卫星通信系统线路的设计与计算
卫星通信课件第4章卫星链路设计
预估计雨衰减的方法
➢ 物理方法：路径衰减是路径沿线上遇到的雨点所造成的单 个降雨衰减增量的一个积分；
➢ 预测模型：计算雨中有效路径长度Leff的半经验近似方法， 在这个有效路径上假设降雨率不变。
预测模型主要有三个步骤：
➢确定所关心的时间百分比内的降雨强度；
• 温带纬度范围内仰角接近30o的路径上于30GHz频率附近的云 层衰减的典型值在1dB~2dB之间；
大气损耗和噪声La
太阳噪声、宇宙噪声 地球噪声、人为噪声
N0
接收天线指向损失[LRP]
1 星地传输方程
接收功率通量密度
➢全向天线下
通量密度
Pfd
PT
4 d 2
, (W/m2 )
➢方向性天线下
• 通量密度
Pfd
PTGT
4 d 2
, (W/m2 )
Pfd EIPR 10log(4 d 2 ), (dBW/m2 )
平方频率变化法则
A(E2 ) csc(E2 )
假设同一条路径上在f1 GHz和f2 GHz频率上测得的衰减为A(f1 )和
A(f2
)则它们有如下近似关系：A( A(
f1) f2)
( (
f1)2 f2 )2
这个公式建立起了长期统计值之间的联系，它不能用于链路上的短
期频率变化或是靠近任何共振吸收线的频率。
• 从雨衰产生的机理可以得到雨衰减大小与雨滴半径和波长比 值有密切的关系，当电波的波长可以和雨滴的尺寸相比拟时 ，将引起雨滴共振，产生最大的雨衰。
2 传播效应——与水汽凝结有关
雨衰估计
降雨率超过R的百分比时间 100
卫星通信第四章
载波功率与等效噪声温度之比C/T： C/N=C/T+228.6-B(dB)
C EIRP G /T L T
基本链路分析
总载噪比计算：
设卫星上接收到的载噪比为(C/N)u，它被通信卫星 转发，重新发回地球。由卫星天线转发后的EIRP为 EIRPs，载噪比为：C/N=(C/N)u，噪声功率为 ：
伴随的下行噪声功率：
N Pr EIRPs Gr C 1
(C / N )u
L N u
下行附加噪声功率:Nd=kTB
在接收地球站，总的噪声功率为：
N
EIRPs
Gr
C
1
kTB
L N u
基本链路分析
总载噪比计算：
整个卫星线路的载噪比：
C
EIRPs Gr / L
N EIRPs G (C / N )u1 / L kTB
基本链路分析
例：
工作在C波段（6/4GHz）波段的卫星系统，它以FDMA方式工作，
采用QPSK调制，系统参量如下：根据这些参数，计算载噪比。 载波调制参数：
比特率：64kbps 噪声带宽：40kHz 比特持续时间带宽积:0.625
卫星参数：
天线增益噪声温度比：-7dB/K；卫星饱和EIRP：36dBw TWTA输入回退量：11dB；TWTA输出回退量：6dB 载波数：200；转发器饱和功率通量密度：-80dBw/m2
基本链路分析
总载噪比计算： C
卫星线路的基本方程：N
C N
1 u
C N
1
1
d
如果(C/N)u>>(C/N)d，则C/N≈(C/N)d，卫星线路是下
通信线路策划书3篇
通信线路策划书3篇篇一《通信线路策划书》一、背景与目标随着信息技术的飞速发展，通信线路的建设和优化对于企业和社会的发展至关重要。
本策划书旨在提供一份全面、可行的通信线路建设方案，以满足企业或组织的通信需求，提高通信质量和效率，降低成本。
二、需求分析1. 用户需求：了解用户的通信需求，包括数据传输量、语音通话需求、视频会议需求等。
2. 网络拓扑：分析现有网络拓扑结构，确定通信线路的接入点和分布位置。
3. 带宽要求：根据用户需求和网络拓扑，确定所需的带宽容量。
4. 可靠性要求：考虑通信线路的可靠性和稳定性，确保业务的连续性。
5. 成本预算：根据需求和预算，合理选择通信线路方案。
三、方案设计1. 有线通信线路：光纤通信：利用光纤作为传输介质，具有带宽大、传输距离远、抗干扰能力强等优点。
双绞线通信：采用双绞线进行数据传输，适用于较短距离的通信需求。
2. 无线通信线路：无线电波通信：利用无线电波进行无线数据传输，适用于短距离或移动设备的通信。
卫星通信：通过卫星提供全球覆盖的通信服务，适用于偏远地区或特殊环境。
四、实施计划1. 线路敷设：根据设计方案，进行通信线路的敷设工作，包括管道铺设、架空线架设等。
2. 设备安装：在通信线路的接入点和节点安装相应的通信设备，如光端机、收发器、基站等。
3. 测试与调试：对通信线路进行测试和调试，确保线路的质量和性能符合要求。
4. 培训与维护：对用户进行通信线路的使用培训，并提供后续的维护服务，确保线路的稳定运行。
五、风险管理1. 线路故障：制定应急预案，确保在通信线路出现故障时能够及时修复。
2. 技术风险：选择成熟的通信技术和设备，降低技术风险。
3. 成本超支：合理控制成本，进行预算管理和变更控制。
六、项目预算1. 设备采购：包括光端机、收发器、基站等设备的采购费用。
2. 线路敷设：根据线路长度和敷设方式计算费用。
3. 工程施工：包括施工人员费用、工具设备租赁费用等。
4. 测试与调试：测试设备和线路的费用。
卫星通信链路
PT 为天线发射功率； A R为接收天线开口面积；
自由空间传播损耗为：
G T 为发射天线增益； G R 为接收天线增益。
8
以分贝为单位表示为：
式中d为地球站到静止卫星的距离，可以取d=40000km
电磁波在传播过程中除了与距离的平方呈反比衰减 外，还要受大气因数（如水分、电离层等）的影响，而 衰减。
定义：将噪声系数折合为电阻元件在相当于某温度下的热噪声，温度 以绝对温度K计。噪声温度（Te）与噪声系数(NF）的关系为： NF=10lg(1+Te/290)dB
品质因素（G/Te）
定义：天线增益与噪声温度的比值。 G/Te=G(dB)-10lgTe(dB/K)
12
天线增益的计算公式
卫星移动通信系统中的天线增益可以按下式进行计算：
22
图2-2 自由空间损耗与传播路径长度的关系
Lf 92.44 20 lg d 20 lg f (dB) (2-8)
23
卫星通信系统线路的设计与计算 1）、卫星通信系统线路的要求：保证通信质量， 使接收到的射频载波功率必须远大于噪声功率。 2）设计的主要内容：通过对解调前载波功率与 等效噪声温度之比 C/T 的计算，设计通信链 路。
PR
PT GT GR Lf
其中：PT为发射功率;GT为发射天线增益;GR为接收天线增益；Lf为自由 空间传播损耗。
Lf
4 d
2
4 df
c
2
(2-5)
d为传播距离，为工作波长，C为光速，f为工作频率。 Lf通常用分
贝表示，当d用km、f用GHz表示时，又可以表示为
Lf 92.44 20 lg d 20 lg f (dB) (2-8)
G
卫星通信系统设计
卫星通信系统设计一、设计要求1.覆盖东南亚地区（地面终端为手持机）；2.波束：卫星天线有140个点波束，EIRP：73dbw, G/T :15.3db/k；3.支持数据速率9.6kbps，至少提供10000路双向信道；4.频段：L波段，上行 1626--1660MHZ;下行 1525--1559MHZ。
二、总体设计方案1.系统组成卫星通信系统由卫星星载转发器、地球站接收、地球站发送设备组成。
本设计系统卫星定位与赤道上空123oE，加里曼丹（即婆罗洲）上空。
距地面3.6KM，属地球同步卫星。
系统组成如图1所示发送端输入的信息经过处理和编码后，进入调制器对载波（中频）进行调制；以调的中频信号经过上变频器将频率搬移至所需求的上行射频频率，最后经过高功率放大器放大后，馈送到发送天线发往卫星。
卫星转发器对所接受的上行信号提供足够的增益，还将上行频率变换为下行频率，之后卫星发射天线将信号经下行链路送至接受地球站。
地球站将接受的微弱信号送入低噪声模块和下变频器。
低噪声模块前端是具有低噪声温度的放大器，保证接收信号的质量。
下变频、解调器和解码与发送端的编码、调制和上变频相对应。
2.系统传输技术体制○1，调制方式本系统采用π／4-QPSK调制机制QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)正交相移键控，是一种数字调制方式。
在数字信号的调制方式中QPSK四相移键控是目前最常用的一种卫星数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。
但是，当QPSK进行脉冲成形（信号发送前的滤波，减小信号间干扰，将信号通过设定滤波器实现）时，将会失去恒包络性质，偶尔发生的弧度为π的相移（当码组0011或0110时，产生180°的载波相位跳变），会导致信号的包络在瞬时通过零点。
任何一种在过零点的硬限幅或非线性放大，都将由于信号在低电压时的失真而在传输过程中带来已被滤除的旁瓣。
微波与卫星通信第六章 微波与卫星通信的线路噪声及线路参数计算
背景误块数与扣除不可用时间和严重 误块秒期间的所有误块数后的总块数之比 称为背景误块比。
由于计算BBER时，已扣除了大突发 性误码的情况，因此该参数大体反映了系 统的背景误码水平。由上面的分析可知， 三个指标中，SESR指标最严格，BBER最 松，因而只要通道满足ESR指标的要求， 必然BBER指标也得到满足。
6.2
数字微波的信道噪声与噪声指标分配
6.3
数字微波信道线路参数计算
6.4
移动通信系统中的无线链路计算
6.5
卫星接收机载噪比与G/T值的计算
6.6
卫星通信线路的C/T值
6.7
FDM/FM/FDMA系统中的卫星线路参数设计
6.1 数字微波通信的假想参考通道 与误码性能指标
假设参考数字连接模型 数字信道是指对话音信号进行PCM处 理后的数字化语音信号经过多路复用的信 道。
ITU-T建议的一个标准的最长HRX包 含14个假设参考数字链路和13各数字交换 点，全长27500km。
(2) 假设参考数字链路（HRDL）
为了简化数字传输系统的研究，把 HRX中的2个相邻交换点的数字配线架间 所有的传输系统、复接、分接设备等各种 传输单元（不包括交换），用假想参考数 字链路（HRDL）表示。
这样在ITU-R F.1189建议的基础上规 定了我国最长的假想参考通道（HRP）， 如图6-2所示，可见假想参考通道的全长为 6900km，并且它是由长途网、中继网和用 户网构成。
其中在长途网中两最远网络节点之间 的距离为6500km；中继网中从长途网传输 节点与本地传输节点之间的最长距离为 100km，而本地节点到用户之间的最长距 离为100km。
系统参考模型有三种假设形式：假设 参考数字连接（HRX），假设参考数字链 路（HRDL），假设参考数字段 （HRDS）。
卫星通信系统介绍
1.【卫星通信系统概念】卫星通信是地球上多个地球站（包括陆地、水面和大气层）利用空中人造通信卫星作为中继站而进行的无线电通信。
卫星通信系统是由通信卫星、地球站和跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统。
通信卫星由若干个转发器、数副天线与位置和姿态控制、遥测和指令、电源分系统组成，其主要作用是转发各地球站信号。
地球站由天线、发射、接受、终端分系统及电源、监控和地面设备组成，主要作用是发射和接受用户信号。
跟踪遥测指令站是用来接收卫星发来的信标和各种数据，然后经过分析处理，再向卫星发出指令去控制卫星的位置、姿态及各部分工作状态。
监控管理分系统对在轨卫星的通信性能及参数进行业务开道前的监测和业务开通后的例行监测与控制，以便保证通信卫星的正常运行和工作2.卫星通信体制所谓通信体制，是指通信系统采用的信号传输方式和信号交换方式。
卫星通信系统的体制主要包括基带信号的类型及复用方式、中频(或射频)信号的调制方式、多址联接方式、信道分配方式等四个方面的内容。
其中复用方式和调制方式是无线通信中都要涉及到的，而多址联接和多址分配是卫星通信所特有的.3. 卫星通信地球站卫星通信系统中设置在地球上（包括大气层中）的通信终端站。
用户通过卫星通信地球站接入卫星通信线，进行相互间的通信。
主要业务为电话、电报、传真、电传、电视和数据传输。
卫星通信地球站按使用方式分为固定站、可搬运站和移动站(船载、车载、飞机载)；按通信性能分为标准站和非标准站。
在标准站中又分为A、B、C、D 4种类型。
典型的卫星通信地球站的基本组成包括：天线系统、高功率发射系统、低噪声接收系统、信道终端系统、电源系统、监控系统。
为实现用户间通信，还需有地面接口系统、信息传输系统和信息交换中心。
近年来世界各国竞相发展便于移动、便于安装的小型卫星通信地球站，发展了一种非常小口径通信终端()地球站，具有广阔的应用前景。
4.卫星通信的线路 (sorry 设计与测试未找到资料)在一个卫星通信系统中，各地球站经过通信卫星转发器可以组成多条单跳单工或双跳单工卫星通信线路。
Ka频段卫星通信链路计算
Ka频段卫星通信链路计算摘要：从卫星通信天线原理着手，通过信号传输路径分析，计算卫星通信上下行链路C/T。
关键词：卫星通信天线原理链路计算引言：卫星通信就是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现两个或多个地球站之间的通信。
卫星通信能很好地满足互联网宽带接入、应急通信及远程教育等领域的宽带多媒体业务通信需求，具有广阔的市场前景。
一、卫星通信天线组成及原理1、天线射频系统组成天线射频系统主要由天线分系统、LNA（低噪声放大器）分系统、TWTA（行波管功率放大器）分系统、BDC（下变频器）分系统和BUC（上变频功率放大器）分系统组成。
图1-1 系统组成框图2、天线原理天线分机在伺服控制分机的控制下保证高精度指向目标卫星，接收卫星下行信号，发射上行信号。
天线的作用就是用来发射和接收电磁波能量。
当天线工作在发射状态时，高功放输出的信号经馈线系统传输到频谱复用网络，由网络进入馈源喇叭，由喇叭向副反射面发射，经副面一次反射和主面二次反射后形成平行波束向空中目标发射，当空中目标为卫星时，则天线向卫星发射能量，天线的轴线方向就是电磁波发射方向。
同理，当天线工作在接收状态时，从卫星发射的信号能量经天线主面和副面的二次反射后汇集到馈源的焦点处，被馈源喇叭接收并经过频谱复用网络传输到低噪声放大器（LNA），这样从卫星发射的被天线主面所截获的所有电磁波能量均被接收下来，并全部传输给LNA。
二、链路计算1、天线增益天线增益计算公式为：其中η为天线总效率，其计算公式是：η=η1η2η3η4η5η6η7η8η9式中：η1——天线口面照射效率η2——副面截获效率η3——主面漏失及绕射效率η4——表面公差效率η5——馈源系统插损效率η6——交叉极化效率η7——支杆遮挡效率η8——反射损耗效率η——天线效率总。
表2-1 天线效益估算表2、地面站性能指数G/T值G/T值是反映地面站接收系统的一项重要技术性能指标。
其中G为接收天线增益，T为接收系统噪声性能的等效噪声温度。
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［LU］ = 196.52 dB
利用式 (3.5)( 忽略 La、Lr 和LFRS) 求得卫星接收机输入端的载
波接收功率CS为 ［CS］≈［EIRP］E+［GRS］-［LU］ =-84.74 dBW 地球站接收机输入端的载波接收功率CE(忽略La和Lr)为 ［CE］ =［EIRP］S+［GRE］-［LD］-［LFRE = -102.37dBW
P oG T EIRP W LFT
(3.3)
［EIRP］=［Po］+［GT］-［LFT］dBW 式中，方括号表示取其dB值。
(3.4)
3. 载波接收功率 卫星或地球站接收机输入端的载波功率一般称为载波接收
功率，记作 C ，［ C］以 dBW ( 以 1W为零电平的分贝 ) 为单位。
设发射机的有效全向辐射功率为［EIRP］dBW，接收天线 增益为GRdB，接收馈线损耗为 LFRdB，大气损耗为 LadB，自由 空间损耗为LPdB, 其它损耗为Lr dB, 则接收机输入端的载波接收 功率［C］dBW可以表示为 ［C］=［EIRP］+［GR］-［La］-［LP］-［Lr］-［LFR］ =［Po］-［LFT］+［GT］+［GR］-［La］-［LP］ -［Lr］-［LFR］ (3.5)
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 若上行线路工作频率为 6 GHz，下行线路工作频率为 4 GHz，距离d=40 000km, 则利用式(1 3)可求得上行线路传输损
耗LU为
［LU］ = 200.04 dB
下行线路传输损耗LD为
性器件产生的互调噪声等。
(4) 无源器件(如馈线、 定向耦合器、 波导开关)的噪声。
(5) 接收机的内部噪声。
噪声的大小可直接用噪声功率来度量。众所周知，对于具
有热噪声性质的噪声， N=KTB (3.6)
式中，K=1.38×10-23J/K为波尔兹曼常数，B为等效噪声带宽，
T为等效噪声温度。 若单边功率谱密度用n0来表示，则n0 =KT，
(1) 已知通信卫星和地球站的电参数， 计算通信链路的传
输能力。
(2) 已知卫星的电参数， 根据对传输容量和质量的要求， 确定地球站的设备参数。
3.2 卫星通信线路载波功率的计算
1. 天线增益G 在卫星通信中，一般使用定向天线，把电磁波能量聚集在 某个方向上辐射。设天线开口面积为A，天线效率为η, 波长为λ， 天线直径为D，则天线增益为
3.3 卫星通信线路噪声功率的计算
地球站接收系统的噪声主要来源于如下几个方面(参阅1.7.3
节) (1) 天线噪声。 天线噪声包括宇宙噪声、 大气噪声、 降雨 噪声、太阳噪声、天电噪声、天线损耗噪声、天线罩噪声以及 天线从副瓣进入的地面噪声等等。
(2) 干扰噪声。干扰噪声主要来源于其它通信系统。
(3) 上行链路噪声与转发器互调噪声。这些噪声是伴随信号 一起从卫星发送下来的， 包括发射地球站、上行链路、卫星接 收系统的热噪声，以及多载波工作时卫星和发射地球站的非线
比随特定的系统和该系统的用途不同而异。目前，国际上对各
种不同系统均已制订出了各自相应的建议值，而且这些规定有 时会有所修订，所以在设计卫星通信系统时要查阅有关的最新
文本。
众所周知，一条链路质量的优劣，对于模拟信号传输是以 解调后的信噪比 S/N来表示的，而对数字信号传输则用比特误 码率(BER)表示。但不论S/N还是BER都取决于解调前的载波功 率与等效噪声温度之比C/T、调制方式和设备的实际性能(解调 器和滤波器等)。因此，实际上C/T值的计算是链路估算的主要 内容。
3.4 卫星通信线路载波功率与噪声功率比
G R S, T U PS , GS
LU
LD
P T, G T
G R, T D
图 3.1 单向空间链路一般示意图
1. 上行线路载噪比与卫星接收机性能指数
在计算上行线路载噪比时，地球站为发射系统，卫星为接 收系统。设地球站有效全向辐射功率为(EIRP)E，上行线路传播 损耗为LU，卫星转发器接收天线增益为GRS，卫星转发器接收系 统馈线损耗为LFRS，大气损耗为La，则可求得卫星转发器接收机
因此噪声的大小也可以用等效噪声温度T间接来表示。
为了便于计算，通常把上述噪声都折算到地球站低噪声接 收机的输入端，并分为三部分，即上行链路噪声、转发器互调 噪声和下行链路噪声。因此，
Tt=TU+TI+TD=(r+1)TD
(3.7)
式中，TU为上行链路噪声，TI为转发器互调噪声温度，TD为下
行链路噪声温度， r=(TU+TI)/TD。
第3章 卫星通信系统线路的设计与计算
3.1 概述
3.2 卫星通信线路载波功率的计算 3.3 卫星通信线路噪声功率的计算 3.4 卫星通信线路载波功率与噪声功率比 3.5 数字卫星通信线路设计
3.1 概 述
设计一条卫星通信链路的主要目的是：尽量有效地在地球 上两个通信点之间提供可靠而又高质量的联接手段。为此，发 送站发出的信号到达接收站时，必须具有足够高的电平，而且 不管对通信质量的总噪声影响如何，都要保证必需的业务质量。 这就是说，接收到的射频载波功率必须远大于噪声功率。链路 的载波和噪声功率比(载噪比，C/N)用dB表示。链路所需的载噪
πD辐射功率(EIRP)
通常把卫星和地球站发射天线在波束中心轴向上辐射的功 率称为发送设备的有效全向辐射功率。它是天线发射功率PT与 天线增益GT的乘积，即 EIRP = PTGTW (3.2)
设发射机末级功放输出功率为Po, 馈线损耗为LFT(LFT＞1), 则上式 还可写为 或用分贝表示，即
【例 3.1】已知IS-Ⅳ号卫星作点波束 1872 路运用时， 其
有 效 全 向 辐 射 功 率 ［ EIRP ］ S= 34.2 dBW, 接 收 天 线 增 益 GRS=16.7 dB 。 又 知 某 地 球 站 有 效 全 向 辐 射 功 率 ［ EIRP ］
E=98.6dBW,
接 收 天 线 增 益 GRE=60.0dB, 接 收 馈 线 损 耗