码元