卫星通信第3章V3剖析ppt课件.ppt

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1、第三章第三章 卫星卫星(wixng)链路传输链路传输工程工程3.1 链路传播特性链路传播特性 3.2 卫星卫星(wixng)移动通信链路特性移动通信链路特性3.3 天线的方向性和电极化问题天线的方向性和电极化问题3.4 噪声与干扰噪声与干扰3.5 基本卫星基本卫星(wixng)链路分析链路分析1第一页，共121页。3.1 链路传播链路传播(chunb)特特性性无线电链路设计分段无线电链路设计分段(fn dun)地球站地球站 卫星链路卫星链路（或上行链路）（或上行链路）卫星卫星卫星卫星 地球站地球站（或下行链路）（或下行链路）2第二页，共121页。用于从信号用于从信号(xnho)始发站到终点站的

2、无线电链路划分始发站到终点站的无线电链路划分 3第三页，共121页。3.1 链路传播链路传播(chunb)特性特性（续）（续）星际星际(xngj)链路：只考虑自由空间传链路：只考虑自由空间传播损耗播损耗星星-地链路：由自由空间传播损耗和近地地链路：由自由空间传播损耗和近地大气的各种影响所确定大气的各种影响所确定4第四页，共121页。热层（热电离层）（热层（热电离层）（Thermosphere）80-500 km中间层中间层（Mesosphere）50-80 km 平流层平流层（Stratosphere）16-50 km对流层对流层（Troposphere）7-16 km外逸层（外逸层（Exos

3、phere）500-64,374 km5第五页，共121页。3.1 链路传播链路传播(chunb)特性特性（续）（续）卫星通信的电波途经卫星通信的电波途经对流层（含云层和雨层）对流层（含云层和雨层）平流层平流层电离层电离层外层空间外层空间(wi cn kn jin)(wi cn kn jin)跨越距离大，影响电波传播的因素很多跨越距离大，影响电波传播的因素很多6第六页，共121页。传播问题传播问题物理原因物理原因主要影响主要影响衰减和天空噪声增加衰减和天空噪声增加大气气体、云、雨大气气体、云、雨大约大约10GHz以上频率以上频率信号去极化信号去极化雨、冰结晶体雨、冰结晶体C和和Ku频段的双极化

4、系统频段的双极化系统（取决于系统结构）（取决于系统结构）折射和大气多径折射和大气多径大气气体大气气体低仰角跟踪和通信低仰角跟踪和通信信号闪烁信号闪烁对流层和电离层对流层和电离层折射扰动折射扰动对流层：低仰角和对流层：低仰角和10GHz以上频率以上频率电离层：电离层：10GHz以下频率以下频率反射多径和阻塞反射多径和阻塞地球表面及表面上物体地球表面及表面上物体卫星移动业务卫星移动业务传播延迟、变化传播延迟、变化对流层和电离层对流层和电离层精确的定时、定位、精确的定时、定位、TDMA系统系统卫星通信系统的传播卫星通信系统的传播(chunb)问题问题7第七页，共121页。卫星通信卫星通信(wixng

5、 tngxn)系统系统的主要技术参数的主要技术参数等效全向辐射等效全向辐射(fsh)功率（功率（EIRP）定义定义地球站或卫星的天线发射的功率地球站或卫星的天线发射的功率P与该天线增与该天线增益益G的乘积。的乘积。EIRP=PG 表明了定向天线在最大辐射表明了定向天线在最大辐射(fsh)方向实际所辐射方向实际所辐射(fsh)的功率的功率 EIRP用用dBW单位单位(dnwi)来表示，即有：来表示，即有：EIRP(dBW)=10 lg GT+10 lg PT 或或 EIRP(dBW)=P(dBW)+G(dB)8第八页，共121页。卫星通信卫星通信(wixng tngxn)系统的主系统的主要技术参

6、数（续）要技术参数（续）噪声温度（噪声温度（Te）定义：将噪声系数折合定义：将噪声系数折合(zhh)为电阻元件在相当于某温度下的为电阻元件在相当于某温度下的热噪声，温度以绝对温度热噪声，温度以绝对温度K计。噪声温度（计。噪声温度（Te）与噪声系数）与噪声系数(NF）的）的关系为：关系为：NF=10lg(1+Te/290)dB品质因数（品质因数（G/Te）定义：天线增益与噪声温度的比值。定义：天线增益与噪声温度的比值。G/Te=G(dB)-10lgTe(dB/K)9第九页，共121页。卫星通信系统中的天线增益可以卫星通信系统中的天线增益可以(ky)按下式进按下式进行计算行计算式中式中 A：天线：

7、天线(tinxin)口面的有效面积口面的有效面积(m2)：工作波长（：工作波长（m）：天线：天线(tinxin)效率效率 Ae：接收天线：接收天线(tinxin)有效面积有效面积其中其中 =c/f，c为光速，取值为为光速，取值为3108(m/s)天线天线(tinxin)增益的计算增益的计算公式公式10第十页，共121页。l例：计算频率为例：计算频率为6GHz时，口径时，口径(kujng)3m的抛的抛物面天线的增益。（天线效率为物面天线的增益。（天线效率为0.55）解：根据解：根据(gnj)11第十一页，共121页。3.1.1 3.1.1 星星-地链路传播地链路传播(chunb)(chunb)特

8、性特性 卫星通信的电波在传播中要受到损耗，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、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动通信系统还会因为受到某种阴影遮蔽(例如例如(lr)(lr)树木、建筑物的遮挡等树木、建筑物的遮挡等)而增加额外的而增加额外的损耗，固定业务卫星通信系统则可通过适当损耗，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。选址避免这一额外的损耗。12第十

9、二页，共121页。3.1.1 星星-地链路传播地链路传播(chunb)特性（续）特性（续）l自由空间传播损耗自由空间传播损耗(snho)l 自由空间电波传播是无线电波最基本、最简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，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。为人们研究电波传播提供了一个简化的计算环境。以确定的天线面积在不同距离上接收以确定的天线面积在不同距离上接收(jishu)辐射辐射能量能量R1R2面积A面积A各向同性源13第十三页，共121页。d各向同性源各向同性源功率密度功率密度各向同性各向同性(xin

10、 tn xn)天线天线3.1.1 星星-地链路传播地链路传播(chunb)特性特性（续）（续）14第十四页，共121页。定向增益定向增益(zngy)天线天线接收接收(jishu)天线增益天线增益接收天线接收天线(tinxin)功率功率3.1.1 星星-地链路传播特性（续）地链路传播特性（续）15第十五页，共121页。3.1.2 传输传输(chun sh)方程方程分贝分贝(fnbi)形式表示：形式表示：Pr(dBW)=PT(dBW)+GT(dB)+GR(dB)20 lg(4 d/)传输传输(chun sh)方程方程16第十六页，共121页。3.1.2 传输(chun sh)方程（续）传输方程是设

11、计无线电链路的基础。这个方程描述发传输方程是设计无线电链路的基础。这个方程描述发送地球站发送的射频功率，与接收地球站收到的射频送地球站发送的射频功率，与接收地球站收到的射频信号信号(xnho)功率、传输频率、和发射机到接收机之功率、传输频率、和发射机到接收机之间距离的关系。间距离的关系。17第十七页，共121页。3.1.2 传输传输(chun sh)方程（续）方程（续）l例：卫星例：卫星(wixng)的的EIRP值为值为49.4dBW，计算卫，计算卫星星(wixng)离地面距离为离地面距离为40000km时，地面站的时，地面站的功率密度。功率密度。解：根据解：根据(gnj)式（式（2-1），）

12、，地面站的功率密度为地面站的功率密度为18第十八页，共121页。3.1.3 自由空间传播自由空间传播(chunb)损耗损耗d 为传播距离，为传播距离，为工作波长为工作波长(bchng)，c 为光速，为光速，f 为为工作频率。工作频率。自由空间传播自由空间传播(chunb)损耗损耗Lf 通常用分贝表示，当通常用分贝表示，当d 用用km、f 用用GHz表示时，又可以表示时，又可以表示为表示为19第十九页，共121页。自由空间损耗与传播路径自由空间损耗与传播路径(ljng)长度的关系长度的关系星星-地链路传播地链路传播(chunb)特特性性20第二十页，共121页。l例：卫星和地面站之间的距离为例：

13、卫星和地面站之间的距离为42,000km。计算。计算(j sun)6GHz时的自由空间损耗。时的自由空间损耗。解：根据解：根据(gnj)公式公式Lf=92.44+20lg42000+20lg6=200.46(dB)3.1.3 自由空间传播自由空间传播(chunb)损耗损耗（续）（续）21第二十一页，共121页。3.1.4 链路附加(fji)损耗1.大气吸收损耗大气吸收损耗2.雨衰雨衰3.大气层折射影响大气层折射影响(yngxing)4.电离层闪烁和多径影响电离层闪烁和多径影响(yngxing)22第二十二页，共121页。1.大气吸收损耗大气吸收损耗 在大气各种气体中，水蒸汽、氧气对电波的在大气

14、各种气体中，水蒸汽、氧气对电波的吸收衰减起主要作用。吸收衰减起主要作用。总体上，大气吸收损耗随频率总体上，大气吸收损耗随频率(pnl)的增的增加而增大。加而增大。在在0.3-l0GHz的频段，大气损耗小，适合于的频段，大气损耗小，适合于电波传播，这一频段是当前应用最多的频段。电波传播，这一频段是当前应用最多的频段。30GHz附近也有一个低损耗区。附近也有一个低损耗区。3.1.4 链路附加(fji)损耗（续）23第二十三页，共121页。大气吸收附加损耗与频率大气吸收附加损耗与频率(pnl)的关的关系系l水蒸汽的第一吸收峰在水蒸汽的第一吸收峰在22GHzl氧气氧气(yngq)在在60GHz(358

15、0GHz间间)。l对非常低的水蒸汽密度，衰减可对非常低的水蒸汽密度，衰减可假定与水蒸汽密度成正比。假定与水蒸汽密度成正比。l在在22GHz和和60GHz不宜用于星不宜用于星-地地链路，但可用于星间链路。链路，但可用于星间链路。l总体上，大气吸收损耗随频率的总体上，大气吸收损耗随频率的增加而增大。增加而增大。l在在0.3-l0GHz的频段，大气损耗小，的频段，大气损耗小，适合于电波传播，这一频段是当前适合于电波传播，这一频段是当前应用最多的频段。应用最多的频段。l30GHz附近也有一个低损耗区。附近也有一个低损耗区。24第二十四页，共121页。2、雨衰、雨衰 在雨天或有雾的气象条件下，雨滴和雾对

16、于在雨天或有雾的气象条件下，雨滴和雾对于较高频率（较高频率（10GHz以上）的电波会产生散射和以上）的电波会产生散射和吸收作用，从而引入较大的附加吸收作用，从而引入较大的附加(fji)损耗，称损耗，称为雨衰。为雨衰。3.1.4 链路附加(fji)损耗（续）25第二十五页，共121页。3.1.4 链路附加链路附加(fji)损耗（续）损耗（续）仰角为仰角为的传播路径上的降雨衰减量为：的传播路径上的降雨衰减量为：LR=RlR()R是降雨衰减系数，定义为由雨滴引起的单位是降雨衰减系数，定义为由雨滴引起的单位(dnwi)长度上的衰减，单位长度上的衰减，单位(dnwi)dBkm；lR()是降雨地是降雨地区

17、的等效路径长度，定义为当仰角为区的等效路径长度，定义为当仰角为时传播路径上产时传播路径上产生的总降雨衰减生的总降雨衰减(dB)与对应于地球站所在地降雨强度的与对应于地球站所在地降雨强度的降雨衰减系数比降雨衰减系数比(dBkm)，单位，单位(dnwi)为为km。26第二十六页，共121页。不同不同(b tn)仰角时的雨衰频率特性仰角时的雨衰频率特性27第二十七页，共121页。降雨降雨(jin y)衰减系数的频率特性衰减系数的频率特性28第二十八页，共121页。降雨地区的等效降雨地区的等效(dn xio)路径长度路径长度29第二十九页，共121页。3、大气折射的影响、大气折射的影响(yngxing

18、)大气折射率随着高度的增加、大气密大气折射率随着高度的增加、大气密度的减小而减小，电波射线因折射率随高度的减小而减小，电波射线因折射率随高度变化而产生弯曲，波束上翘一个角度增度变化而产生弯曲，波束上翘一个角度增量。量。大气折射率的变动对穿越大气的电波大气折射率的变动对穿越大气的电波起到一个凹透镜的作用，使电波产生微小起到一个凹透镜的作用，使电波产生微小的散焦衰减，衰减量与频率无关。在仰角的散焦衰减，衰减量与频率无关。在仰角大于大于5度时，散焦衰减小于度时，散焦衰减小于0.2dB。此外，。此外，因大气湍流引起的大气指数的变化，使电因大气湍流引起的大气指数的变化，使电波向各个方向上散射，导致电波到

19、达大口波向各个方向上散射，导致电波到达大口面天线时振幅和相位不均匀分布，引起散面天线时振幅和相位不均匀分布，引起散射衰落，这类损耗较小。射衰落，这类损耗较小。3.1.4 链路附加(fji)损耗（续）30第三十页，共121页。微波信号微波信号(xnho)通过大气层时产生折射通过大气层时产生折射31第三十一页，共121页。4、电离层闪烁和多径、电离层闪烁和多径 电离层内存在电子密度的随机不均匀性而引起电离层内存在电子密度的随机不均匀性而引起闪烁，可使信号产生折射。闪烁，可使信号产生折射。电离层中不均匀体的发生和发展，造成了穿越电离层中不均匀体的发生和发展，造成了穿越其中的电波的散射，使得电磁能量在

20、时空中其中的电波的散射，使得电磁能量在时空中(kngzhng)重新分布，造成电波信号的幅度、相位、重新分布，造成电波信号的幅度、相位、到达角、极化状态等发生短期不规则变化。到达角、极化状态等发生短期不规则变化。对闪烁深度大的地区，用编码、交织、重发等对闪烁深度大的地区，用编码、交织、重发等技术，来克服衰落，减少电离层闪烁的影响；其它技术，来克服衰落，减少电离层闪烁的影响；其它地区可用适当增加储备余量的方法克服电离层闪烁地区可用适当增加储备余量的方法克服电离层闪烁的影响。的影响。3.1.4 链路附加(fji)损耗（续）32第三十二页，共121页。电离层闪烁电离层闪烁(shn shu)(shn s

21、hu)形成多径传播形成多径传播33第三十三页，共121页。3.2 卫星卫星(wixng)移动通信链移动通信链路特性路特性l多径衰落：电波在移动环境中传播时，会遇到各种物多径衰落：电波在移动环境中传播时，会遇到各种物体，经反射、散射、绕射，到达接收天线时，已经体，经反射、散射、绕射，到达接收天线时，已经(y jing)(y jing)成为通过各个路径到达的合成波。各传播成为通过各个路径到达的合成波。各传播路径分量的幅度和相位各不相同，因此合成信号起伏路径分量的幅度和相位各不相同，因此合成信号起伏大，称为多径衰落。大，称为多径衰落。l阴影衰落：电波途经建筑物、树木等时受到阻挡被衰阴影衰落：电波途经

22、建筑物、树木等时受到阻挡被衰减，这种阴影遮蔽对陆地卫星移动通信系统的电波传减，这种阴影遮蔽对陆地卫星移动通信系统的电波传播影响很大。播影响很大。34第三十四页，共121页。地面反射形成地面反射形成(xngchng)(xngchng)的多径传播的多径传播35第三十五页，共121页。3.2 卫星卫星(wixng)移动通信链路移动通信链路特性特性l卫星移动信道的分析模型：经验模型、几何分析模型、卫星移动信道的分析模型：经验模型、几何分析模型、概率分布模型。概率分布模型。l经验模型不能揭示传播过程的物理本质，但可以描述经验模型不能揭示传播过程的物理本质，但可以描述出对重要参数的敏感度；出对重要参数的敏

23、感度；l几何分析模型用几何分析的方法，能预测单个或多个几何分析模型用几何分析的方法，能预测单个或多个散射源的作用散射源的作用(zuyng)(zuyng)，解释衰落机制，但需将结，解释衰落机制，但需将结果扩展到实际的复杂情况；果扩展到实际的复杂情况；l概率分布模型建立了对传播过程的理解，对实际情况概率分布模型建立了对传播过程的理解，对实际情况作了简化假设。下面基于概率模型来描述卫星移动通作了简化假设。下面基于概率模型来描述卫星移动通信信道的电波传播特性。信信道的电波传播特性。36第三十六页，共121页。Rician概率密度函数概率密度函数由建筑物、树木或其它反射物造成的反射波形成的多径信由建筑物

24、、树木或其它反射物造成的反射波形成的多径信号，与直射波信号合成，其信号包络号，与直射波信号合成，其信号包络r(t)服从服从(fcng)Rician分布，相位服从分布，相位服从(fcng)0,2的均的均匀分布，匀分布，r(t)可以表示为：可以表示为：其中其中 和和 为相互为相互(xingh)正交的高斯过程，正交的高斯过程，而参数而参数K称为莱斯因子，它是直射分量的功率与其他称为莱斯因子，它是直射分量的功率与其他多径分量功率之和的比值。多径分量功率之和的比值。37第三十七页，共121页。Rician概率密度函数概率密度函数 r(t)的概率密度函数为 是电压的标准差，2是平均多径功率，I0()是第一

25、类零阶修正贝塞尔函数。Z为直射波分量。定义Rice因子K为直射波功率与平均多径功率的比值，K值反映了多径散射对信号分布(fnb)的影响。38第三十八页，共121页。当信号的直射波分量被树木、输电线或高的地面障碍物所遮蔽时，接收信号的强度r1(t)服从对数高斯(o s)条件下的Rician分布，相位服从0,2的均匀分布，r1(t)可以表示为其中，yc(t)和ys(t)是互为正交的对数高斯过程，其特性由均值 和方差(fn ch)2确定。39第三十九页，共121页。莱斯信道的莱斯因子K和对数正态莱斯信道的均值和方差2都与用户对卫星(wixng)的仰角 有关。在农村树木遮蔽条件下，K、和2可用下面的经

26、验公式进行计算:40第四十页，共121页。经验经验(jngyn)公式（公式（2-13）中的参数值）中的参数值KK0=2.731K1=-0.1074K2=0.002774 0=2.3311=0.11422=-0.0019393=1.04910-5 0=4.51=-0.05 41第四十一页，共121页。不同不同(b tn)(b tn)仰角时接收电平累积分布仰角时接收电平累积分布 42第四十二页，共121页。接收接收(jishu)信号有效性分别为信号有效性分别为90，95和和99%时的余量时的余量43第四十三页，共121页。多普勒频移多普勒频移l在卫星移动通信在卫星移动通信(tng xn)系统中，卫

27、星与地面移动终端之间存在系统中，卫星与地面移动终端之间存在相对运动，因而它们作为发射机或接收机的载体，接收信号相对相对运动，因而它们作为发射机或接收机的载体，接收信号相对于发送信号将产生多普勒频移。分析表明，多普勒频移于发送信号将产生多普勒频移。分析表明，多普勒频移fD可由下可由下式表示式表示其中，其中，V为卫星与用户的相对运动速度为卫星与用户的相对运动速度(sd)，fc为射频频率，为射频频率，C为光速，为光速，为卫星与用户之间的连线与速度为卫星与用户之间的连线与速度(sd)V方向的方向的夹角。夹角。44第四十四页，共121页。3.3 天线天线(tinxin)的方向性和电极的方向性和电极化问题

28、化问题l天线增益(zngy)和方向图l 天线增益(zngy)通常是指最大辐射方向上信号功率增加的倍数，天线方向图可以描述天线在整个空间内辐射功率的分布情况。方向图的主要参数是主瓣的半功率角0.5（单位为度），常称为波束宽度，对于抛物面天线，其近似估算公式为 其中，D为抛物面天线的口面直径，单位为m；N是一个与场分布图在天线口面上的分布规律(gul)有关的常数。当场在天线口面上呈均匀分布时，N=58；当场在天线口面上呈锥形分布时，N=70。锥形分布是指场分布图在天线口面上从中心向四周逐渐减弱的分布，即口面中心的场强最强，而边缘的场强最弱。45第四十五页，共121页。46第四十六页，共121页。为

29、以主瓣中心轴线为参考的方向(fngxing)角；而J1()为第一类一阶贝塞尔函数。对于同相均匀激励的圆口径天线(tinxin)来说，方向图可用下式表示47第四十七页，共121页。泄漏对地面泄漏对地面(dmin)微波系统产生干扰微波系统产生干扰48第四十八页，共121页。l天线的极化隔离l 一般情况下，在一个周期内电场矢量的顶点在垂直于传播方向的平面上的投影为一个椭圆，称为(chn wi)椭圆极化。从天线顺着电波传播方向看，若电场矢量顺时针旋转，称为(chn wi)右旋，若逆时针旋转，称为(chn wi)左旋。l 对于一个椭圆极化波，可以用三个参数来描述它：(1)旋转方向，（2）轴比，（3）倾角

30、（长轴相对于基轴的倾角）。l 49第四十九页，共121页。l圆极化和线极化是椭圆极化的两种特例：轴比为1的极化为圆极化，而轴比为无限大的极化为线极化。任何(rnh)一种极化方式，极化波矢量都可以分解为相互正交的两个分量。对于圆极化波，分解为左旋和右旋两个极化波矢量；对于线极化波，分解为水平极化和垂直极化两个分量。50第五十页，共121页。理论上两个正交极化波是完全隔离的，一个天线可以配理论上两个正交极化波是完全隔离的，一个天线可以配置两个接收置两个接收(jishu)(jishu)或发送端口。每个端口只与一个极化波或发送端口。每个端口只与一个极化波匹配，而与另一个极化波正交。匹配，而与另一个极化

31、波正交。在卫星通信系统中，由于实际收、发设备的误差以及电在卫星通信系统中，由于实际收、发设备的误差以及电波传播过程中降雨的去极化作用等因素的影响，发送波的极波传播过程中降雨的去极化作用等因素的影响，发送波的极化方向与接收化方向与接收(jishu)(jishu)端所要求的极化方向有误差，这将引端所要求的极化方向有误差，这将引起两个结果：首先，接收起两个结果：首先，接收(jishu)(jishu)的正交分量将有泄漏、并的正交分量将有泄漏、并对匹配接收对匹配接收(jishu)(jishu)的有用信号形成干扰；其次，匹配接收的有用信号形成干扰；其次，匹配接收(jishu)(jishu)信号将因误差而有

32、所减小，称为极化损耗。信号将因误差而有所减小，称为极化损耗。51第五十一页，共121页。由馈源喇叭由馈源喇叭(l b)形成的垂直和水平极化波形成的垂直和水平极化波电波传播(chunb)方向电波(din b)传播方向52第五十二页，共121页。3.4 噪声噪声(zoshng)与干扰与干扰系统热噪声系统热噪声宇宙噪声宇宙噪声外部环境干扰外部环境干扰(gnro)其他干扰其他干扰(gnro)53第五十三页，共121页。系统系统(xtng)热噪声热噪声l等效噪声温度等效噪声温度l 热噪声：只要传导媒质热噪声：只要传导媒质(mizh)(mizh)不处于绝对温度不处于绝对温度的零度，其中的带电粒子就存在随机

33、运动，产生对信号形的零度，其中的带电粒子就存在随机运动，产生对信号形成干扰的噪声，称为热噪声。成干扰的噪声，称为热噪声。l 噪声功率谱密度噪声功率谱密度n0n0：其中，其中，k为波耳兹曼常数，为波耳兹曼常数，1.3810-23J/K；T为噪声源的噪声温度，单位为为噪声源的噪声温度，单位为K。噪声的功率。噪声的功率(gngl)谱密度与频率无关，为白噪声。谱密度与频率无关，为白噪声。网络输出噪声功率网络输出噪声功率(gngl)No：其中，其中，To是输入匹配电阻的噪声温度是输入匹配电阻的噪声温度，Te称为网络的等效噪声温度称为网络的等效噪声温度，A为网络增益，为网络增益，B为网络的带宽。为网络的带

34、宽。54第五十四页，共121页。等效等效(dn xio)噪声温度噪声温度与噪声系数与噪声系数l天线噪声温度：天线噪声温度是衡量通过天线进入接收机的天线噪声温度：天线噪声温度是衡量通过天线进入接收机的噪声量的一个指标，通过对所有来自外部噪声源的噪声分量噪声量的一个指标，通过对所有来自外部噪声源的噪声分量进行积分求得。进行积分求得。l噪声温度：随着损耗的增加，辐射噪声也相应增加。大气对噪声温度：随着损耗的增加，辐射噪声也相应增加。大气对地球站天线噪声温度的影响可以地球站天线噪声温度的影响可以(ky)用下式计算：用下式计算：其中，其中，Ts为天线为天线(tinxin)接收到的天电噪声温度（接收到的天

35、电噪声温度（K）；）；Tm为传播媒质的有效温度（为传播媒质的有效温度（K）；）；L为路径损耗（为路径损耗（dB）。）。55第五十五页，共121页。l噪声系数噪声系数NF：定义为输入：定义为输入(shr)信噪比与输出信噪比的比值信噪比与输出信噪比的比值。网络的等效网络的等效(dn xio)噪声温度噪声温度Te可以表示为：可以表示为：等效等效(dn xio)噪声温度与噪声温度与噪声系数噪声系数56第五十六页，共121页。有耗无源网络有耗无源网络(馈线馈线(ku xin)等等)的等的等效噪声温度效噪声温度 在输入、输出端匹配的情况下，输出端负载在输入、输出端匹配的情况下，输出端负载(fzi)(fzi

36、)得到的噪声功率得到的噪声功率NoNo为为同时输出同时输出(shch)噪声功率还可以表示为输入噪声功率对输出噪声功率还可以表示为输入噪声功率对输出(shch)的的贡献，加上网络内部噪声对输出贡献，加上网络内部噪声对输出(shch)的贡献。假设无源网络的损耗为的贡献。假设无源网络的损耗为LF，增益为，增益为A=1/LF。则网络输出。则网络输出(shch)噪声功率为：噪声功率为：等效噪声温度（特指损耗等效噪声温度（特指损耗LF的温度，的温度，Te改用改用TF表示表示)为：为：无源有耗网络的噪声系数为无源有耗网络的噪声系数为57第五十七页，共121页。级联网络级联网络(wnglu)的等效噪声温的等效

37、噪声温度度 n个级联网络的输出噪声功率个级联网络的输出噪声功率(gngl)分别为：分别为：其中，其中，T为输入端噪声温度为输入端噪声温度。A1,A2,An 和和Te1,Te2,Ten 级级联的联的n个网络个网络(wnglu)的增益和等效噪声温度的增益和等效噪声温度。n级网络输出噪声功率为：级网络输出噪声功率为：A1A2An输出输入58第五十八页，共121页。n级网络的输出级网络的输出(shch)噪声功率也可以表示为：噪声功率也可以表示为：其中其中(qzhng)，A0=1。59第五十九页，共121页。n级网络级网络(wnglu)总的等效噪声温总的等效噪声温度为：度为：各级网络的内部噪声对总的等效

38、各级网络的内部噪声对总的等效(dn xio)噪声温度的贡献均要折噪声温度的贡献均要折算到系统的输入端，第算到系统的输入端，第k级网络内部噪声对总的等效级网络内部噪声对总的等效(dn xio)噪声温度噪声温度的贡献为：的贡献为：60第六十页，共121页。一个由一个由n级放大器级联而成的网络，其等效级放大器级联而成的网络，其等效(dn xio)噪声温度噪声温度也可以表示为：也可以表示为：n级级联网络级级联网络(wnglu)的噪声系数为：的噪声系数为：其中其中(qzhng)，Fn是第是第n级放大器的噪声系数。级放大器的噪声系数。61第六十一页，共121页。例：例：两个放大器级联，每个有两个放大器级联

39、，每个有10dB的增益，噪声温度的增益，噪声温度200K，计算，计算总增益和相对总增益和相对(xingdu)输入的等效噪声温度。输入的等效噪声温度。解：总增益解：总增益(zngy)为：为：G=G1+G2=20(dB)，而相对输入的等效噪声温度为：而相对输入的等效噪声温度为：62第六十二页，共121页。宇宙宇宙(yzhu)噪声噪声宇宙噪声来自于外层空间宇宙噪声来自于外层空间(kngjin)(kngjin)星体的热气体在星际空星体的热气体在星际空间间(kngjin)(kngjin)的辐射，其中最主要的噪声干扰源来自太阳。的辐射，其中最主要的噪声干扰源来自太阳。太阳寂静期的噪声温度（天线太阳寂静期的

40、噪声温度（天线(tinxin)(tinxin)增益增益53dB53dB）63第六十三页，共121页。其他其他(qt)干扰干扰 卫星通信系统内的其他噪声卫星通信系统内的其他噪声(zoshng)(zoshng)干扰主要包括系统干扰主要包括系统间干扰、共道干扰、互调干扰、交叉极化干扰等。间干扰、共道干扰、互调干扰、交叉极化干扰等。系统间干扰：如卫星通信系统与地面微波通信系统之间的干扰系统间干扰：如卫星通信系统与地面微波通信系统之间的干扰共信道干扰：为了充分利用频率资源，常采用空间频率复用技术，共信道干扰：为了充分利用频率资源，常采用空间频率复用技术，相同频道可能分配在指向不同地区的两个波束覆盖区，但

41、波束相同频道可能分配在指向不同地区的两个波束覆盖区，但波束间的隔离往往并不十分理想，从而产生共信道干扰。间的隔离往往并不十分理想，从而产生共信道干扰。交叉极化干扰：为了充分利用频率资源，卫星通信系统常采用极交叉极化干扰：为了充分利用频率资源，卫星通信系统常采用极化隔离频率复用技术，即两个波束的指向区域可能是重叠的并化隔离频率复用技术，即两个波束的指向区域可能是重叠的并且使用相同的频率，通过使用不同的极化方式来实现信号间的且使用相同的频率，通过使用不同的极化方式来实现信号间的隔离。由于极化的不完全正交可能造成干扰，即能量从一种极隔离。由于极化的不完全正交可能造成干扰，即能量从一种极化状态耦合到另

42、一种极化状态引起的干扰。这也是一种共道干化状态耦合到另一种极化状态引起的干扰。这也是一种共道干扰。扰。互调干扰：当转发器用于转发多载波信号时，总是希望转发器有互调干扰：当转发器用于转发多载波信号时，总是希望转发器有较高的功率效率，但高效率的功放可能产生较明显的非线性，较高的功率效率，但高效率的功放可能产生较明显的非线性，使各载波信号之间形成互调干扰。使各载波信号之间形成互调干扰。64第六十四页，共121页。3.5 基本基本(jbn)卫星链路分析卫星链路分析就一定的信息比特率而言，欲达到要求就一定的信息比特率而言，欲达到要求的信息传输质量，需要在信号调制类型的信息传输质量，需要在信号调制类型和卫

43、星链路的载噪比之间加以折衷和卫星链路的载噪比之间加以折衷(zhzhng)。卫星链路的载噪比是本章。卫星链路的载噪比是本章讨论的重点。讨论的重点。65第六十五页，共121页。3.5.1 上行载噪比计算上行载噪比计算(j sun)(透明转发器透明转发器)基本基本(jbn)卫星链路卫星链路(睛天，卫星转发器是透明型睛天，卫星转发器是透明型)66第六十六页，共121页。发射机接收机发射天线接收天线自由空间传播PtPrLtLrGtGrLf基本卫星链路单元与传输基本卫星链路单元与传输(chun sh)方程方程 Pt -Lt+Gt-Lf+Gr-Lr=Pr67第六十七页，共121页。地球站发射地球站发射(fs

44、h)载波载波 s(t)功率功率EIRP上行上行(shngxng)自由空间自由空间传播损耗传播损耗 LpU68第六十八页，共121页。卫星接收载波卫星接收载波(zib)功功率率 CU式中式中L为天线跟踪为天线跟踪(gnzng)损耗和大气衰损耗和大气衰减之和减之和上行上行(shngxng)噪声功率噪声功率NU69第六十九页，共121页。上行上行(shngxng)载噪比为：载噪比为：70第七十页，共121页。用分贝表示(biosh)的上行载噪比：式中式中EIRP地球站有效全向辐射功率地球站有效全向辐射功率 LpU上行链路自由空间传播损耗上行链路自由空间传播损耗 LmU最坏情况下上行链路附加损耗最坏情

45、况下上行链路附加损耗 GU卫星接收天线卫星接收天线(tinxin)增益增益 TU卫星接收系统噪声温度（卫星接收系统噪声温度（K）B卫星转发器带宽卫星转发器带宽 k波尔兹曼常数波尔兹曼常数71第七十一页，共121页。按物理按物理(wl)意义用分贝数写出下行链路载噪比意义用分贝数写出下行链路载噪比为：为：式中式中EIRPs卫星卫星(wixng)有效全向辐射功率有效全向辐射功率 LpD下行链路自由空间传播损耗下行链路自由空间传播损耗 LmD最坏情况下下行链路附加损耗最坏情况下下行链路附加损耗 GE地球站接收天线增益地球站接收天线增益 T地球站接收系统噪声温度（地球站接收系统噪声温度（K）B地球站信道

46、滤波器带宽地球站信道滤波器带宽 k波尔兹曼常数波尔兹曼常数 3.5.2 下行(xixng)载噪比计算 72第七十二页，共121页。地球站接收地球站接收(jishu)噪声温度噪声温度的构成的构成式中式中TD下行下行(xixng)链路噪声温度链路噪声温度 TU上行链路噪声温度上行链路噪声温度 TI卫星系统噪声温度卫星系统噪声温度地球站接收噪声地球站接收噪声(zoshng)的构成的构成 3.5.2 下行载噪比计算（下行载噪比计算（2）73第七十三页，共121页。3.5.2 下行下行(xixng)载噪比计算载噪比计算（3）设设 为卫星为卫星(wixng)重发载波重发载波 时时的的EIRP，则有：，则有

47、：或或 74第七十四页，共121页。忽略忽略(hl)卫星卫星本身的噪声，在接收地球站，卫星卫星本身的噪声，在接收地球站，合成噪声功率为：合成噪声功率为：3.5.3 总的载噪比计算总的载噪比计算(j sun)75第七十五页，共121页。整个整个(zhngg)(zhngg)卫星链路载噪比卫星链路载噪比 3.5.3 总的载噪比计算总的载噪比计算(j sun)（2）76第七十六页，共121页。3.5.3 总的载噪比计算总的载噪比计算(j sun)（3）链链路总载噪比为：路总载噪比为：考虑考虑(kol)卫星卫星本身的噪声时链路总载噪比为：卫星卫星本身的噪声时链路总载噪比为：77第七十七页，共121页。3

48、.5.4 链路余量链路余量(y lin)由由 推得推得同理可得同理可得门限值门限值实际实际(shj)链路的载噪比要高于门限链路的载噪比要高于门限值值78第七十八页，共121页。链路余量增加方式：链路余量增加方式：上式右端增加一项上式右端增加一项(C/T)p(C/T)p作为作为(zuwi)(zuwi)系统的余量系统的余量 规定链路实际信噪比高于门限信噪比规定链路实际信噪比高于门限信噪比3.5.4 链路余量链路余量(y lin)（2）79第七十九页，共121页。3.5.4 链路余量链路余量(y lin)（3）链路预算的任务有两类：链路预算的任务有两类：在选定空间转发器和地球站设备的情况下，验证系统

49、能否满足在选定空间转发器和地球站设备的情况下，验证系统能否满足用户的使用要求；用户的使用要求；在已知空间站或地球站部分参数的条件下，根据实际应用的技在已知空间站或地球站部分参数的条件下，根据实际应用的技术要求，确定对设备另一部分指标的要求，如地球站天线尺寸、术要求，确定对设备另一部分指标的要求，如地球站天线尺寸、接收机噪声接收机噪声(zoshng)(zoshng)性能等。性能等。余量考虑因素余量考虑因素 雨衰雨衰 大气衰耗大气衰耗 天线指向天线指向(zh xin)(zh xin)和跟踪误差引起的损耗和跟踪误差引起的损耗 多径衰落多径衰落 设备不理想设备不理想80第八十页，共121页。例：假设卫

50、星链路的传播损耗为例：假设卫星链路的传播损耗为200dB，余量和其它，余量和其它损耗总计为损耗总计为 3dB，接收机的，接收机的G/T值为值为11dB/K，EIRP值为值为45dBW。计算系统。计算系统(xtng)接收到的接收到的C/N值。值。（假设带宽为（假设带宽为36MHz）解：解：计算计算(j sun)举例举例81第八十一页，共121页。例：例：载波频率载波频率12GHz，自由空间损耗，自由空间损耗206dB，天线指向损耗，天线指向损耗1dB，大气损耗，大气损耗2dB，接收机的，接收机的G/T值为值为19.5dB/K，接收机，接收机馈线馈线(ku xin)损耗损耗1dB。EIRP为为48