a第8章衛(wèi)星通信系統(tǒng)及傳輸信道特性

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胡慶教授第8章

衛(wèi)星通信系統(tǒng)及傳輸信道特性2內(nèi)容提要衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本概念及應用衛(wèi)星通信系統(tǒng)工作原理衛(wèi)星通信傳輸線路特性

3圖8-1衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖

4圖8-2靜止衛(wèi)星配置的幾何關系圖8.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本概念及應用衛(wèi)星通信具有覆蓋面積大、受地理條件限制少、通信頻帶寬等特點，因此成為現(xiàn)代信息傳輸方式不可缺少的一種手段。衛(wèi)星通信應用非常廣泛，幾乎可應用于所有公用和專用通信中遠距離的中繼傳輸中。58.1.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡述衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本組成6圖8-3衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本組成衛(wèi)星通信的頻段分配衛(wèi)星通信的使用頻段雖然也屬于微波頻段（300MHz～300GHz），但由于衛(wèi)星通信電波傳播的中繼距離遠，既受到對流層中的氧、雨、霧的吸收和散射衰減影響，又受到宇宙噪聲的影響，如圖8-4和圖8-5所示。從電波傳播機理和傳播損耗來看，300MHz以下的電波不能穿過電離層，而10GHz以上的電波受大氣層的云、水蒸氣及雨的影響而造成的衰減較大。因此，衛(wèi)星通信所使用的工作頻段，應選擇在微波波段的0.3～10GHz為宜。78.1.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡述

88.1.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡述圖8-4大氣吸收損耗與頻率關系圖8-5宇宙噪聲與頻率的關系

98.1.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡述名

稱頻率范圍/GHz下行/上行載波頻率/GHz①單向帶寬/MHzUHF波段0.3～10.2/0.4500～800L波段1～21.5/1.6S波段2～42.5/2.6C波段4～84/6500～700X波段8～127/8Ku波段12～1812/14或11/14500～1000Ka波段27～4020/30高達3500表8-1目前常用的衛(wèi)星通信頻段衛(wèi)星通信的特點（1）通信距離遠，且通信成本與通信距離無關由圖8-2可見，利用一顆靜止衛(wèi)星進行通信，其最大通信距離可達18000km。而地球站的建站費用和維護費用并不因地球站之間的距離遠近，地理環(huán)境惡劣而有所變化。（2）覆蓋面積大，可進行多址通信由于靜止衛(wèi)星離地面很高，衛(wèi)星天線波束的覆蓋區(qū)域很大，因而只要在衛(wèi)星天線波束覆蓋的區(qū)域內(nèi)，都可設置地球站，共用同一顆衛(wèi)星在這些地球站間進行雙邊或多邊通信，或者說多址通信；亦可同時在多處接收，能經(jīng)濟地實現(xiàn)廣播，便于實現(xiàn)多方向多地點的多址連接，組網(wǎng)靈活。108.1.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡述（3）通信頻帶寬，傳輸容量大由于衛(wèi)星通信可用頻段從150MHz～30GHz，并且開始開發(fā)Q、V波段(30～50GHz)。因而可用頻帶寬、傳輸容量大，目前，衛(wèi)星通信的傳輸帶寬可達500MHz，適應的通信業(yè)務類型多。（4）通信機動靈活不受地理條件的限制，只要設置地球站電路即可開通（開通電路迅速）。衛(wèi)星通信不僅能作為大型固定地球站之間的遠距離通信而且還可以用于安裝在移動中的汽車、飛機、船舶等地球站間進行的通信，甚至能直接為個人終端提供通信服務。118.1.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡述（5）通信質(zhì)量好由于衛(wèi)星通信的無線電波主要是在大氣層以上的宇宙空間中傳播，因而不易受自然條件干擾和陸地災害的影響，可靠性高。衛(wèi)星通信的不足之處在于：（1）信號傳輸時延大衛(wèi)星通常位于距離地面幾百千米、幾千千米甚至上萬千米的高空，雙向傳輸時時延可能達到秒級，對于實時交互性應用會帶來明顯的中斷感。128.1.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡述（2）外界干擾或噪聲較多雖然衛(wèi)星鏈路質(zhì)量相對較好，但由于其依然是無線鏈路，而且一般來說通信距離非常遠，顯然受到的外界干擾和噪聲也很多，主要包括宇宙噪聲、自然噪聲、太陽噪聲等自然噪聲，也包括系統(tǒng)本身各組成部分噪聲、其他系統(tǒng)干擾、人為噪聲等，因此在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，對于噪聲和干擾的消除或抑制依然是需要非常重視的。（3）控制較為復雜由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)中所有鏈路均是無線鏈路，而且衛(wèi)星的位置還可能處于不斷變化中，因此控制系統(tǒng)也較為復雜。138.1.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡述8.1.2衛(wèi)星通信的應用衛(wèi)星在數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務中的應用14圖8-6局域/城域網(wǎng)互聯(lián)中的衛(wèi)星衛(wèi)星在移動通信系統(tǒng)中的應用三類移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)：第一類是低軌道（LEO）移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，如美國Motorola公司提出的“銥（Iridiun）”系統(tǒng)和美國LoralQualcomm公司提出的“全球星”（Globalstar）系統(tǒng)；第二類是中軌道和（MEO）移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，如全球個人衛(wèi)星通信公司（ICO）提出的國際個人衛(wèi)星通信系統(tǒng)；第三類是靜止軌道（GEO）移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，如加拿大TMI與美國AMSC合作開發(fā)的北美MSAT系統(tǒng)以及亞洲蜂窩系統(tǒng)（Aees）。158.1.2衛(wèi)星通信的應用

168.1.2衛(wèi)星通信的應用圖8-7Iridium衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的基本組成

178.1.2衛(wèi)星通信的應用圖8-8Globalstar系統(tǒng)結(jié)構(gòu)衛(wèi)星在視頻廣播業(yè)務傳輸中的應用目前，世界上運行的GEO衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中，有三分之二是用于電視和視頻廣播的。利用衛(wèi)星廣播系統(tǒng)傳送數(shù)字化視頻信號的方式有3種：一是點對多點的TV節(jié)目分配：數(shù)字視頻信號從演播室通過衛(wèi)星系統(tǒng)傳送到地區(qū)廣播站或地區(qū)電纜TV系統(tǒng)接收站，從而完成節(jié)目的分配。通常所傳送的信號是寬帶的多路數(shù)據(jù)流。二是點到點的傳輸：用于數(shù)字視頻信號從實況直播現(xiàn)場到演播室，或從一個演播室到另一個演播室的衛(wèi)星傳輸。三是點對多點的直接到戶（DTH）廣播方式：在衛(wèi)星直播系統(tǒng)中，家庭用戶用天線口徑為0.5m左右的接收機，可接收5～8路視頻信號。188.1.2衛(wèi)星通信的應用衛(wèi)星在電話等交互式業(yè)務傳輸中的應用電話業(yè)務是衛(wèi)星通信系統(tǒng)支持的重要業(yè)務之一，但與地面光纜支持的PSTN電話網(wǎng)相比較，其經(jīng)濟性是考慮問題的焦點。衛(wèi)星信道容量小、成本高，只有在地面網(wǎng)無法覆蓋（或建立相應的地面投資極高而效益甚低）的鄉(xiāng)村地區(qū)的用戶才使用衛(wèi)星電話。GEO衛(wèi)星離地面高，信號傳輸延時長（約250ms）。如果系統(tǒng)用來支持電話業(yè)務，會晤雙方會有脫離接觸的感覺。另外，衛(wèi)星通信系統(tǒng)長的傳播延時還會帶來回波干擾的問題。198.1.2衛(wèi)星通信的應用衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括空間段和地面段，空間段的組成包括通信衛(wèi)星（空間分系統(tǒng)）、跟蹤遙測與指令分系統(tǒng)（TT&C，Tracking,，TelemetryandCommandStation）和衛(wèi)星控制中心（SCC，SatelliteControlCenter），地面段包括所有的地球站，又稱為地球站分系統(tǒng)。208.2衛(wèi)星通信系統(tǒng)工作原理8.2.1衛(wèi)星通信地面段地面段包括了支持用戶訪問衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，并實現(xiàn)用戶間通信的所有地面設施。用戶可以是電話用戶、電視觀眾和網(wǎng)絡信息供應商等。衛(wèi)星地球站是地面段的主體，它提供與衛(wèi)星的連接鏈路，其硬件設備與相關協(xié)議均適合衛(wèi)星信道的傳輸。地球站是衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的主要組成部分，所有的用戶終端將通過它接入衛(wèi)星通信線路。根據(jù)地球站的大小和用途不同，它的組成也有所不同。作為典型的標準地球站一般包括天線分系統(tǒng)、收、發(fā)信機分系統(tǒng)、信道終端設備分系統(tǒng)、信道控制分系統(tǒng)、終端接口設備和電源分系統(tǒng)六個分系統(tǒng)，如圖8-9所示。21

228.2.1衛(wèi)星通信地面段圖8-9地球站的基本組成方框圖8.2.2衛(wèi)星通信空間段空間段的組成包括通信衛(wèi)星、TT&C和SCC。SCC（衛(wèi)星控制中心）的任務是對定點的衛(wèi)星在業(yè)務開通前、后進行通信性能的監(jiān)測和控制，例如對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率、衛(wèi)星天線增益以及各地球站發(fā)射的功率、射頻頻率和帶寬等基本通信參數(shù)進行監(jiān)控，以保證正常通信。23TCC（測控站）是受衛(wèi)星控制中心直接管轄的、衛(wèi)星測控系統(tǒng)的附屬部分。它與衛(wèi)星控制中心結(jié)合，其任務是：檢測和控制火箭并對衛(wèi)星進行跟蹤測量；控制其準確進入靜止軌道上的指定位置；待衛(wèi)星正常運行后，定期對衛(wèi)星進行軌道修正和位置保持；測控衛(wèi)星的通信系統(tǒng)及其他部分的工作狀態(tài)，使其正常工作；必要時，控制衛(wèi)星的退役。SCC和TCC構(gòu)成了衛(wèi)星測控系統(tǒng)，一個測控系統(tǒng)一般以衛(wèi)星控制中心為主體，加上分布在不同地區(qū)的多個測控站組成。248.2.2衛(wèi)星通信空間段

258.2.2衛(wèi)星通信空間段圖8-10通信衛(wèi)星的組成方框圖（1）通信分系統(tǒng)衛(wèi)星上的通信分系統(tǒng)又稱為轉(zhuǎn)發(fā)器，它實際上是—個提供衛(wèi)星發(fā)射天線和接收天線之間連接的設備，是構(gòu)成衛(wèi)星通信的中樞，其功能是使衛(wèi)星具有接收、處理并轉(zhuǎn)發(fā)信號的能力。轉(zhuǎn)發(fā)器是衛(wèi)星有效載荷的兩個主要組成部分之一，對它的基本要求是以最小的附加噪聲和失真、足夠的工作頻帶和輸出功率來為各地球站可靠且有效地轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號。268.2.2衛(wèi)星通信空間段（2）天線分系統(tǒng)天線分系統(tǒng)是衛(wèi)星有效載荷的另一個主要組成部分，它承擔了接收上行鏈路信號和發(fā)射下行鏈路信號的雙重任務。衛(wèi)星天線分為2類：遙測指令天線和通信天線。遙測指令天線通常使用全向天線，以便可靠地接收地面指令并向地面發(fā)送遙測數(shù)據(jù)和信標。衛(wèi)星接收到的信標信號送入姿態(tài)控制設備，使衛(wèi)星天線精確地指向地球站上的覆蓋區(qū)。通信天線是地面上許多地球站與維修商各種衛(wèi)星分系統(tǒng)之間的接口，其主要功能是提供成形的下行和上行天線波束，在工作頻段發(fā)送和接收信號。278.2.2衛(wèi)星通信空間段（3）跟蹤遙測和指令分系統(tǒng)以及控制分系統(tǒng)與地面的TCC和SCC一起工作，提供對衛(wèi)星的整體控制，其中也包括衛(wèi)星通過跟蹤設備為地球站跟蹤衛(wèi)星發(fā)送信標、接收地面控制系統(tǒng)的各種指令、執(zhí)行姿態(tài)控制與位置控制等。（4）電源分系統(tǒng)是給星上設備提供穩(wěn)定可靠的電源，主要采用太陽能電池。當有光照時，電源系統(tǒng)要能產(chǎn)生必須的電功率，滿足星上系統(tǒng)的運行，并同時要保證有多余的能量用蓄電池儲存起來，當衛(wèi)星處于發(fā)射狀態(tài)或者地球陰影區(qū)的時候，蓄電池可以提供充足的電源功率。288.2.2衛(wèi)星通信空間段8.2.3衛(wèi)星通信線路及工作過程

29圖8-11衛(wèi)星通信線路的組成假如A地球站用戶要與B地球站用戶通電話。其通話過程是：A地球站用戶的電話信號經(jīng)地面通信線路送至A地球站終端，與其他用戶電話信號進行復用合路，得到多路電話基帶信號（該信號少則幾十路，多則幾萬路），再送至調(diào)制器對載波進行調(diào)制，形成已調(diào)中頻信號，經(jīng)上變頻器變成微波信號。308.2.3衛(wèi)星通信線路及工作過程然后，進一步由微波功率放大器放大到足夠大的功率后，以雙工器由天線向衛(wèi)星發(fā)射出去。這個信號為上行線信號，其頻率f1稱為上行線頻率。衛(wèi)星天線接收到A地球站發(fā)來的上行線微波信號，經(jīng)雙工器送到放大器放大，再經(jīng)變頻器變?yōu)閒2的微波信號（一般f2低于f1），經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)器末級功率放大器放大到一定的電平之后，送到雙工器經(jīng)衛(wèi)星天線發(fā)向地球站，稱此微波信號為下行線路信號，f2為下行線頻率。318.2.3衛(wèi)星通信線路及工作過程B地球站收到衛(wèi)星下行線f2信號，經(jīng)雙工器進入低噪聲放大器放大，又經(jīng)下變頻器變到中頻，然后送到解調(diào)器進行解調(diào)，恢復出基帶信號，再由終端機的多路電話復用設備分離出各個話路信號，通過市內(nèi)通信線路將電話信號傳給用戶。這樣，A地球站用戶傳送給B地球站用戶的單向電話就完成了。同樣，B地球站用戶傳給A地球站用戶的單向電話，其過程與上述類似。328.2.3衛(wèi)星通信線路及工作過程8.2.4通信衛(wèi)星運行軌道衛(wèi)星軌道分類按衛(wèi)星軌道的傾角可分為赤道軌道、極軌道和傾斜軌道，如圖8-12所示。若衛(wèi)星的軌道平面與赤道平面重合，即i=0°則此衛(wèi)星軌道稱為赤道軌道，在赤道軌道運行的衛(wèi)星稱為赤道衛(wèi)星（一般為靜止衛(wèi)星）；若i=90°，即衛(wèi)星軌道平面穿過地球的南北極，與赤道平面垂直，則稱為極軌道；若0°<i<90°，即衛(wèi)星軌道平面傾斜于赤道平面，則稱為傾斜軌道。33

34圖8-12傾角不同的衛(wèi)星軌道圖圖8-13衛(wèi)星軌道高度的劃分8.2.4通信衛(wèi)星運行軌道按衛(wèi)星離地面最大高度h的不同，可把衛(wèi)星軌道及衛(wèi)星分為：低軌道（LEO，LowEarthOrbit），此時h＜5000km，此軌道上的衛(wèi)星稱為低軌衛(wèi)星，其運行周期約為2～4h；中軌道（MEO，MediumEarthOrbit），此時5000km＜h＜20000km，此軌道上的衛(wèi)星稱為中軌衛(wèi)星，其運行周期約為4～12h；高軌道（HEO，HighlyEllipticalOrbit），其軌道高度h＞20000km，高軌衛(wèi)星的運行周期大于12h，如圖8-13所示。358.2.4通信衛(wèi)星運行軌道衛(wèi)星的攝動在理想條件下的人造地球衛(wèi)星運動軌道如上所述，所謂理想條件是指把衛(wèi)星和地球都當作質(zhì)點運動，而沒考慮地球以外其他星體引力的情況。但是，實際上地球并不是一個理想的球體，對靜止衛(wèi)星來說，由于地球結(jié)構(gòu)的不均勻和太陽、月亮引力的影響等，將使衛(wèi)星運動的實際軌道不斷發(fā)生不同程度地偏離開普勒定律所確定的理想軌道的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為衛(wèi)星的攝動。368.2.4通信衛(wèi)星運行軌道日凌與星蝕當太陽、地球和衛(wèi)星運行到一條直線上，并且衛(wèi)星處于地球站和太陽之間時，地球站的天線在對著衛(wèi)星的同時也就對準了太陽，因此在地球站接收衛(wèi)星信號的時候，也會收到大量的頻譜很寬、功率較大的太陽噪聲，該噪聲將對有用信號帶來干擾，使得接收信號的信噪比大大下降，甚至有可能完全淹沒有用信號，從而造成信號中斷，這種現(xiàn)象稱為日凌。378.2.4通信衛(wèi)星運行軌道8.3衛(wèi)星通信傳輸線路特性衛(wèi)星線路的噪聲和干擾衛(wèi)星線路接收機載噪比C/N與G/T值的計算衛(wèi)星傳輸線路的C/T計算388.3.1衛(wèi)星線路的噪聲和干擾衛(wèi)星通信線路和其他無線電通信線路一樣，通信質(zhì)量的好壞主要取決于接收系統(tǒng)輸入端的信號載波功率和噪聲功率的比值，而不是單純地取決于信號載波功率的絕對值。因為衛(wèi)星通信線路上無線電波經(jīng)過遠距離（如同步衛(wèi)星系統(tǒng)中單向傳輸距離可達35800km）的空間傳播后，信號功率衰減很大（通常達到200dB），到達地球站或衛(wèi)星接收天線時已十分微弱，同時在傳播過程中不可避免地會受到各種噪聲和干擾的影響。39系統(tǒng)熱噪聲與等效噪聲溫度通信系統(tǒng)由各個部件組成，它們完成信號的處理和傳輸功能。與此同時，只要傳導媒質(zhì)處于熱力學溫度的零度以上，其中帶電粒子就存在著隨機的熱運動，從而產(chǎn)生對有用信號形成干擾的噪聲。噪聲的大小以功率譜密度n0來量度，它與溫度有關

n0=kT（8.1）式中，k為玻爾茲曼常數(shù)；T為噪聲源的噪聲溫度，單位為K。408.3.1衛(wèi)星線路的噪聲和干擾由于任何網(wǎng)絡總是具有有限的帶寬（用B表示），同時，這里假定網(wǎng)絡增益為A。輸出端的噪聲功率將由兩部分組成：一部分為由網(wǎng)絡輸入端的匹配電阻產(chǎn)生的噪聲所產(chǎn)生的輸出噪聲功率（記為Ni0），另一部分為網(wǎng)絡內(nèi)部噪聲對輸出噪聲的貢獻ΔΝ。于是總的輸出功率N0為式中，T0是輸入匹配電阻的噪聲溫度，第一項是該電阻所產(chǎn)生噪聲在輸出端的數(shù)值，第二項為網(wǎng)絡內(nèi)部噪聲在其輸出端的貢獻，Te稱為網(wǎng)絡的等效噪聲溫度。418.3.1衛(wèi)星線路的噪聲和干擾接收系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲和外部噪聲接收天線收到衛(wèi)星（或地球站）發(fā)來的信號的同時，還接收到大量的噪聲。接收系統(tǒng)的噪聲可分為來自各種噪聲源的外部噪聲和內(nèi)部噪聲，如圖8-14所示。428.3.1衛(wèi)星線路的噪聲和干擾圖8-14地球站接收系統(tǒng)的噪聲來源（1）宇宙噪聲宇宙噪聲主要包括銀河系輻射噪聲、太陽射電輻射噪聲和月球、其他行星射電輻射噪聲。頻率在1GHz以下時，銀河系輻射噪聲影響較大，故一般就將銀河系噪聲稱為宇宙噪聲。銀河系噪聲在銀河系中心指向上達到最大值，通常稱為指向熱空。（2）大氣噪聲大氣層對穿過它的電波，在吸收能量的同時，也產(chǎn)后電磁輻射而形成噪聲，其中主要是水蒸氣及氧分子構(gòu)成的大氣噪聲。大氣噪聲是頻率的函數(shù)，在10GHz以上時顯著增加，此外，它又是仰角的函數(shù)，仰角越低，穿過大氣層的途徑越長，大氣噪聲對天線噪聲溫度的貢獻越大。438.3.1衛(wèi)星線路的噪聲和干擾（3）降雨噪聲降雨及云、霧在產(chǎn)生電波吸收衰減的同時，也產(chǎn)生噪聲，稱為降雨噪聲。其對天線噪聲溫度的作用與雨量、頻率、天線仰角有關。在4GHz、低仰角時，大雨對天線噪聲溫度的貢獻也達50～100K，因此系統(tǒng)設計時應予以考慮。（4）地面噪聲由于衛(wèi)星天線對準地球，因而地球熱噪聲也是等效噪聲溫度T的一個重要組成部分。地球站天線除由其旁瓣、后瓣接收到直接由地球產(chǎn)生的熱輻射外，還可能接收到經(jīng)地面反射的其他輻射。448.3.1衛(wèi)星線路的噪聲和干擾（5）干擾噪聲干擾噪聲包括來自其他同頻段的衛(wèi)星通信系統(tǒng)和同頻段的微波中繼通信系統(tǒng)的干擾噪聲和人為干擾噪聲。干擾噪聲的大小與干擾的頻率、干擾電波的傳播環(huán)境、收發(fā)天線的增益方向性圖函數(shù)等許多因素有關。其頻譜一般為非白噪聲，但不管這些干擾的頻譜如何分布，在衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的工程計算和設計中，都可采用將它們轉(zhuǎn)化為等效噪聲溫度的辦法而同系統(tǒng)的其他噪聲同樣對待。458.3.1衛(wèi)星線路的噪聲和干擾接收機輸入端的噪聲功率天線接收到各種噪聲的大小可以用天線的等效噪聲溫度T來表示。由電子線路分析可知，當接收機阻抗匹配時，接收機內(nèi)部不產(chǎn)生噪聲，那么其接收到的噪聲功率僅決定于外部輸入噪聲的單邊功率譜密度。因此，由前面的介紹可得外部噪聲折算到接收機輸入端的噪聲功率為：（8.3）式中，B為接收系統(tǒng)的等效帶寬。468.3.1衛(wèi)星線路的噪聲和干擾8.3.2衛(wèi)星線路接收機載噪比C/N與G/T值的計算接收機輸入端的載波功率C如不特殊說明，把通信衛(wèi)星或地球站的接收機輸入端的載波功率稱為載波接收功率，記為C。如果把自由空間傳播損耗以外的其他損耗也考慮到一起，如圖8-15所示，由式(5.7)變形可得式中，47用分貝值表示時為式中，式中，[EIRP]為發(fā)射系統(tǒng)的有效全向輻射功率（dBW）；[GT]為發(fā)射天線增益(dB)；[GR]為接收天線增益(dB)；[Lp]為自由空間傳播損耗(dB)；[La]為大氣引起的損耗(dB)；[Lt]為發(fā)射饋線的損耗(dB)；[Lr]接收饋線的損耗(dB)；[LR]為其他損耗(dB)。488.3.2衛(wèi)星線路接收機載噪比C/N與G/T值的計算例8-1在IS-IV號衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，一個傳送1872路C波段模擬電話的調(diào)頻載波衛(wèi)星與地球站之間的發(fā)送和接收機接收，其衛(wèi)星有效全向輻射功率[EIRP]S=34.2dBW，接收天線增益[GR]S=16.7dB。又知道某地球站發(fā)射天線增益[GT]E＝63.1dB，發(fā)送饋線損耗[Lt]E＝0.4dB，發(fā)射機輸出功率PTE=3.9kW，地球站接收天線增益[GR]E=60.0dB，接收饋線損耗[Lr]E=0.05dB。設[Lp]U=200.05(dB),

[Lp]D=196.53(dB)，試計算衛(wèi)星接收機輸入端的載波接收功率[CR]S和地球站接收機輸入端的載波接收功率[CR]E。498.3.2衛(wèi)星線路接收機載噪比C/N與G/T值的計算圖8-15衛(wèi)星通信傳輸線路功率分配示意圖解：由式（8.6），地球站有效全向輻射功率為

[EIRP]E=[PT]E+[GT]E=10lg3900+63.1=99（dBW）

利用式（8.5），忽略La，LR及Lrs，則衛(wèi)星接收機輸入端的載波功率[CR]S=[EIRP]E+[GR]S-[Lt]E-[Lp]U=99+16.7-0.4-200.05=-84.75（dBW）利用式（8.5），忽略La、LR及Lts，則地球站接收機輸入端的載波功率[CR]E=[EIRP]S+[GR]E-[Lr]E-[Lp]D=34.2+60-0.05196.53=-102.38（dBW）

508.3.2衛(wèi)星線路接收機載噪比C/N與G/T值的計算接收機輸入端的載噪比計算由式（8.3）可知，接收機輸入端等效噪聲功率N為式中，k為波爾茲曼常數(shù)，Tr為接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度，B為接收系統(tǒng)的等效帶寬，所以接收機輸入端的載噪比為用分貝值表示，式（8-8）為，518.3.2衛(wèi)星線路接收機載噪比C/N與G/T值的計算進一步可以寫為為了方便起見，記為528.3.2衛(wèi)星線路接收機載噪比C/N與G/T值的計算8.98.10由式(8.9)可以看出，G/T值的大小，直接關系到衛(wèi)星接收性能的好壞，且還可以不必考慮帶寬，故把G/T稱為衛(wèi)星接收機性能指數(shù)，也稱為衛(wèi)星接收機的品質(zhì)因數(shù)。G/T值越大，C/N越大，衛(wèi)星接收機的性能越好。對于不同的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，對G/T的要求有所不同。衛(wèi)星移動通信的地面移動終端天線增益通常1-2dB，G/T值為（-22~-23）dB/K左右。又因為所以，將式（8.9）寫成常用形式538.3.2衛(wèi)星線路接收機載噪比C/N與G/T值的計算上行和下行線路的載噪比的計算對于上行線路，若用表示載噪比，有：

式中，為地球站實際有效全向輻射功率；[GR]S為衛(wèi)星接收天線增益；[L]為上行線路傳輸損耗（以自由空間傳播損耗為主，同時包括收發(fā)系統(tǒng)饋線損耗，大氣、降雨、跟蹤誤差、極化失配等其他各種損耗）；為衛(wèi)星接收系統(tǒng)的噪聲溫度；

為衛(wèi)星接收系統(tǒng)的帶寬，k為玻爾茲曼常數(shù)。548.3.2衛(wèi)星線路接收機載噪比C/N與G/T值的計算前面已經(jīng)得出了載噪比C/N的表示式，但是，它都是接收系統(tǒng)帶寬B的函數(shù)，因此缺乏一般性，對不同帶寬的接收系統(tǒng)，其性能不便于描述，若改用C/T值表示，即：用分貝表示：若考慮整個衛(wèi)星線路時，衛(wèi)星線路等效噪聲溫度T不僅要考慮接收系統(tǒng)下行線路的熱噪聲溫度TD，還包括上行線路噪聲溫度TU和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的交調(diào)噪聲溫度Ti，也就是式（8.16）中的T應理解為是上述三部分噪聲之和，即：

T＝TD+TU+Ti

558.3.3衛(wèi)星傳輸線路的C/T計算8.16熱噪聲對上、下行線路C/T值的影響（1）單載波上行線路的C/T值根據(jù)式（8.16），可以求得[C/T]U為：將式（8.13）代入式（8.17）可得：568.3.3衛(wèi)星傳輸線路的C/T計算（2）多載波上行線路的C/T值在頻分多址的系統(tǒng)中，一個轉(zhuǎn)發(fā)器常常要同時放大多個載波。為了減小因交擾調(diào)制所產(chǎn)生的噪聲，需要使總的輸入信號功率比單載波時的飽和值減小一些，即進行輸入負補償，使轉(zhuǎn)發(fā)器工作在線性部分。這就要求各地球站所發(fā)射的有效全向輻射功率[EIRP]總和應比單波工作使轉(zhuǎn)發(fā)器飽和時對應地球站所發(fā)射的[EIRP]要小一個輸入補償值[BO]i。若用[EIRP]gs表示地球站在單波工作時的數(shù)值，那么多載波工作時的數(shù)值為：[EIRP]gM=[EIRP]gs－[BO]i

（8.19）578.3.3衛(wèi)星傳輸線路的C/T計算將式（8.19）代入式（8.18），與之相應的[C/T]U值用[C/T]UM表示，即：與上行線路類似，下行線路的C/T值為：衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的發(fā)射[EIRP]要減小一個補償值[BO]o若用[EIRP]SS表示衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器在單波工作時的數(shù)值，那么多載波工作時的數(shù)值為：[EIRP]SM＝[EIRP]SS－[BO]o

588.3.3衛(wèi)星傳輸線路的C/T計算8.208.218.228.23交調(diào)噪聲對C/T值的影響在采用FDMA方式的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，若轉(zhuǎn)發(fā)器中輸出行波管工作在大信號的非線性區(qū)時，將會在放大多個不同頻率的載波時產(chǎn)生交調(diào)噪聲，并象熱噪聲那樣會影響信息的傳輸質(zhì)量。不難想象，當輸出補償[BO]o的數(shù)值發(fā)生變化時，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的[EIRP]SM會同時發(fā)生變化，這不但要影響到[C/T]DM值，還將影響載波功率與交調(diào)噪聲功率比值[C/T]IM值。其關系如圖8-16所示。598.3.3衛(wèi)星傳輸線路的C/T計算對于交