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卫星链路预算初步通俗解析（下）

提交者: LiChen 日期: 2010/10/22 5:17 阅读: 102
作者:刘军 2.12 4项干扰因素的估算
 因实际干扰发生时情况复杂、随机性很强，很难预料并得到准确的结果，且由于上述4项对链路预算结果的影响有限，为此通常只采用简化的估算方法。按一般正常情况下可控制的、可能出现的干扰底线进行计算，超过此底线则考虑的因素太多、不可预见性太强，无法推测。实际计算中应根据实际情况灵活掌握调整。

由于载波因故大幅加大功率，会导致其频谱旁瓣超过其使用带宽，而进入相邻频带，此时会对相邻信道载波造成干扰，卫星公司一般要求每个发射的数字载波的频谱旁瓣须低于主瓣26dB以下。

卫星公司一般要求天线在轴向及相对于峰值增益-1.0dB等值线以内，发射和接收天线交叉极化隔离度应不小于30dB，故

载波与三阶交调产物之间的差值一般应不小于23dBc，故
 
ITU-R S.580-5 建议指出，D/λ>50的天线，于 1°≤θ<20°范围内，90%的旁瓣峰值不应超过 G（θ）=29-25lgθ(dBi)
θ: 偏离天线中心轴的角度值；
D: 天线口面直径；
λ：波长。
分别以C/Ku所用的6GHz及14GHz计算，λ可能出现的最小值分别为4.51cm(6650MHz)及2.07cm（14.5GHz），故C-Band 2.26m及KU-Band 1.03m以上天线均应满足上述要求。
目前卫星公司对小于上述口径天线的使用一般都是有条件或限制使用，故进行链路预算时应根据实际邻星干扰情况及ITU建议具体对待处理。
以常见的2°邻星干扰为例，正常载波与可能来自邻星的干扰的最大差值为：
G-(29-25lgθ)=G-(29-25×0.3)=G-21.5dB
（G为用户采用的天线增益）

以上只是对一般情况下可能出现的干扰，以致带来的载噪比恶化进行简单估算。实际具体分析时，应考虑被干扰信号与反极化干扰信号的功率谱密度之比，否则意义不大。如正极化是1个36M带宽的大载波，反极化干扰仅是一个500k的载波，故即使极化再差，对正极化的影响也甚微。
上述分析都是在假设理想情况下进行的。如两个极化的转发器的工作状态相同，两个极化的载波都只占用转发器平均功率。邻星干扰计算则是以下行邻星干扰进行计算的，上行邻星干扰由于无法获悉对方的天线口径及增益，故无法进行估算。
实际情况较为复杂，上述公式应灵活变化。
2.13 雨衰
C波段雨衰较小。经笔者实际观测，香港及深圳地区分别处于黑色暴雨时（在过去两小时或更短时间内，雨量超过100mm。）单向接收或发射雨衰在1.5dB，自发自收双向雨衰在3dB左右。故中国南方地区最大雨衰余量应考虑增加1.5dB为宜，北方地区由于暴雨较少，雨衰余量增加0.5dB即可，不宜增加过多，否则会增加设备投入成本。
Ku波段受降雨影响严重。暴雨时，上、下行链路的损耗分别超过16dB、10dB。实测北京地区在暴雨时，上行信号会被全部衰减殆尽。
降雨不仅会衰减电磁波，还会引起噪声温度的增加和去极化的发生，影响到接收信号的载噪比及导致正交极化信号的相互干扰加大。
具体雨衰值应根据不同卫星、不同收发站地理位置及可用度等来计算。
Ku波段上行站应具备上行增益自动控制；下行站需要预留足够的余量。
2.13.1 系统可用度
有关降雨有3个重要概念。
（1）降雨率，用RP来表示，单位是mm/h；
（2）降雨出现的年时间概率百分比，用p来表示。降雨率只能表明降雨强度的大小，但不能表明降雨到底持续了多长时间。如某地经常小雨绵绵，很少下大雨及暴雨，另一地则很少下雨，但一下就是中到大雨，很明显这两地所要考虑的雨衰值肯定差异较大，一定要综合考虑RP和p% 值，不能只顾其一。如一般表述为：某地一年当中有0.01%的时间降雨率超过80mm/h，即一年当中约有52.6min余量超过此降雨率，此种情况的降雨率表示为R0.01 ；
（3）降雨可用度。降雨出现的时间百分比相反表示法，如某地一年当中有0.01%的时间降雨率超过80mm/h，雨衰为15dB，则意味着在平均年度中的99.99%时间内，降雨衰耗通常不高于15dB。降雨可用度的时间百分数越大，所对应的降雨衰耗值也就越大，为了达到此可用度，设备投入的成本就越高。实际中一般称可用度为3个9，或4个9，即99.9%和99.99%。　
不同通信业务的用户对通信可用度有着不同的要求。对可用度要求越高，需要收、发天线的口径越大，功放功率越高，当然造价也相应提高。相反如用户对成本控制严格，可降低可用度来实现。
2.13.2 雨衰值的计算
由于篇幅有限，以下对于雨衰值的计算只做简单介绍。
有关雨衰计算各参数模型图如图5所示。
 图5 参数模型
A：冰晶层；
B：0°C等温线；
C：降水区；
D：传输路径；
θ：地面站仰角；
hS：地面站海拔高度；
hR：：降雨高度（0°C等温线至海平面）；
RP：降雨率。

K和α为单位衰减系数，与频率和极化有关，总的降雨衰减量为：

LE 为信号经过降雨区域的有效路径长度，单位为km。
因为降雨密度在整个实际路径中的分布是不均匀的，所以采用有效路径长度LE来表示，比采用实际长度LS更为合适。

有关雨衰值的具体计算过程及实例将另文计算，读者亦可参考ITU-R P.618-10有关推荐内容介绍。
2.13.3 降雨对信号传输质量的影响
降雨对信号传输质量的影响体现在3个方面：
（1）增加了对载波功率的衰减；
（2）引起去极化效应，使得交叉极化隔离度降低。由于穿过雨滴的入射电波的极化面取向不同将造成雨滴对电波的衰减和相移不同，从而对电磁波形成微分衰减和微分相移，对于正交极化复用的双极化传输系统将造成极化隔离度下降，正交极化信号相互干扰加大；
（3）大大增加了下行接收天线的噪声温度，使得C/T降低，即提高了噪声功率，使得接收信号的载噪比降低。
由于卫星下行EIRP一般较小，且工作点定后，其输出基本已确定，不可能有多大改善与增加。所以降雨对下行影响较大，对上行相对影响较小，这主要是因为一是上行地面站一般有UPC，或卫星上有ALC，降雨时虽有衰耗，地面站或卫星能及时补偿。二是降雨虽然能增加噪声温度，但平常情况下卫星天线就指向温度较高的热地球，地球是个热源，在00C时也有273K，实际噪声温度接近300K。
从卫星向地球看过去，地球平均热噪声温度为254K，整个卫星接收系统噪声温度在500K左右。故此降雨带来的噪声温度增加，相对于卫星接收系统的总噪声温度比例很小，因此上行降雨损耗及噪声温度的增加对上行C/T的影响相对于下行就小很多。
【例】卫星接收系统噪声温度是500K，地面接收系统的噪声温度是150K，计算上下行雨衰分别为5dB时，C/N值下降多少。设Ta=280K。
解：并不是简单的减去5dB，还要计算噪声温度的影响带来的噪声功率的增加。
降雨引起的等效噪声温度增加值为：

上行： 新的卫星接收系统噪声温度为：500+191.46=691.46K
噪声功率的增加值为[691.46]-[500]=1.41dB
C/N值下降：5+1.41=6.41dB
下行： 新的卫星接收系统噪声温度为：150+191.46=341.46K
噪声功率的增加值为[341.46]-[150]=3.57dB
C/N值下降：5+3.57=8.57dB
由上可见降雨对下行线路的载噪比的影响比上行线路明显得多，这主要是由于地面接收系统的等效噪声温度很低的缘故。
链路预算中各项取值应尽量保守些，以免用户选型设备并开通后，发现链路余量（上行功放及下行接收）可边可沿，捉襟见肘，此时再更换设备为时已晚。同时虽然保守为上，但也不能过分保守，否则会造成用户不必要的成本增加。
链路预算不是一个闭门造车、一成不变的过程，而是一个与时俱进的过程。各种新技术的不断发展，促使其需不断改进、修正。同时用户的实际链路使用情况也是对链路预算的一个很好反馈与验证，也提供了一个不断改进的契机，以便下次为其他客户提供一个更加合理的链路预算做准备。