基本介紹
- 中文名：衛星鏈路
- 外文名：satellite link
- 類型：衛星通信名詞
背景,基本分類,衛星通信系統鏈路的設計,鏈路計算,
背景
按照國際電信聯盟（ITU）定義的電信基本術語，無線線路（或稱無線鏈路）是指由無線電發信機和無線電收信機提供的信道。衛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射機到衛星轉發器的上行鏈路，和衛星轉發器到另一地球站接收機的下行鏈路。
由於從地球站發射的微波功率，經自由空間傳播到衛星接收天線的過程，和從衛星轉發器變頻、放大後，經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，再加上衛星和地球站的接收系統又存在內部和外部噪聲以及其他干擾，因此，決定一條衛星鏈路傳輸質量的主要指標時C/N、或S/N或C/T或Eb/N0。
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。
衛星通信的電波要經過對流層、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。
衛星通信系統鏈路的設計
1）衛星通信系統鏈路的要求：保證通信質量，使接收到的射頻載波功率必須遠大於噪聲功率。
2）設計的主要內容：通過對解調前載波功率與等效噪聲溫度之比C/T的計算，設計通信鏈路。
3）傳輸方程：
傳輸方程時設計無線電鏈路的基礎。這個方程描述傳送地球站傳送的射頻功率，與接收地球站收到的射頻信號功率、傳輸頻率、與發射機到接收機之間距離的關係。
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，由於使用了高增益天線和低噪聲放大器，使接收機內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同時予以考慮。
地球站接收機的噪聲來源於外部噪聲和內部噪聲。如圖1所示。
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係。
目前，大多數衛星通信系統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這是衛星通信鏈路設計或分析的基礎。
鏈路計算要涉及到發射端的發射功率與天線增益；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。
1.衛星鏈路計算目標
鏈路計算主要有以下4個目標：
1）選定通信衛星和工作頻段；
2）選擇系統所用的天線口徑、調製和編碼方式；
3）驗證所設計線路的可行性與合理性；
4）對系統進行最佳化以保證系統略有餘量，同時所占用的轉發器功率資源與頻寬資源相平衡。
2.鏈路計算
衛星鏈路計算流程如圖1所示。根據輸入參數計算鏈路餘量，判斷餘量是否滿足要求。若不滿足則重新調整地面站的發射參數，增大發射功率或增大天線口徑。
圖2. 衛星鏈路計算流程計算需要輸入發射/接收地面站、衛星、載波和干擾5類參數。
（1）鏈路衰減
信號在傳輸過程中會發生各種損耗，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計時過多的餘量，以致所需發射功率太大，造成發射站功放或天線的設計負擔。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。
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）衛星鏈路載噪比
衛星通信中，模擬系統的調製信號通常為頻率調製，數字系統的調製信號通常為恆包絡的數字鍵控信號。調頻波各頻率分量的功率總和等於未調載波的功率；數字鍵控信號的平均功率也等於其未調載波的功率。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，故衡量通信鏈路質量的信噪比在衛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，Bn為噪聲頻寬。
4）總載噪比
因衛星具有開放性，因此衛星通信會存在一些干擾，因此計算衛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，給鏈路留出餘量。若考慮所有意外情況，則過多的餘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
相鄰衛星的干擾與干擾星的位置和個數有關，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上下行多載波互調干擾
當衛星占用信道與重負荷的轉發器臨近時，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干擾連結在一起，而互調干擾占據主導地位。互調干擾是轉發器多載波工作時，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，而且會產生新的頻率，稱為互調產物。雖然它不具有白噪聲特性，但為了計算分析方便，引用了互調等效噪聲溫度的概念表示其影響。互調大小與轉發器末級功率放大器的選擇有關，且與功率放大器負載的占用程度有關。
③上下行交叉極化干擾
衛星轉發器採用極化隔離進行頻率重複使用，一般滴，地面站天線和衛星天線的極化隔離並非處於理想狀態，故會引起交叉極化干擾。
5）鏈路餘量
鏈路餘量計算公式如下：
Margin=[C/N]total—[C/N]TH
[C/N]TH為接收機的門限載噪比，與所用設備、載波調製方式、前向糾錯方式和要求的誤比特率有關。
可通過判斷鏈路餘量是否大於0，判定該通信鏈路是否滿足要求。
3.鏈路預算注意事項
在鏈路預算中用戶應重點關心的結果為：
收發站天線大小及天線指向；
功放大小及餘量；
載波分配頻寬；
接收系統餘量；
分配頻寬占整個轉發器頻寬及占衛星有效全向輻射功率的百分比(%)。
