衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，信息傳輸中，一條傳輸鏈路包括發(fā)端地球站、上行鏈路、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、下行鏈路、收端地球站。按照空間分布可以分為星地鏈路和星間鏈路。影響其通信性能的因素主要有：發(fā)射端的發(fā)射功率與天線增益、傳輸過程中的損耗、傳輸過程中所引入的噪聲與干擾、接收系統(tǒng)的天線增益和噪聲等。因此，為了滿足一定的通信容量和通信質(zhì)量，有必要對接收系統(tǒng)輸入端的信噪比提出一定的要求。

目錄

1 背景
2 基本分類
3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)鏈路的設(shè)計
4 鏈路計算

背景

按照國際電信聯(lián)盟（ITU）定義的電信基本術(shù)語，無線線路（或稱無線鏈路）是指由無線電發(fā)信機和無線電收信機提供的信道。衛(wèi)星通信鏈路是無線鏈路中的一種，其基本組成是由一個地球站發(fā)射機到衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的上行鏈路，和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器到另一地球站接收機的下行鏈路。
由于從地球站發(fā)射的微波功率，經(jīng)自由空間傳播到衛(wèi)星接收天線的過程，和從衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器變頻、放大后，經(jīng)自由空間傳播到接收地球站的過程，信號功率會有許多衰減，再加上衛(wèi)星和地球站的接收系統(tǒng)又存在內(nèi)部和外部噪聲以及其他干擾，因此，決定一條衛(wèi)星鏈路傳輸質(zhì)量的主要指標時C/N、或S/N或C/T或Eb/N0。 [1]

基本分類

星地鏈路：由自由空間傳播損耗和近地大氣的各種影響所確定。
星間鏈路：只考慮自由空間傳播損耗。
衛(wèi)星通信的電波要經(jīng)過對流層、平流層、電離層和外層空間，跨越距離大，影響電波傳播的因素很多。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)鏈路的設(shè)計

1）衛(wèi)星通信系統(tǒng)鏈路的要求：保證通信質(zhì)量，使接收到的射頻載波功率必須遠大于噪聲功率。
2）設(shè)計的主要內(nèi)容：通過對解調(diào)前載波功率與等效噪聲溫度之比C/T的計算，設(shè)計通信鏈路。
3）傳輸方程：
傳輸方程時設(shè)計無線電鏈路的基礎(chǔ)。這個方程描述發(fā)送地球站發(fā)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、與發(fā)射機到接收機之間距離的關(guān)系。
傳輸方程為：
C=PTGTGR(λ/4πd)
用分貝形式表示為：
C(dBW)= PT(dBW)+ GT(dB)+GR(dB)—20lg(4πd/λ)
4）接收機輸入端的噪聲功率
在衛(wèi)星通信鏈路中，地球站接收到的信號是極其微弱的。特別是在地球站中，由于使用了高增益天線和低噪聲放大器，使接收機內(nèi)部的噪聲影響相對減弱。因此外部噪聲的影響已不可忽略，即其它各種外部噪聲也應(yīng)同時予以考慮。
地球站接收機的噪聲來源于外部噪聲和內(nèi)部噪聲。如圖1所示。
圖1. 地球站的接收機的噪聲源
圖1. 地球站的接收機的噪聲源
工作頻段主要考慮電離層的反射、吸收；對流層的吸收、散射損耗等因素與頻率的關(guān)系。
目前，大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)選擇在下列頻段工作：
（1）UHF波段，400、0/2MHz
（2）L波段，1.6/1.5GHz
（3）C波段，6.0/4.0GHz
（4）X波段，8.0/7.0GHz
（5）Ku波段，14.0/12/0GHz；14.0/11/0GHz
（6）Ka波段，30/20GHz

鏈路計算

所謂鏈路計算，就是計算地球站接收機輸入端處的C/N或S/N、或C/T或Eb/N0這是衛(wèi)星通信鏈路設(shè)計或分析的基礎(chǔ)。 [1]
鏈路計算要涉及到發(fā)射端的發(fā)射功率與天線增益；傳輸中的各種損耗；傳輸過程中引入的各種噪聲與干擾以及接收系統(tǒng)的天線增益、噪聲性能等因素，這些因素中很多又與工作頻率有關(guān)。
1.衛(wèi)星鏈路計算目標 [2]
鏈路計算主要有以下4個目標：
1）選定通信衛(wèi)星和工作頻段；
2）選擇系統(tǒng)所用的天線口徑、調(diào)制和編碼方式；
3）驗證所設(shè)計線路的可行性與合理性；
4）對系統(tǒng)進行優(yōu)化以保證系統(tǒng)略有余量，同時所占用的轉(zhuǎn)發(fā)器功率資源與帶寬資源相平衡。
2.鏈路計算 [2]
衛(wèi)星鏈路計算流程如圖1所示。根據(jù)輸入?yún)?shù)計算鏈路余量，判斷余量是否滿足要求。若不滿足則重新調(diào)整地面站的發(fā)射參數(shù)，增大發(fā)射功率或增大天線口徑。
圖2. 衛(wèi)星鏈路計算流程
圖2. 衛(wèi)星鏈路計算流程
計算需要輸入發(fā)射/接收地面站、衛(wèi)星、載波和干擾5類參數(shù)。
（1）鏈路衰減
信號在傳輸過程中會發(fā)生各種損耗，在上行鏈路總衰減時需要考慮可能的衰減。衰減考慮過多可能造成鏈路設(shè)計時過多的余量，以致所需發(fā)射功率太大，造成發(fā)射站功放或天線的設(shè)計負擔。考慮上行鏈路衰減主要包括以下幾個方面：
1）自由空間衰減Lfu：
Lfu=20lg(4πdu/λu)=32.45+20lgFu+20lgdu （1）
2）上行大氣損耗Lau：一般為0.1~0.2dB；
3）天線指向誤差Lpu：一般為0.3~0.5dB；
4）上行鏈路雨衰Lru：雨天時需考慮，與上行頻率和降雨強度等相關(guān)。
將上述衰減疊加得上行鏈路總衰減Lu，即：
Lu=Lfu+Lau+Lpu+Lru （2）
同理可得下行鏈路的總衰減Ld。
（2）衛(wèi)星鏈路載噪比
衛(wèi)星通信中，模擬系統(tǒng)的調(diào)制信號通常為頻率調(diào)制，數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)制信號通常為恒包絡(luò)的數(shù)字鍵控信號。調(diào)頻波各頻率分量的功率總和等于未調(diào)載波的功率；數(shù)字鍵控信號的平均功率也等于其未調(diào)載波的功率。因此，用載波功率表示信號功率具有一般意義。而信號在傳輸過程中的各種噪聲干擾用接收端的等效噪聲溫度表示，故衡量通信鏈路質(zhì)量的信噪比在衛(wèi)星通信中可以表示為載噪比或載溫比。
1）上行載溫比
[C/T]u=Ws-IPBO+[G/T]s-10lg(4π/λu)
2）下行載溫比
[C/T]d=EIRPs—OPBO—Ld+[G/T]e
3）上下行載噪比
噪聲N=kBT，由載溫比可以計算得到載噪比：
[C/N]=[C/kBT]=[C/T]-[k]-[Bn]
其中，k為玻爾茲曼常數(shù)，Bn為噪聲帶寬。
4）總載噪比
因衛(wèi)星具有開放性，因此衛(wèi)星通信會存在一些干擾，因此計算衛(wèi)星鏈路的總載噪比不僅需要考慮上下行鏈路的載噪比，還需要考慮各種干擾情況，給鏈路留出余量。若考慮所有意外情況，則過多的余量會導致配置花費過大，造成浪費。因此，只需考慮一些常見的干擾形式，主要包括以下3種干擾：
①上下行鄰星干擾
相鄰衛(wèi)星的干擾與干擾星的位置和個數(shù)有關(guān)，在進行下行鏈路計算時還需考慮接收站天線的旁瓣特性。
②上下行多載波互調(diào)干擾
當衛(wèi)星占用信道與重負荷的轉(zhuǎn)發(fā)器臨近時，需考慮鄰近信道的影響。一般滴，在多載波工作模式下，該影響會與多載波形成的互調(diào)干擾連結(jié)在一起，而互調(diào)干擾占據(jù)主導地位。互調(diào)干擾是轉(zhuǎn)發(fā)器多載波工作時，因輸入輸出非線性特性影響，故總輸出功率比單載波工作時小，而且會產(chǎn)生新的頻率，稱為互調(diào)產(chǎn)物。雖然它不具有白噪聲特性，但為了計算分析方便，引用了互調(diào)等效噪聲溫度的概念表示其影響。互調(diào)大小與轉(zhuǎn)發(fā)器末級功率放大器的選擇有關(guān)，且與功率放大器負載的占用程度有關(guān)。
③上下行交叉極化干擾
衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器采用極化隔離進行頻率重復使用，一般滴，地面站天線和衛(wèi)星天線的極化隔離并非處于理想狀態(tài)，故會引起交叉極化干擾。
5）鏈路余量
鏈路余量計算公式如下：
Margin=[C/N]total—[C/N]TH
[C/N]TH為接收機的門限載噪比，與所用設(shè)備、載波調(diào)制方式、前向糾錯方式和要求的誤比特率有關(guān)。
可通過判斷鏈路余量是否大于0，判定該通信鏈路是否滿足要求。
3.鏈路預算
在鏈路預算中用戶應(yīng)重點關(guān)心的結(jié)果為：
收發(fā)站天線大小及天線指向；
功放大小及余量；
載波分配帶寬；
接收系統(tǒng)余量；
分配帶寬占整個轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬及占衛(wèi)星有效全向輻射功率的百分比(%)。

地球站接收機的噪聲源

衛(wèi)星鏈路計算流程

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的卫星链路的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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