《硅谷》杂志：卫星传输系统链路的计算简析 |
| 2013-01-16 21:31 作者：周轩宇 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第21期刊文称，首先针对卫星传输系统中链路计算的相关概念做出必要阐述，而后介绍在链路计算中涉及到的几个主要参数，最后针对工作中需要确定的相关计算量给出计算表达式。
关键词：卫星；传输；链路；计算
科技和社会的发展，推动的卫星通信事业的不断向前推进。相对于传统的有线或无线通信方式而言，卫星通信有着覆盖广、通信容量大、不惧距离、地理环境限制弱等优点，与光纤通信以及数字微波通信一同成为当前我国远距离数字传输的三大支柱。
1卫星传输系统中链路计算的相关概念
卫星通信的本质，是以人造通信卫星作为通信中继站而展开的微波中继通信。在这种通信方式中，信号从发送端出发，经过卫星的接收和放大，然后传送到接收端，因此可以有效实现横跨地域较大的信号传输，而不必过多考虑地理情况，从而其传输成本不在与地理距离正相关。但是应当注意到，通过卫星中继进行的数据传输，虽然受到地理影响很弱，但是由于信号需要穿透大气层，因此受到气象因素影响相对严重，且传输时延和功损都不能忽视。这就从客观上要求链路计算的出现。
在针对地球站进行设计和工作的过程中，用户需要对信号传输质量和时间等问题提前作出判断，因此需要进行各种参数展开定量分析判断，以便通过参数的合理选择来实现数字传输的最优化，这就是所谓的链路计算。链路计算工作包括对于卫星上行以及下行过程中各个环节进行详细推敲和计算，包括诸如天线大小增益、调制方式、对于LNA或LNB的选择等多个方面，其目的在于满足对于整个数据传输过程的质量、价格以及可扩展性等方面的要求。
2卫星传输系统链路计算过程中的主要参数
卫星传输系统中，信号的传输质量受到多方面的影响，因此对链路计算是实施有效传输的必要途径。在链路计算过程中，首先应当明确几个必要的参数，包括天线增益、自由空间传输损耗以及全向辐射功率。
在卫星通信系统中，一般使用定向天线，这种天线能够将电磁能量集中朝向某一特定方向辐射，天线增益定义可以表达为：
对于抛物面天线以及其他类似天线而言，增益的表达式为：
在上式中。表示天线的口面面积；为工作波长；则为天线效率。
自由空间传输损耗是另一个必须考虑参数，由于卫星传输过程中，信号经由大气层到达卫星，再由卫星经由大气层返回地面，传输距离较长，因此其空间损耗就不容忽视，如果地区常见较厚云层或者下雨环境，还应当将此类因素考虑到数据模型之中。以C波段传输为例，其上行频率为6GHz，下行频率为4GHz的时候，自由空间的传输损耗可以达到200gB左右，下行略低。用来表示自由空间传输损耗，则其表达式为：
其中为工作波长。
最后还应当考虑的一个参数是全向辐射功率，在卫星传输系统中使用EIRP进行表示，分为上行和下行两个方面。其下行表示式为：
其中为放大器输出功率，而则为天线增益，而LOSS为为功放输出端与天线馈源之间的馈线损耗，通常忽略不计。
上行则可以通过与SFD的关系求得：
其中是单位面积标准天线增益。
在对上述基础性参数进行了解和准备的基础之上，可以针对链路展开计算，参与计算的参数还应当包括卫星轨道位置、工作频率、相应的频率计划以及用以反映卫星转发器接收系统在其服务区内的性能的三个首要参数，即接收系统的品质因数G/T、EIRP以及饱和通量密度SFD。
3卫星传输系统链路的计算
准备好需要参与计算的相关参数之后，就可以着手开始卫星传输系统链路的计算。需要计算的地面数据主要包括载波带宽、上行EIRP、（C/N）u、下行EIRP、（C/N）d、总（C/N）以及Eb/N0余量等。鉴于篇幅限制，文本只针对于最为常用的几个数据给出相应的计算表达。
3.1载波带宽
所谓载波带宽，即载波最高频率与最低频率之差，在计算过程中可以借由下式进行表达：
载波带宽=符号速率×（1+滚降系数）
其中滚降系数依据实际情况而定，对于载波噪声带宽和占用带宽而言，通常采用0.2以及0.4，对于全转发器带宽而言通常选取0.31。而符号速率则可以通过下式进行计算：
其中FEC为前向纠错，通常取值为1/2、2/3、3/4、5/6以及7/8。编码率对于不同系统有着不同取值，对于DVB-S系统的Reed-Solo-mon编码率常采用188/204；而对于DVB-S2、ABS-S系统信号而言，编码率取值为1即可。M则是调制因子，BPSK、QPSK、8PSK和16QAM的调制因子分别为1、1/2、1/3和1/4。
3.2C/T以及C/N的计算
首先看C/T，它是载波功率与等效噪声温度的比值，其表达公式在上行和下行方面一致：
或：
其中为系统输入回退；功率因子，其取值为租用带宽或者转发器总带宽。
在计算上行C/T的时候，其相应参与计算的参数取值也均为上行，G/T为转发器参数；相应的在计算下行C/T时，其参与运算的参数也均选取下行参数，G/T为地面接收系统参数。
而C/N的计算表达式则为：
其中为载波噪声带宽；为波耳兹曼常数。
3.3链路载噪比以及系统余量
进行链路估算时，需要对上行（C/N）u以及下行（C/N）d以及相应干扰（C/N）i进行综合考虑。并最终求得系统总C/N，其表达式为：
载波链路系统C/N估算值与载波所需的最低C/N值之差，称为相关载波的系统余量。在实际的操作过程中，系统余量的作用在于补偿传输过程中因为雨衰、电离层闪烁、大气损耗、宇宙噪声等影响因素，确保整体系统的稳定和可靠。在不考虑降雨衰耗时，系统余量以1到2dB为宜。余量的大小应当酌情进行控制，过高的余量会造成系统负担，而过低的余量则会造成系统工作的不稳定。
4结论
对于卫星传输系统链路工作而言，涉及到的相关参数有很多方面，其计算方法也不一而同，但都应当以能够正确反映卫星传输系统链路实际工作运行状况为主。还应当注意不同的编码方式所提出的各方面系统性能要求，并进行充分全面的考虑，才能收到良好效果。 |
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