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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。
简说卫星链路预算】卫星中继数据链链路预算链路预算的目的和作用卫星链路预算的目的和作用,简洁的讲就是关怀新用户经济合理地选配收发站的硬件配置,帮助老用户确认转变线路的可行性,给出合理性建议,即做到少花钱多办事、不多花冤枉钱。
什么时候需要链路预算下面以新用户组建卫星XX为例说明什么时候需要用到链路预算。
1、首先用户依据实际状况及需求选定XX络结构由于目前甚小口径终端VST的迅猛进展、普及,使得VST一词几乎成了卫星通信的代名词。
一般小于4.5m天线的地面站被认为是VST站,但在VSTXX中有时中心站HUB的配置又很高(天线:6m-20m),可能是大、中型站,因此也难怪人们提到卫星通信就自然地认为是VST系统。
VSTXX络有如下几种结构,通常XX络越冗杂,投入的本钱越高,租用的卫星带宽越多。
2、既已选定XX络结构,下面该选择通信卫星和工作频段了卫星的选择主要是看朝向卫星方向有无遮挡及卫星覆盖是否满足要求。
由于目前几大卫星制造商所制造的卫星从性能指标上基本相差不大,针对ZG区域的卫星覆盖也大同小异,且不同卫星的对比测试较难实现相同的测试条件,故即使测试,结果也并不能说明问题――孰优孰劣,因此说对卫星的选择很大一部分是由市场因素确定的。
工作频段的选择主要看业务形式。
C波段的主要优势就是不易受降水影响,缺点就是天线口径较大,Ku波段则正好相反。
故对通信保障要求严格,系统可用度要求高的业务应尽量选择C波段,如防洪、抢险、救灾等应急及机要通信,越是下雨越是需要保障通信。
对于系统可用度要求不高,但对于便携性、敏捷性要求高,如SNG、动中通等业务则宜选用Ku波段。
3、用户初步接触设备商提出要求,设备商提供组XX配置建议4、用户依据设备商建议向卫星公司提供相关信息,盼望其提供有关链路预算有关信息包括:、站址信息――发射、接收站的经纬度、海拔;B、载波信息――信息速率、调制方式、编码方式、接收门限、滚降系数等;C、用户期望信息――盼望的天线的尺寸、功放大小、占用带宽等。
卫星通信链路计算过程集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-卫星通信链路计算过程星通信载波的链路计算方法为，先分别计算上行和下行链路的载波功率与等效噪声温度比C/T或者载波与噪声功率比C/N、以及载波与干扰功率比C/I，再求出考虑干扰因素的系统载噪比C/(N+I)和载波的系统余量。
上下行C/T上行和下行C/T的计算公式分别为C/TU = EIRPE– LossU+ G/TSatC/TD = EIRPS– LossD+ G/TE/S式中的EIRPE 和EIRPS分别为载波的上行和下行EIRP，LossU和LossD分别为总的上行和下行传输衰耗，G/TSat 和G/TE/S分别为卫星转发器和地球站的接收系统品质因数。
上式中的数据均为对数形式。
C/N与C/T 的关系C/N与C/T的关系式为C/N = C/T – k – BWN = C/T + 228.6 – BWN式中的k为波兹曼常数，BWN为载波噪声带宽。
式中的数据均为对数形式。
C/I 与C/IM卫星通信载波需要考虑的干扰因素主要有，上行和下行反极化干扰C/I XP_U 和C/I XP_D 、以及上行和下行邻星干扰C/I AS_U 和C/I AS_D 。
此外，还需考虑转发器在多载波工作条件下的交调干扰 C/IM 。
C/N 与C/I 的合成由多项 C/N 和C/I 求取总的C/N 、C/I 、以及C/(N+I)的算式为 (C/N Total )-1= (C/N U )-1+ (C/N D )–1(C/I Total )-1 = (C/I XP_U )-1 + (C/I AS_U )–1 + (C/IM)-1 + (C/I XP_D )-1 + (C/I AS_D )-1(C/(N+I))-1 = (C/N Total )-1 + (C/I Total )–1 上述三个算式中的数据均为真数形式。
由多项C/N 和C/I 求取总的C/(N+I)的步骤也可为 (C/(N+I)U )-1 = (C/N U )-1 + (C/I XP_U )–1 + (C/I AS_U )–1(C/(N+I)D )-1 = (C/N D )-1 + (C/I XP_D )-1 + (C/I AS_D )-1 + (C/IM)-1 (C/(N+I))-1 = (C/(N+I)U )-1 + (C/(N+I)D )–1 上述两种不同计算步骤所得到的结果是相同的。
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。
自中央、各省广播电视节目上卫星传输以来，许多电视台都配置了车载式卫星上行站。
车载式卫星上行站是把采集到的视频和音频信号进行数字压缩处理后再进行卫星传送的电视采集系统，该系统尺寸、重量、造价都比固定上行站大大减小。
通信卫星传送同传统的微波传送方式相比，避免了城市高大建筑物的阻挡，打破了传统对应用地形和区域的限制，能更快，更方便地转播重要的以及突发性新闻事件。
固定式卫星上行站一般采用大口径的发射天线，链路有较大的余量，而车载式上行站，天线直径一般不大，又多采用Ku波段工作频率，链路余量不大，在不同的地点采用多大的发射和接收天线，进行链路预算就显得十分必要。
本文提供一个简单的使用Excel对链路进行预算的方法。
当今21世纪是信息时代，尤其是无纸化办公的推广，使得计算机应用广泛。
微软办公套件软件功能强大，涉及日常工作的方方面面，加上对系统要求不高，兼容性强，因此已经几乎是所有计算机的标准配置。
Excel就是微软办公套件中的制表软件，它具有兼容性强，操作简便等特点，目前已具有龙头制表软件的趋势，其他制表软件都要向它兼容。
因此我这次选用Excel来进行链路预算。
微软办公套件软件对于初学者来说，仅仅只有其中的宏概念不太好理解，但是此次并没有涉及宏，因此对于如何建立表格，如何设计计算公式等不再赘述，我们只是谈谈具体上下行链路的预算方法。
系统整体框图如下，为节省存储空间和传输带宽，我们要在电视节目源端进行信源编码，在传输之前进行信道编码。
编码：MPEG-2在系统和传送方面作了详细的规定，特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。
视频信号和音频信号输入至编码器，进行MPEG-2压缩编码，输出MPEG-2 DVB码流信号。
较常见的两种MPEG-2压缩编码方式为4：2：2和4：2：0。
相比较，4：2：2方式比4：2：0方式具有较高的图像质量，但信号码率也高，适用于须经多次编码的信号。
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。
卫星通信链路计算过程星通信载波的链路计算方法为，先分别计算上行和下行链路的载波功率与等效噪声温度比C/T或者载波与噪声功率比C/N、以及载波与干扰功率比C/I，再求出考虑干扰因素的系统载噪比C/(N+I)和载波的系统余量。
上下行C/T上行和下行C/T的计算公式分别为C/T U= EIRP E– Loss U + G/T SatC/T D = EIRP S– Loss D + G/T E/S式中的EIRP E和EIRP S分别为载波的上行和下行EIRP，Loss U和Loss D分别为总的上行和下行传输衰耗，G/T Sat和G/T E/S分别为卫星转发器和地球站的接收系统品质因数。
上式中的数据均为对数形式。
C/N与C/T 的关系C/N与C/T的关系式为C/N = C/T – k – BW N = C/T + 228.6 – BW N式中的k为波兹曼常数，BW N为载波噪声带宽。
式中的数据均为对数形式。
C/I与C/IM卫星通信载波需要考虑的干扰因素主要有，上行和下行反极化干扰C/I XP_U和C/I XP_D、以及上行和下行邻星干扰C/I AS_U和C/I AS_D。
此外，还需考虑转发器在多载波工作条件下的交调干扰C/IM 。
C/N与C/I的合成由多项C/N和C/I求取总的C/N、C/I、以及C/(N+I)的算式为(C/N Total )-1 = (C/N U )-1 + (C/N D )–1(C/I Total )-1 = (C/I XP_U )-1 + (C/I AS_U )–1 + (C/IM)-1 + (C/I XP_D )-1 + (C/I AS_D )-1(C/(N+I))-1 = (C/N Total )-1 + (C/I Total )–1上述三个算式中的数据均为真数形式。
由多项C/N和C/I求取总的C/(N+I)的步骤也可为(C/(N+I)U )-1 = (C/N U )-1 + (C/I XP_U )–1 + (C/I AS_U )–1(C/(N+I)D )-1 = (C/N D )-1 + (C/I XP_D )-1 + (C/I AS_D )-1 + (C/IM)-1(C/(N+I))-1 = (C/(N+I)U )-1 + (C/(N+I)D )–1上述两种不同计算步骤所得到的结果是相同的。
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。
