第3章卫星通信链路设计

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1、第3章卫星通信链路设计3.1接收机输入端的载噪比3.2卫星通信链路的C/T值3.3数字卫星链路的计算习题链路传播特性星际链路：只考虑自由空间传播损耗星-地链路：由自由空间传播损耗和近地大气的各种影响所确定卫星通信的电波要经过对流层（含云层和雨层）、平流层、电离层和外层空间，跨越距离大，影响电波传播的因素很多。热层（热电离层）（Thermosphere）80-500km中间层（Mesosphere）50-80km平流层（Stratosphere）16-50km对流层（Troposphere）7-16km外逸层（Exosphere）500-64,374k

2、m传播问题物理原因主要影响衰减和天空噪声增加大气气体、云、雨大约10GHz以上频率信号去极化雨、冰结晶体C和Ku频段的双极化系统折射和大气多径大气气体低仰角跟踪和通信信号闪烁对流层和电离层折射扰动对流层：低仰角和10GHz以上频率电离层：10GHz以下频率反射多径和阻塞地球表面及表面上物体卫星移动业务传播延迟、变化对流层和电离层精确的定时、定位卫星通信系统的传播问题1、6卫星通信工作频段及电波传播特点1.6.1工作频段的选择工作频段主要考虑电离层的反射、吸收；对流层的吸收、散射损耗等因数与频率的关系。一般工作频段选择在1G~10G；最理想的频率在4~6G。

3、1.6.2电波传播的特点1、自由空间的传播损耗卫星通信中电波的损耗主要有自由空间的传播损耗和大气损耗。由于卫星一般位于3~4万千米的太空，所以主要考虑自由空间传播的损耗。在自由空间传播过程中，接收信号的功率为：PT为天线发射功率；GT为发射天线增益；AR为接收天线开口面积；GR为接收天线增益。自由空间传播损耗为：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。各种因数的影响见下图：下图为雨、雾、云引起的损耗：卫星通信系统的主要技术参

4、数等效全向辐射功率（EIRP）定义：地球站或卫星的天线发射功率P与该天线增益G的乘积。表明了定向天线在最大辐射方向实际所辐射的功率。EIRP=P·G，或EIRP(dBW)=P(dBW)+G(dB)噪声温度（Te）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)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：(2-3)式中，A是天线口面

5、的有效面积(m2)，是工作波长（m），为天线效率，Ae为接收天线有效面积。其中=c/f，c为光速，取值为3*108(m/s)。(2-3)式作变换，则例一计算频率为6GHz时，口径3m的抛物面天线的增益。（天线效率为0.55）解：根据一、星-地链路传播特性卫星通信的电波在传播中要受到损耗，其中最主要的是自由空间传播损耗，它占总损耗的大部分。其它损耗还有大气、雨、云、雪、雾等造成的吸收和散射损耗等。卫星移动通信系统还会因为受到某种阴影遮蔽(例如树木、建筑物的遮挡等)而增加额外的损耗，固定业务卫星通信系统则可通过适当选址避免这一额外的损耗。自由空间传播损耗

6、自由空间电波传播是无线电波最基本、最简单的传播方式。自由空间是一个理想化的概念，为人们研究电波传播提供了一个简化的计算环境。图2-1以确定的天线面积在不同距离上接收辐射能量自由空间传播损耗计算公式电波从点源全向天线发出后在自由空间传播，能量将扩散到一个球面上。如用定向天线，电波将向某一方向会聚，在此方向上获得增益，那么到达接收点的信号功率为：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。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，又可以表示为例二卫星和地面站之

7、间的距离为42,000km。计算6GHz时的自由空间损耗。解：根据公式（2-8），Lf=92.44+20lg42000+20lg6=200.46(dB)功率密度的计算公式功率密度（功率通量密度）是指发射功率经过空间传播到达接收点后，在单位面积内的功率。可以表示为（2-1）式。（2-2）式中，PT为天线的发射功率（W），GT为发射天线的增益，d为自由空间传播距离。例三卫星的EIRP值为49.4dBW，计算卫星离地面距离为40000km时，地面站的功率密度。解：根据式（2-1），地面站的功率密度为接收信号功率的计算公式若接收信号的有效接收面积为A·，则接收到

8、的功率为：若用接收天线增益（式2-3）来表示，上式可以改写为：卫星