衛星通信系統線路的設計與計算(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 且會經常受到氣象條件 、 轉發器和地球站設備某些不穩定因素及天線指向誤差等方面的影響 。 為了在這些因素變化后仍能使質量滿足要求 ， 它必須留有一定的余量 (儲備量 )， 這個余量叫“ 門限余量 ” 。 在氣象條件變化中 ， 特別是雨雪引起的線路質量下降 ， 在線路設計時必須留有一定的余量 ， 以保證降雨時仍能滿足對線路質量的要求 ， 這個余量叫 “ 降雨余量 ” 。 降雨主要對下行線路影響顯著。 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 已知不降雨時 Tt = TU+TI+TD =(1+r) TD )(DUITTTr ??此時有 D)1( TrCCt ?() 用分貝表示，有 )1lg(10DrTCTC ???????????????() 假設由于降雨影響 ， 使下行線路噪聲增加到原有噪聲的 m倍 ， 地球站接收系統 (C/T)值正好降到門限值 ， 則 T’ t = TU+TI+mTD =(1+r) TD () 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 Dth )( TmrCTC????????() 用分貝表示，有 rmrrTCmrTCTC???????????????????????????1lg10)1lg(10)lg(10 DDth() 式 ()說明 ， 降雨影響使總噪聲比不降雨時降低 。 因此 ， 為了保證通信可靠 、 質量符合要求 ， 設計通信線路時 ， 應留有門限余量 E： dB1lg10 rmr ??th1lg10 ?????????????????TCTCrmrE() 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 E代表正常氣候條件下 ［ C/T］ 超過門限值的分貝數 ， m為降雨余量 。 用分貝表示時 ， 寫為 M = 10 lg m dB 在衛星通信中 ， 一般取 M=4~6 dB。 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 數字衛星通信線路設計 SCPC系統線路的計算 1 . 線路計算的一般公式 所謂 SCPC系統的通信容量 ， 是指每個轉發器所能提供的信道數 。 它是衛星通信系統工程的一個重要問題 。 對每一條具體的衛星通信線路來說 ， 它所能提供的容量取決于衛星通信系統的體制和參數 ， 例如 ， 對通信質量的要求 ， 工作頻段 ， 衛星功率和天線尺寸 ， 地球站設備的性能 ， 傳播的環境條件 ， 調制制度 ， 多址方式等 。 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 對于給定的 SCPC衛星通信系統 ， 從轉發器功率分配的角度出發 ， 其通信容量可用下式估算： 1)/()/(ttMTCTCn ?() 式中 ， (C/T)t1是按照 Pe或 S/N所要求的一個載波功率與線路總噪聲溫度之比； (C/T)tM則是在同一接收點將系統內所有載波功率相加而得到的總載波功率與同一線路總噪聲溫度之比 。 為區分這兩個 (C/T)t中的載波功率 C， 在腳標中增加 “ 1” 和 “ M” 來加以注明 ， 多載波工作時 ， (C/T)tM是由下式決定的： IMUMDMtM)/(1)/(1)/(11TCTCTCTC?????????() 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 式中 ， (C/T)DM、 (C/T)UM、 (C/T)IM分別為下行 、 上行總載波功率對噪聲溫度比和總載波功率對互調等效噪聲溫度比 (這里沒有考慮鄰道干擾等其它干擾 )。 其中 ， (C/T)DM用分貝表示為 ? ?DDRSMDM]EIRP[ LTGTC ???????????????() 式中 ， ［ EIRP］ SM=［ EIRP］ SS［ BO］ O。 若 (C/T)UM用分貝表示 ， 則有 ????????????????SRSI2SUM][π4lg10][TGBOWTC?() 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 關于 SCPC系統的 ［ C/T］ I1 (一個載波功率與互調噪聲溫度之比 )， 《 CCIR固定業務衛星手冊 (1985)》 對于典型的TWTA給出如下公式： ［ BO］ O = (［ BO］ ) dB () KBOnTC /dBW][239。lg10150 O1I??????????() 式中， n′為有效的載波數目，所以 OI][2150 BOTC ?????????() 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 再看 (C/T)t1, 在數字制情況下有 ][][][ eth0IEkRnETC bb ????????????????() 式中 ， ［ Eb/n0］ th為比特能量噪聲密度比門限值； Rb為比特速率； k為波耳茲曼常數； ［ Ee］ 是設備的備余量；在模擬制 (FM)情況下有 CHt1???????????????rWfN STC ? 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 傳輸一路 SCPC所占用的衛星功率和地球站的功率分別為 [EIRP］ S1 = ［ EIRP］ SM［ n］ () ? ? ? ? ][EIRPSRSUUM1E nTGLTC ????????????????() 應指出 ， 在上述關于 ［ n］ 、 ［ EIRP］ S ［ EIRP］ E1的公式中 ， 實際應用時 ， 都應留下適當的余量 。 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 2. PCM/PSK/SCPC線路的計算 【 例 】 假定衛星與地球站的主要參數有：上行頻率為 6 GHz, 下行頻率為 4 GHz；衛星行波管單載波飽和輸出功率為 10 W；衛星天線增益 ［ G］ S收 、 發均為 26dB(含饋線損耗 )； ［ GR/TD］ 為 ；衛星轉發器匹配條件下的功率增益［ GP］ S為 105dB；轉發器帶寬為 36MHz；地球站 ［ G/T］ E為 23 dB/K。 系統設計指標給定為：誤比特率 Pe為 104；信道調制方式為 QPSK；信道帶寬為 38 kHz；數據速率 Rb為 64 kb/s。 要求估算系統的通信容量及每載波需用衛星與地球站的［ EIRP］ 。 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 解 (1) ［ C/T］ tM的計算。根據式 ()知 ? ?? ? ? ? ? ? ?????????????????????????DRDOSSDDRSMDMEI RP][EI RPTGLBOLTGTC一般地 ， 選取若干個 ［ BO］ I值來進行計算 ， 最后以 ［ C/T］DM最大的 ［ BO］ I做為工作點 。 為避免繁瑣 ， 這里僅代入一個［ BO］ I值進行計算 。 取 ［ BO］ I =, 由式 ()得到 ， ［ BO］ O=, 而 ［ LD］ =197dB， 則有 ? ? ? ? ? ? ? ?dBW/EI RPDRDOSSSDM????????????????????????TGLBOGTC 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 根據式 ()，則有 ? ? ? ?dBW/4lg10DRSI2SUM???????????????????????TGBOWTC??由式 ()并考慮信道濾波器對互調噪聲有約 ，可得 dBW /IM?????????????TC將以上求得的 IM??????TCDM??????TCUM??????TC、 、 化為真值，代入式 () 得 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 W/1010101)/(1)/(1)/(1115IMUMDMtM???????????????TCTCTCTC化為分貝值， 則有 dBW/tM????????TC 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 (2) 的計算 。 取 ［ Ee］ = dB, [Eb/n0]th=(Pe=104), 而 Rb=64kb/s, 故有 ［ Rb］ =10lg64 103 = dB, 由式 ()可得 t1??????TCdBW/][][]k[ bt10bt1??????????????????????eERnETC應指出 ， 這是一個功率受限系統 ， 帶寬是寬裕的 ， 因而載波間隔較大 ， 鄰道干擾可以忽略 ， 故上述計算對此未考慮 。 第 3章 衛星通信系統線路的設計與計算 (3)