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【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,简单的讲就是帮助新用户经济合理地选配收发站的硬件配置,协助老用户确认改变线路的可行性,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网为例说明什么时候需要用到链路预算。
1、首先用户根据实际情况及需求选定网络结构由于目前甚小口径终端VSAT的迅猛发展、普及,使得VSAT 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VSAT站,但在VSAT网中有时中心站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VSAT系统。
VSAT网络有如下几种结构,通常网络越复杂,投入的成本越高,租用的卫星带宽越多。
2、既已选定网络结构,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,针对中国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决定的。
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、灵活性要求高,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,设备商提供组网配置建议4、用户根据设备商建议向卫星公司提供相关信息,希望其提供有关链路预算有关信息包括:A、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――希望的天线的尺寸、功放大小、占用带宽等。
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。
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 =EIRP U -( 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 gain —EIRP 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。
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。
3.1概述移动通信系统的性能主要受到无线信道特性的制约。
发射机与接收机之间的传播路径一般分布有复杂的地形地物，而电磁波在无线信道中传播受到反射、绕射、散射、多经传播等多种因素的影响，其信道往往是非固定的和不可预见的。
具有复杂时变的电波传播特性，因而造成了信道分析和传播预测的困难。
影响无线信道最主要的因素就是信号衰减。
在无线通信系统中，电波传播经常在不规则地区。
在估计预测路径损耗时，要考虑特定地区的地形地貌，同时还要考虑树木、建筑物和其他遮挡物等因素的影响。
在无线通信系统工程设计中，常采用电波传播损耗模型来计算无线链路的传播损耗，这些模型的目标是为了预测特定点的或特定区域的信号场强。
常用的电波传播模型损耗分为宏蜂窝模型和室内模型两大类。
其中宏蜂窝模型中使用最广泛的是Okumura模型，还有建立在Okumum模型基础上的其他模型，如Okumuni・Hata模型,COST-231-Hata模型，COST-231 Wslfisch-Ikegami 模型等；室内模型有衰减因子模型,Motley模型，对数距离路径损耗模型等。
下面就着重来讨论这些模型并对部分模型进行仿真分析。
3.2宏蜂窝模型 3.2.1 Okumura 模型（1）概述Okumura模型为预测城区信号时使用最广泛的模型。
应用频率在150MHz到1920MHz之间（可扩展到300MHz）,收发距离为1km到100km,天线高度在30m到1000m之间。
Okumura模型开发了一套在准平滑城区，基站有效天线高度h_b为200m,移动台天线h_m为的空间中值损耗（AnQ曲线。
基站和移动台均使用自由垂直全方向天线，从高度3m测量结果得到这些曲线，并画成频率从lOOMHz到1920MHz的曲线和距离从1km 至Ij 100km 的曲线。
使用Okumum模型确定路径损耗，首先确定自由空间路径损耗，然后从曲线中读出Anu(f,d)值，并加入代表地物类型的修正因子。
