链路计算的基本概念和计算公式.pdf-资料库

1 有关链路计算的基本概念和计算公式 1.1 自由空间传播损耗（1）其中，d（m）为收发之间的距离；λ（m）是电磁波的波长。通常用分贝来计算，即当用 d（m）、λ（m）表示时，可用下式：当用 d（km）、f（GHz）表示时，可用下式： 1.2 天线增益和效率（dB）（dB）（dB）喇叭天线、抛物面天线、微带天线和阵列天线等面天线，他们的增益可按下式计算：（2）式中，A 是天线口面的有效面积（m2），λ是工作波长（m）,η是天线效率。天线效率表示天线的有效面积占实际面积的百分比，它是降低天线增一的若干因子的乘机，即： η=η1×η2×η3×η4 （3）其中η1表示天线的照度效率，η2表示泄漏损失，η3表示表面损伤，η4 其它各种影响天线效率的因素。实际计算天线效率的时，一般选择 65%左右。 1.3波束宽度对于抛物面天线，其半功率点波束宽度约为（4）其中，D 为抛物面天线的口面直径（m），N 是一个与场分布图在天线口面上的 24dLf821034lg204lg10dfdLffdLflg20lg2022fdLflg20lg2045.9224AG)(21DN

分布规律有关的常熟，具体值为： N≈58 （均与分布） N≈70（锥形分布）卡塞格伦天线和格里高天线一般采用锥形分布。对于直接辐射的阵列天线，N 取 65 左右。 1.4 有效全向辐射功率它代表发射系统的发射能力，指的是天线所发射的功率 PT 与该天线的发射增益 GT的乘积，即 1.5 功率通量密度 (W) （5）它表示的是发射功率经过空间传播到达接收点后，在单位面积内的功率，即（W/m2）（6） d 为自由空间传播距离（m）。 1.6 接收信号功率接收天线的有效面积为 A•η,则接收到的功率 PR为：（7）其中，GR 和 GT 分别是接收天线的接收增益和发射天线的发射增益，Lf 是自由空间传播损耗。 2 噪声 2.1.1 热噪声 2.1.2 噪声系数一个有源器件的噪声系数 F 定义为输入端和输出端的信号噪声功率比的比值，即：（8） TTGPEIRP24/dGPWTTEfRTTRTTTTERLGGPdGGPdAGPAWP2244nioooiiBGkTNNPNPF//

其中，k 是波尔兹曼常数（=1.38054×10-23 焦耳/K），G 为该器件在给定频带上的功率放大倍数；Pi 为输入信号功率；Ni=kTiBn 输入噪声功率；Ti 是以 K 为单位的环境温度；Po=GPi,为输出信号功率，No 为输出噪声功率。如果认为该器件新增的噪声功率为ΔN，则总的输出功率可表示为：噪声系数为，（9） 2.1.3 等效噪声温度一个有源器件的输出噪声功率为ΔN，等效噪声温度为 Te，则有：由式（ 9 ）可得：，当环境温度等于 290K 时，。 2.1.4 有耗无源网络的等效噪声温度和噪声系数定义损耗因子 L 为：（10）（11）则等效噪声温度可表示为： 2.2 天线噪声卫星天线是对着物理温度约为 300K 的地球，因此，其噪声温度接近此值。实际中其值要小于 300K。大气对地球站天线噪声温度的影响可用下式来计算：（12）其中，Ts 为天线接收到的天电噪声温度（K）；A 为路径损耗（dB）；Tm 为传播媒质的有效温度（K）。当损耗值已知且频率低于 60MHz 时，可以使用下面的有效温度来获得天线噪声温度的上限： NBGkTNGNNniionininiBGkTNBGkTNBGkTF1niBGkTNieTTF11290290/1FTTFee或oiPPL/LTTie/1110/101AmsTT

Tm=280K 对于云 Tm=260K 对于雨 2.3 接收系统噪声温度将所有噪声源的噪声温度都折算到低噪声放大器输入端后相加的系统噪声温度可用下式来计算：（13）其中，Ti 为环境噪声温度（通常假定为 290K）；TA 为天线噪声温度；L 为天线到低噪放之间的衰减量；Tr 为接收机有效噪声温度，它是把接收机内部所有器件的噪声温度按照级联网络的等效噪声温度计算式得到的 2.4 互调噪声减小互调噪声主要有以下措施： a) 采用适当的补偿； b) 采用能量扩散信号； c) 载波不等间隔排列； d) 利用幅度和相位预失真修正行波管放大器（TWTA）的特性。 3 干扰 3.1 邻道干扰（AGI）产生邻道干扰的原因主要有两个： a) 相邻信道间隔太小和滤波不完全造成的。 b) 其它站的寄生发射。 3.2 共信道干扰（CCI）对于采用空间频率复用技术的卫星移动通信系统来说，其共信道干扰主要来自下面三种情况： a) 大部分卫星移动通信系统都使用多点波束技术，因此，同一卫星的相邻点波束之间或多或少总会有相互干扰，这种现象在点波束的边缘区域尤其明显； b) 对于采用非 GSO 的、要求连续覆盖服务区域的卫星移动通信系统来说，总有一段时间会出现两颗卫星或多颗卫星重叠覆盖同一区域的事件，此时，也必然存在临近卫星之间的相互干扰问题； riAsTLTLTT/11/

c) 对于采用极轨道的卫星移动通信系统来说，卫星会在地球两极区域集中，产生非常严重的卫星之间的相互干扰。为减小共信道干扰，通常采用下列措施： a) 波束关闭：当两个波束重叠时关闭其中一个波束； b) 轨道面内频率分离：同一轨道面内的相邻卫星使用不同的频率； c) 轨道面间频率分离：相邻轨道面上的卫星使用不同的频率。 3.3 交叉极化干扰（CPI）由于极化的不完全正交造成的干扰称为交叉极化干扰。若卫星和地球站天线的交叉极化鉴别度分别为 XPDS 和 XPDE，则卫星链路上由于天线引起的最小净交叉极化鉴别度为： 3.4 码间串扰根据奈奎斯特准则，对于数据率为 R(bit/s)、占用信道带宽不小于 R/2(Hz)的线性信道，其码间串扰是可以消除的。 3.5 同频干扰同频干扰是指所有落在接收机同带内的、与有用信号频率相同或相近的无用信号所产生的干扰，其中除了共信道干扰和交叉极化干扰之外，还包括邻近卫星通信系统和地面通信系统的同频干扰。对于地面通信系统的干扰，通常采用限制双方发送功率的办法来降低这种同频干扰。 3.6 近端对远端比干扰如果两个移动台以相同的频率和发射功率工作，则基站接收远端来的信号会被近端移动台的信号淹没而产生所谓的近端对远端比干扰，又叫远近效应。影响通信系统“远近效应”的主要有四个因素： a) 用户在波束覆盖区内所处的位置； b) 卫星在轨道上的高速运动； c) 相互独立的衰落过程； d) 突发遮挡。 11121)(SEantennaXPDXPDXPD

3.7 多址访问干扰（MAI）在 CDMA 系统中，许多信道采用不同的地质码分割，且采用同一载频，对某一用户而言，所有其他用户的信号都是干扰，因此，CDMA 系统是个自干扰系统。各个用户的地址码一般不可能是完全正交的，因此，相邻用户之间必然存在必然存在相关作用，任何一个信道将受到其他不同地址码信道的干扰，即多址访问干扰。解决多址访问干扰的办法主要有： a) 采用正交地址码； b) 进行功率控制，减小“远近效应”； c) 采用干扰抵消技术。 4 载波与噪声加干扰功率比 4.1 载波与噪声功率比的计算如果假定接收功率为 C ，N 噪声功率为，则 C 和 N 可分别用下面的等式来计算： (14) (15) 其中： PT 为发送方的发送功率； GT 发送方的天线增益； GR 接收方的天线增益； EIRP 为发送方的有效全向辐射功率； Lf 为自由空间传播损耗； T 为接收系统总的等效噪声温度； K 为波尔兹曼常数； Bn 接收信号带宽。于是，载噪比可用（C/N）下式计算： (16) fRfRTTLGEIRPLGGPCnkTBNnfRnfRBkLTGEIRPBTkLGEIRPNC//

用对数表示，则上式可表示为： (dB) (17) 由于[k]=10log(k)=-228.6dBW/K，所以实际使用中的载波噪声功率比常写为： (dB) (18) 为了运算方便，常采用载波功率与等效噪声功率谱密度之比值（C/no）或载波功率与等效噪声温度之比值(C/T)，如下面所示：（dB-Hz） (19) (dBW/K) (20) (21) 它们之间的关系是：其中噪声功率谱密度可表示为： (22) 4.2 载波与干扰功率比的计算 4.3 载波与噪声加干扰功率比的计算 5 卫星和移动站之间相对几何关系及若干传播参数对于采用圆轨道的卫星移动通信系统，若卫星轨道高度为 h，地球半径为 Re (km) ，则卫星的轨道周期和运动速度分别为： (s) (23) (km/s) (24) 其中，µ=GM=398600.5km3/s2,是地球重力常数。卫星星下点的运动速度（即波束的移动速度）为：（km/s） (25) 当移动站的地理经度和纬度分别为和，某一时刻卫星星下点的经纬度分别 nfRBkLTGEIRPNC//6.228//nfRBLTGEIRPNC6.228//fRoLTGEIRPnCfRoLTGEIRPnC//][6.228)/(][)/(/)/(nnonBTCBnCkTBCNC6.228][][][TkTno32)(4hRTehRVeshRVRVesess11

为和时，该移动站看到卫星的仰角和方位角分别为：（26）（27）其中，为地球站与星下点之间的经度差。对应的覆盖角（卫星到地心连线与移动站到地心连线之间的夹角）为：卫星到移动站之间的距离（km）为：（28）（29）卫星到移动站之间的信号传播损耗（dB）和单程时延（s）分别为：（dB）（30）（s）（31）式中，f0 为信号中心频率（Hz）；c 为光速（=3×105km/s）。若已知移动站到卫星的仰角为，则覆盖角也可表示为：（32）该站对应的天底角（卫星到移动站连线与卫星到地心连线之间的夹角）为：（33）卫星到移动站之间的距离也可表示为：（34）移动站看卫星的仰角和方位角同样也可表示为：（35） 222/12212121211sinsincoscoscos1)/(sinsincoscoscoshRRtgee211221sincossincoscoscossintg212121sinsincoscoscosarccos2/121212)sinsincoscos(cos21)(hRRhRRhRseeeeecsfLof4log20csp/cosarccoshRReehRRee/cosarcsincos222hRRhRRseeeeshResinarccos

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