第6章 无线通信系统的链路预算分析

卫星通信系统中的链路预算分析在当今高度信息化的时代，卫星通信系统凭借其覆盖范围广、不受地理条件限制等优势，在通信领域中占据着重要的地位。

而链路预算分析则是卫星通信系统设计和性能评估的关键环节，它能够帮助我们确定系统是否能够满足预期的通信要求。

卫星通信系统的基本组成包括卫星、地球站以及连接它们的通信链路。

链路预算分析的主要目的就是评估在这些链路中，信号从发射端到接收端的传输过程中，其强度和质量的变化情况，从而判断通信的可行性和可靠性。

要进行链路预算分析，首先得了解几个关键的概念。

发射功率是指卫星或地球站发送信号时的功率大小。

这个功率值会直接影响信号的初始强度。

然而，信号在传输过程中会遭遇各种损耗，比如自由空间损耗。

自由空间损耗是由于信号在空间中传播时扩散导致的能量衰减，它与传输距离和信号频率密切相关。

传输距离越远、频率越高，自由空间损耗就越大。

除了自由空间损耗，还有大气损耗。

当信号穿过地球大气层时，会因为大气中的气体、水汽等因素而产生一定的衰减。

此外，还有天线增益和系统噪声等重要因素。

天线增益是指天线将信号集中或发散的能力，它可以增强或减弱信号的强度。

系统噪声则会干扰有用信号，影响接收端对信号的正确解调。

在计算链路预算时，我们需要将发射功率与各种增益相加，再减去各种损耗和噪声，从而得到接收端的可用信号功率。

如果这个功率高于接收灵敏度，即接收端能够正确解调信号的最小功率，那么通信链路就是可行的。

以一颗位于地球同步轨道的通信卫星为例。

假设卫星的发射功率为_____瓦，工作频率为_____GHz。

地球站的天线增益为_____dBi，卫星的天线增益为_____dBi。

自由空间损耗可以通过公式计算得出，大约为_____dB。

考虑到大气损耗约为_____dB，其他损耗（如馈线损耗、极化损耗等）共计_____dB。

系统噪声温度为_____K，噪声系数为_____dB。

通过一系列的计算，我们可以得到接收端的信号功率。

56. 什么是信号传输中的链路预算？56、什么是信号传输中的链路预算？在当今这个高度数字化和信息化的时代，信号传输无处不在。

从我们日常使用的手机通信，到卫星电视的接收，再到各种无线设备之间的数据交换，信号的稳定传输都至关重要。

而要确保信号能够有效地从发送端到达接收端，并保持一定的质量和可靠性，就离不开链路预算这个关键的概念。

那么，到底什么是信号传输中的链路预算呢？简单来说，链路预算就是对信号在传输路径上的各种增益和损耗进行评估和计算的过程。

它就像是一场信号传输的“精打细算”，通过综合考虑各种因素，来预测信号能否成功到达目的地，并达到预期的性能指标。

为了更清楚地理解链路预算，我们可以把信号传输的路径想象成一条长长的道路。

信号从发送端出发，就像是一辆汽车从起点出发。

在行驶的过程中，会遇到各种各样的情况，有的会让汽车跑得更顺畅，这就是增益；有的则会阻碍汽车前进，这就是损耗。

先来说说增益。

增益就像是给信号这辆“汽车”加油助力，让它能够跑得更远更强。

在信号传输中，增益可能来自多个方面。

比如，发送端的发射功率增大，这就相当于给汽车装上了更强大的发动机，能让信号一开始就具有更强的“动力”。

还有，使用高增益的天线，就好比给汽车装上了一个高效的导流装置，能让信号更集中、更有效地朝着接收端的方向传播。

再看看损耗。

损耗则是信号传输道路上的各种“绊脚石”。

比如，信号在空气中传播时，会因为距离的增加而逐渐减弱，这就是路径损耗。

就好像汽车跑得越远，汽油消耗得越多，速度也会逐渐变慢。

另外，信号穿过建筑物、障碍物或者受到其他电磁干扰时，也会产生损耗，这就像是汽车在路上遇到了堵车、路况不好等情况，会影响其前进的速度和效率。

链路预算要把这些增益和损耗都综合考虑进去。

通过精确的计算和分析，来确定接收端最终能够接收到的信号强度是否足够。

如果计算结果表明接收端的信号强度低于某个阈值，那么就可能会出现通信中断、数据错误或者图像模糊等问题。

无线通信链路预算公式
1、天线自由波的无线链路预算公式如下：
Pr（dBm）= Pt（dBm）+ Gt（dBi）-PL（dB）+ Gr（dBi）-Lc （dB）
其中，Pr为接收电平（dBm），Pt为最大发射功率（15dBm），Gt 为发射天线增益（15dBi），PL为路径损耗，Gr为接收天线增益（9dBi），Lc为综合损耗（隧道内预计20dB，开放空间预计16dB）。

根据上述无线链路预算公式，计算可得：
4GHz隧道内AP接收到信号强度为-86dBm的信号时，路径损耗：PL =15+9+86+10-10-20-90（dB）
PathLoss（dB）=40+10×n×1og（d）
其中，n在隧道环境取值为1.8；d是距离，单位是m。

由此公式计算得：路径长度为600m时，路径损耗值为90dB。

2、4G室外AP接收到信号强度为-86dBm的信号时，路径损耗：
PL =15+9+86+10-10-16=94（dB）
3、对于2.4G的隧道环境传播模型，路径损耗公式如下：
PathLoss（dB）=40+10×n×1og（d）
其中，n在隧道环境取值为1.8；d是距离，单位是m。

由此公式计算得：路径长度为600m时，路径损耗值为90dB。

4、对于2.4G的室外环境（试车线或地面线路）传播模型，路径
损耗公式如下：
PathLoss（dB）= 32.5+20×logF（MHz）+20×logD（Km）= 100+20×log（D）
其中，D是距离，单位是公里。

由此公式计算得：开放空间路径长度为500米时，路径损耗值为94dB。

等效全向辐射功率 eirp 与链路预算的计算等效全向辐射功率（EIRP）和链路预算是通信领域中非常重要的概念，它们在无线通信系统的设计和优化中起着至关重要的作用。

EIRP是指天线所发射的信号功率与理想全向辐射天线的信号发射功率相比的值，它可以用来表示天线的性能和信号覆盖范围，是衡量无线信号覆盖能力的重要参数。

而链路预算则是用来评估无线通信系统中信号传输的损耗和衰减情况，以确定系统是否能够正常通信的重要工具。

在进行EIRP和链路预算的计算时，需要考虑多种因素，包括天线增益、传输距离、信号频率、路径衰减、大气衰减等。

这些因素都会对无线信号的传输性能产生影响，需要进行全面的评估才能得出准确的计算结果。

要计算EIRP，需要考虑天线增益和输出功率。

天线增益是指天线相对于理想全向辐射天线的信号增益，它反映了天线的辐射效率和指向性能。

输出功率则是指信号发射端的实际输出功率，通常需要考虑调制方式、功率控制等因素。

通过综合考虑天线增益和输出功率，可以得出EIRP的具体数值，从而评估信号的覆盖范围和传输性能。

另外，链路预算的计算也需要综合考虑多种因素。

在链路预算中，需要考虑传输距离、频率衰减、路径损耗、大气衰减等因素。

传输距离是决定信号损耗的重要因素，通常采用自由空间传播模型进行计算。

频率衰减和路径损耗则是由于信号在传输过程中受到障碍物、地形等因素的影响而产生的损耗。

大气衰减是由于大气介质对信号的吸收和散射而产生的损耗，通常需要考虑气候、季节等因素。

通过综合考虑这些因素，可以得出链路预算的具体数值，从而评估系统的通信性能。

在进行EIRP和链路预算的计算时，需要注意保持数据的准确性和可靠性。

也需要根据具体的通信系统要求和场景特点进行合理的假设和参数选择，以确保计算结果能够满足实际应用的需求。

在进行EIRP和链路预算的计算时，还需要考虑到无线信号的多径效应、折射等复杂因素，这些因素将对信号的传输性能产生重要影响。

总结而言，EIRP和链路预算是无线通信系统设计和优化中至关重要的概念，它们可以帮助工程师评估系统的覆盖范围和通信性能，为系统的部署和优化提供重要依据。

链路预算是覆盖规划的前提，其目的是通过计算特定业务在一定质量要求（Eb/No）下的最大允许路径损耗，来求得一定传播模型下该业务的覆盖半径，从而能够确定满足连续覆盖条件下基站的规模。

归纳起来，最大允许路径损耗＝有效发射功率＋发送接收增益－接收机灵敏度－裕量。

针对TD-SCDMA技术体制，其链路预算具有如下特点：1 TD-SCDMA系统由于其TDMA特性，公共信道与业务信道分配在不同的时隙，不同信道在某一时刻独占发射机的功率，使用不同的扩频因子且使用不同的辐射形式，从而应分别针对公共信道和业务信道做出相应的链路预算。

2 TD-SCDMA系统的频带间隔为、码片速率为s，其业务的处理增益与其他体制业务处理增益的计算方法不同，需要按照上下行分别计算。

3 TD-SCDMA系统采用了智能天线，除上下行单天线本身的增益外还带来下行多天线功率合成增益、上下行赋形增益。

4 TD-SCDMA系统在同一个载频下，用户业务信道与系统公共信道之间没有干扰。

CDMA系统的自干扰特性被限定在一个业务时隙内，且由于智能天线的SDMA效果和联合检测技术，干扰裕量相对其他标准体制有所减小。

5 TD-SCDMA系统采用接力切换，不需要同时和两个甚至三个基站联系，不产生宏分集增益。

不过由于TD-SCDMA网络采用接力切换，切换的中断时间非常短，并且切换成功率较高，因此可以实现快速切换。

这样多个小区阴影衰落的互补特性可以得到充分利用，得到覆盖的增益，一般在链路预算中考虑2dB的接力切换增益。

6 TD-SCDMA系统采用可变频率功控，频率在0－200k之间变化。

不需要预留功控裕量。

根据以上的特点，将TD-SCDMA链路预算中的参数分为系统特性、基站特性、用户终端特性、环境特性四个方面进行分析。

1 系统特性1）载频频点（MHz）对应的2010－2025共9个频点。

2）信道带宽（MHz）TD-SCDMA基于s码片速率的占用带宽为。

【TD-SCDMA第三代移动通信系统标准P122。

第一章无线链路分析与设计§1.1Free-Space Optical Data Bus for Spacecraft没有光纤来导光，传输光信号就需要更多的能量，这对能量预算非常不利。

数据总线的速率决定了周围的光学元件的设计。

与光纤通信不同的是，自由空间通信利用自由空间或者扩散材料来传播光线。

如果收发器周围的光学腔是接近完美的反射器，那么发射器发出的每个脉冲都会在接收器上形成比原始脉冲持续时间长的多的脉冲，这主要是由于内部反射。

每个脉冲的内部反射必须在下一个脉冲发送之前降低到低于一定的强度阈值。

如果光学腔是一个黑体，那么内部反射的问题就变得毫无意义，这要求所有的收发器被安装在相互之间的视线以内而且需要更高功率的发射器以及更敏感的接收器（Free-Space Optical Data Bus for Spacecraft）。

有一种供选方案是把系统的一部分区域做成漫反射表面，另一部分做成黑体特性的表面，也有些系统使用扩散棒帮助光均匀地传播。

对于图一所示在该模型中，收发位置上。

图片来自：（Free-Space Optical Data Bus for Spacecraft）图中包含了模型相关参数。

Ψ表示发射器的发射角，θr表示入射光在反射面的反射角，每个收发器都包括光发射器和光探测器，既可以发射信号同时也可以接收信号。

S.C. Webb, W. Schneider, M.A.G. Darrin, B.G. Boone, and P.J. Luers, “Infrared Communications for Small Spacecraft: from a Wireless Bus to Cluster Concepts,” Proceedings of SPIE - Dig ital Wireless Communications III 4395, April 16-20, 2001.描述了测量BRDF的详细情况。

掌握链路预算的原理推算基站覆盖距离链路预算是一种基站规划中常用的手段，用于推算基站的覆盖距离。

它通过考虑多种因素，如功率、频率、天线增益、传输损耗等参数，来分析信号的传输过程，并计算出信号的接收功率，从而确定基站的覆盖范围。

链路预算的原理包括以下几个重要的步骤：1.确定发射功率：首先需要确定基站的发射功率，即基站的工作功率。

通常，基站工程师会根据实际情况和需求来选择合适的发射功率。

2.选择频率：在选择合适的频率时，需要考虑到干扰和多径效应。

频率越高，通常覆盖距离越短，但可以提供更高的传输速率。

频率选择的不当可能会导致干扰。

3.计算传输损耗：传输损耗是指信号在传输过程中所受到的损耗，主要包括自由空间损耗、传输线损耗等。

自由空间损耗是信号在空中传输过程中因为衰减而产生的损耗，可以通过计算得到。

传输线损耗主要是信号在传输线中经过一定长度后所产生的损耗，可以通过传输线的特性和长度来确定。

4.考虑天线增益：天线增益是指天线的发射和接收信号能力相对于理想点源天线的增益。

它可以通过天线的方向图和增益值来确定。

天线增益越高，覆盖距离也越远。

5.判断信号接收功率：通过以上步骤计算出的发射功率、频率、传输损耗和天线增益等参数，可以推算出信号的接收功率。

在信号传输过程中，信号的接收功率会逐渐减弱。

当信号的接收功率低于一定阈值时，就无法正常解调和识别信号了。

通过链路预算推算基站的覆盖距离时，需要综合考虑以上各个因素，并结合具体的环境和实际情况来进行分析。

因为实际情况常常会受到地形、建筑物、干扰源等多种因素的影响，所以链路预算只是一个初步的估算结果，实际的覆盖距离还需要进一步调整和优化。

综上所述，链路预算是一种基站规划中常用的手段，通过考虑多种因素来推算基站的覆盖距离。

它是基站规划中非常重要的一步，可以有效地评估基站的覆盖范围，并帮助工程师制定合理的基站部署方案。

但需要注意的是，链路预算只是一个估算结果，实际的覆盖距离还需要结合实际情况进行调整和优化。

LTE链路预算计算方法LTE链路预算计算是一种用于估算LTE系统中无线信号传输和接收质量的方法。

通过链路预算计算，可以评估无线信号传输中的损耗和干扰情况，为网络规划和优化提供指导。

本文将介绍LTE链路预算计算的基本原理、计算方法、要素及其影响因素。

一、基本原理二、基本计算方法1.上行链路计算方法上行链路计算主要涉及用户终端（UE）到基站（eNodeB）之间的信号传输和接收。

计算过程包括以下几个步骤：(1)估算UE发射功率：通过考虑UE发送的最大功率和制定的调度策略，估算UE的发射功率。

(2)路径损耗计算：采用路径损耗模型，根据UE和基站之间的距离、天线高度、频率等因素，计算信号在传输过程中的路径衰减和损耗。

(3)天线增益计算：根据UE和基站的天线特性（如天线高度、方向性等），计算天线增益。

天线增益表示天线在特定方向上聚焦和增强信号的能力。

(4)接收信号强度计算：根据发射功率、路径损耗和天线增益，计算UE到达基站时的信号强度。

(5)干扰噪声计算：同时还需考虑其他UE的干扰，包括同频干扰、异频干扰和同步干扰等。

(6)信噪比计算：通过计算接收信号强度和干扰噪声的比值，得到上行链路中的信噪比。

2.下行链路计算方法下行链路计算涉及基站到UE之间的信号传输和接收。

计算过程与上行链路类似，但加入了更多的因素。

计算步骤如下：(1)基站发射功率计算：根据制定的调度策略和基站最大输出功率，估算基站的发射功率。

(2)路径损耗和衰减计算：根据基站和UE之间的距离、频率、天线高度等因素，计算信号在传输过程中的路径损耗和衰减。

(3)天线增益计算：根据基站和UE的天线特性，计算天线增益。

(4)接收信号强度计算：根据发射功率、路径损耗和天线增益，计算基站发射信号到达UE时的信号强度。

(5)干扰噪声计算：考虑其他基站的干扰，包括同频干扰、异频干扰和同步干扰等。

(6)信噪比计算：通过计算接收信号强度和干扰噪声的比值，得到下行链路中的信噪比。

表示10Log X 斜体 表示10X/10c=2.998e8 光速地球赤道半径 h=35793km 卫星离地面高度K=1.38×10-23J/K 波尔兹曼常数 为单位面积理想天线增益G 0Noise(K)=290×[Noise(dB)-1]D =()()f cos 222e e e e R h R h R R +-++ 天线与卫星的距离 Free space loss =32.4+20Log(D ×f ) 自由空间传输损耗（注：D 单位km ；f 单位MHz ）Symbol rate =Date rate /（M ×FEC code rate ） 符号率(MBaud)占用带宽(MHz) Spread factor=1.2噪声带宽(dB.Hz)Allocated transponder bandwidth = (Symbol rate ×Carrier spacing factor )+ Bandwidth allocation step size转发器分配带宽(MHz) 上行链路功放功率与天线选择：EIRP US = Free space loss U + Atmospheric absorption U + Tropospheric scintillation fading U +Mispoint loss U +SFD 上行饱和等效全向辐射功率dBWEIPR U = EIRP US -IBO载波在卫星天线口面上的通量密度dBW(PFD)Total HPA power required= EIRP U - Antenna gain - (Coupling loss)U 所需功放功率W （也可以固定功率来确定天线尺寸）(C/N 0)U =EIRPU -( Free space loss U + Atmospheric absorption U + Tropospheric scintillation fading U +Mispoint lossU (G/T)S(C/N)U = (C/N=SFD IBO (G/T)S - Noise bandwidthAntenna efficiency =Antenna gain ×c 2/(πRf)2 天线增益效率（注：c 单位m ；f 单位Hz ；R 单位m ）Antenna noise =⎰⎰πππ200sin ),(),(41f q q f q f q d d T R =⎰⎰Ωπ42),(),(1d A T B f q f q λ 以波长为单位，天线有效面积为权重的亮温度对全天空的积分≈15×Antenna efficiency+(1-Antenna efficiency )×[15×sin θ/(cos θ+sin θ)+(140+θ)×cos θ/(cos θ+sin θ)]G/T= Antenna gainEIRP D = EIRP S -OBO(C/No)D =EIRP D –(Free space loss D + Atmospheric absorption D + Tropospheric scintillation fading D + Mispoint loss D G/T(C/N)D =(C/No)D -Noise bandwidth=EIRP D –(Free space loss D + Atmospheric absorption D + Tropospheric scintillation fading D + Mispoint loss D G/T -Noise bandwidthC/(N+I)C/(N+I) = C/(No+Io) - Noise bandwidthEb/(No+Io)频谱仪读到的MARKE DELTA= C/(N+I) +1=(C+N+I)/(N+I)Es/N 0一、转发器参数SFD、G/T、EIRP、载波输入回退CIBO(Carrier InputBackoff)和载波输出回退COBO(Carrier Output Backoff)G/T 被称为figure of merit，即接收系统的品质因素。

卫星通信系统的链路预算与设计小绿的公司最近接到了一个任务，需要设计一款卫星通信系统。

这款系统需要完成两个任务：第一，快速且准确地传输数据；第二，确保信号在传输过程中不会中断。

然而，在设计这样一个复杂的系统之前，小绿需要先确定一个非常重要的因素：链路预算。

什么是链路预算？链路预算是一个针对卫星通信系统的数学计算过程，用于确定太空中的通信链路所需的信号功率和灵敏度。

通俗地说，链路预算就是设计卫星通信系统所需遵循的一系列规则，以确保信号质量稳定。

在确定这些规则之前，我们需要了解的是什么因素会影响卫星传输的信号质量。

卫星通信系统的一个主要考虑因素就是能量损失。

通信信号在传输过程中会有一定的损耗，因此接收方必须有足够的信号灵敏度来接收到传输的信号。

这是一个至关重要的因素，因为信号灵敏度决定了你需要多少能量才能让信号在传输中不被中断。

在建立链路预算之前，我们还需要考虑其他因素，例如通信信号的频率、带宽、衰减、散射等。

这些因素会影响能够传输的信号范围，因此必须在链路预算中得到考虑。

卫星通信系统的设计现在，我们已经知道了链路预算的重要性。

接下来，我们需要了解如何将上述因素应用于卫星通信系统的设计。

1. 频率和波长选择卫星通信系统使用的频率和波长对信号传输的影响非常大。

通常情况下，卫星通信系统会使用一个频段。

在选择频段时，我们需要考虑信号在传输过程中可能遇到的障碍物，比如大气层中的水汽等。

频率和波长也会影响到信号的传播范围。

在选择频段的过程中，我们需要考虑信号的传输距离和带宽的平衡。

2. 带宽选择带宽是指信号所占用的频率范围。

带宽越宽，信号能够传输的信息就越多。

但是，带宽越大，信号的传输距离就越短。

在确定链路预算时，我们需要找到一种平衡，以便在带宽和传输距离之间实现最优的折衷。

3. 功率预算卫星通信系统中所需的功率是一个关键参数。

功率越高，信号能够传输的距离就越远，但是需要更多的能量来驱动电路。

在确定链路预算时，我们必须找到一种平衡，以使得信号能够传输到达，同时不消耗过多的能量。