广告06<YD/T 2721-2014 地球静止轨道卫星固定业务的链路计算方法 下> 1731

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6.2 晴天状态下系统链路计算方法

6.2.1 卫星功放资源分配计算

6.2.1.1 卫星载波EIRP

         卫星载波EIRP指载波在卫星上正常工作时占用卫星的EIRP，以EIRP_sl表示，单位为分贝瓦（dBW）。

         EIRP_sl的分配通常遵循功带总体平衡的原则。初始选择EIRP_sl时，可采用公式：

EIRP_sl = EIRP_ss – BO_o+10lg（η_BW）

式中：

EIRP_ss为卫星饱和EIRP（dBW）；

BO_o为转发器输出回退（dB）；

η_BW为载波带宽占用比。

在计算中，可以根据链路性能、地球站特性，对某一个载波的EIRP_sl进行适当的调整，但应使同一转发器上所有工作载波的总功率与总带宽趋于平衡，其调整后的EIRP_sl应满足卫星有关使用要求。

当EIRP_sl工作条件下链路性能不能满足要求时，可通过改变载波参数或者天线尺寸等措施解决。

6.2.1.2 链路载波功率通量密度

链路载波功率通量密度指载波在接收天线口面的单位面积的功率，以PFD_s表示。单位为分贝瓦每平方米（dB（W/m²））。

PFD_s的计算公式如下：

PFD_s = SFD_s - BO_i- (EIRP_ss - BO_o - EIRP_sl)

式中：

SFD_s为卫星饱和通量密度，单位为分贝瓦每平方米（dB（W/m²））；

BO_i为转发器输入回退（dB）；

EIRP_ss 为卫星饱和EIRP，单位为分贝瓦（dB/W）；

BO_o为转发器输出回退（dB）；

EIRP_sl为卫星载波EIRP，单位为分贝瓦（dBW）。

6.2.1.3 链路载波的转发器输入回退和输出回退

         链路载波的转发器输入回退和输出回退指载波工作条件下，相对与转发器饱和状态时的回退程度。分别以BO_il和BO_ol表示，其以正分贝（dB）表示。

         计算公式分别如下：

         BO_il = SFD_s – PFD_s

BO_ol = EIRP_ss – EIRP_sl

式中：

SFD_s为卫星饱和通量密度，单位为分贝瓦每平方米（dB（W/m²））；

PFD_s链路载波功率通量密度，单位为分贝瓦每平方米（dB（W/m²））；

EIRP_ss 为卫星饱和EIRP，单位为分贝瓦（dB/W）；

EIRP_sl为卫星载波EIRP，单位为分贝瓦（dBW）。

6.2.2 系统载噪比（C/N）计算

6.2.2.1 上行链路计算C/N

         上行链路C/N指上行链路中到达卫星接收机输入端口的载波功率与噪声功率之比，以C/N_u表示，其值以分贝（dB）表示。

         C/N_u = PFD_s - Gm²+ G/T_s – 10 lg(BW_n) – k

         式中：

PFD_s链路载波功率通量密度，单位为分贝瓦每平方米（dB（W/m²））；

         Gm²为卫星天线孔径单位面积增益，单位为分贝每平方米（dB/m²）;

         G/T_s为卫星G/T，单位为分贝每开尔文（dB/K）；

         BWn为载波噪声带宽，单位为赫兹（Hz）；

         k为玻尔兹曼常数，-228.6dB(W/(K·Hz))。

6.2.2.2 下行链路C/N

         下行链路C/N指下行链路中到达地球站接收机输入端口的载波功率与噪声功率之比，以C/N_d表示，

其值以分贝（dB）表示

         C/N_d可由下式得出：

         C/N_d = EIRP_sl – L_d– L_ar +G/T_e – 10lg(BW_n) – k

式中：

EIRP_sl为卫星载波EIRP，单位为分贝瓦（dBW）。

L_d为下行自由空间传播损耗（计算方法见6.1.4.1）  （dB）；

L_ar为极化损耗、大气吸收损耗、接收天线指向误差损耗等损耗之和（dB）；

G/T_e为地球站G/T，单位为分贝每开尔文（dB/K）；

BW_n为载波噪声带宽，单位为赫兹（Hz）；

k为玻尔兹曼常数，-228.6dB(W/(K·Hz))。

6.2.2.3 转发器互调干扰C/I

         卫星转发器工作在多载波模式时将产生互调干扰。转发器互调干扰C/I指下行链路中到达地球站接收机输入端口的载波功率与互调信号产生的干扰功率之比，以C/I_im表示，其值以分贝（dB）表示。

         C/I_im可有下式得出：

         C/I_im= (C_s/I₀)_im– BO_ol – 10lg(BW_n)

         式中：

         (C_s/I₀)_im为转发器互调干扰参数，为工作在输出回退BO_o状态下的均匀负载转发器，饱和输出功率与互调噪声功率谱密度之比。由转发器自身技术特性而定。单位为分贝赫兹（dB·Hz）；

         BO_ol为链路载波的转发输出回退（dB）；

         BW_n为载波噪声带宽，单位为赫兹（Hz）。

6.2.2.4 上行链路相邻卫星系统干扰C/I

         上行链路相邻卫星系统干扰C/I指到达本卫星接收机输入端口的载波功率与来自相邻卫星系统上行站的干扰功率之比，以C/I_u.as表示，其值以分贝（dB）表示。

         上行链路相邻卫星系统干扰有一个或多个干扰地球站产生。计算时通常采用如下简化公司：

         C/I_u.as = (Cs/I0)_u.as– BO_il – 10lg(BW_n)

         式中：

         C/I_u.as为上行链路相邻卫星系统干扰参数，单位为分贝赫兹（dB·Hz），通常有卫星操作者根据本卫星系统工作参数和实际相邻卫星系统工作参数综合确定。当不考虑实际临星系统的干扰，而从本系统保护比要求角度出发，C/I_u.as的计算公式参见附录B；

BO_il为链路载波的转发器输入回退（dB）；

BW_n为载波噪声带宽，单位为赫兹（Hz）。

6.2.2.5 下行链路相邻卫星干扰C/I

         下行链路相邻卫星干扰C/I指下行链路中到达地球站接收机出入端口的载波功率与相邻卫星系统产生的干扰功率之比，以C/I_d.as 表示，其值以分贝（dB）表示。

        下行链路相邻卫星系统干扰有一个或多个相邻卫星系统产生。计算时通常采用如下简化公式：

         C/I_d.as = (C_s/I₀)_d.as- BO_ol + G_er - G_φr – 10lg(BW_n)

         式中：      

(C_s/I₀)_d.as为下行链路相邻卫星干扰参数，单位为分贝赫兹（dB·Hz），通常由卫星操作者根据本卫星系统工作参数和实际相邻卫星系统工作参数综合确定。当不考虑实际临星系统干扰，而从本系统保护比要求角度出发，(C_s/I₀)_d.as的计算公式参见附录B；

BO_ol为链路载波的转发器输出回退（dB）；

G_er为地球站天线的接收增益（dBi）；

G_φr为天线在相邻卫星方向的接收增益（计算方法见6.1.3.2） （dBi）；

BW_n为载波的噪声带宽，单位为赫兹（Hz）。

6.2.2.6 上行链路交叉极化干扰C/I

         上行链路交叉极化干扰C/I指到达卫星接收机输入端口的载波功率与来自上行链路交叉极化干扰信号的功率之比，以C/I_u.xp表示，其值以分贝（dB）表示。

         上行交叉极化干扰包括地球站上行极化干扰和卫星接收天线极化干扰，计算时通常采用如下简化公式：

         C/I_u.xp = (C_s/I₀)_u.xp– BO_il – 10lg(BW_n)

         式中：

         (C_s/I₀)_u.xp为上行链路交叉极化干扰参数，单位为分贝赫兹（dB·Hz），通常有卫星操作者根据本系统工作参数和交叉极化转发器上工作的系统参数综合确定。等不考虑实际交叉极化系统的干扰，而从本系统保护比要求角度出发，(C_s/I₀)_u.xp的计算公式参见附录B；

BO_il为链路载波的转发器输入回退（dB）；

BW_n为载波的噪声带宽，单位为赫兹（Hz）。

6.2.2.7 下行链路交叉极化干扰C/I

         下行链路交叉极化干扰C/I指下行链路中到达卫星接收机输入端口的载波功率与交叉极化干扰信号的功率之比，以C/I_d.xp表示，其值以分贝（dB）表示。

         下行交叉极化干扰包括卫星发射极化干扰和地球站接收极化干扰，计算时通常采用如下简化公式：

         C/I_d.xp = (C_s/I₀)_d.xp– BO_ol – 10lg(BW_n)

         式中：

         (C_s/I₀)_d.xp为下行链路交叉极化干扰参数，单位为分贝赫兹（dB·Hz），通常有卫星操作者根据本系统工作参数和交叉极化转发器上工作的系统参数综合确定。等不考虑实际交叉极化系统的干扰，而从本系统保护比要求角度出发，(C_s/I₀)_d.xp的计算公式参见附录B；

BO_ol为链路载波的转发器输出回退（dB）；

BW_n为载波的噪声带宽，单位为赫兹（Hz）。

6.2.2.8 链路系统C/N

         链路系统C/N指整个链路系统在接收地球站接收机输入端口的载波功率与总的噪声及干扰功率之比，以C/N_T表示，其值以分贝（dB）表示。

         C/N_T与上行链路C/N、下行链路C/N、以及各项干扰 C/I有关。当它们的真数以相应的小写字母表示时，真数之间的计算关系如下：

         (c/n_T)^-1 = (c/n_u)^-1+ (c/n_d)^-1 + (c/i_im)^-1 + (c/i_u.ax)^-1+ (c/i_d.ax)^-1 + (c/i_u.xp)^-1 + (c/i_d.xp)^-1

式中：

c/n = 10^[(C/N)/10]

c/I = 10^[(C/I)/10]

C/N_T = 10lg(c/n_T)

6.2.3 载波门限C/N计算

         载波门限C/N指接收站解调设备能正常接收载波时需要的最小链路C/N，以C/N_th表示，其值以分贝（dB）表示。

         C/N_th取决于解调设备的E_b/N_o门限值门限值、载波信息速率以及载波噪声带宽。其关系如下：

         C/N_th = Eb/N_o.th+ 10lg(R_b) – 10lg(BW_n)

         式中：

         Eb/N_o.th为E_b/N_o门限值

R_b为载波的信息速率，单位为比特每秒（bit/s或bps）；

BW_n为载波噪声带宽，单位为赫兹（Hz）。

         注：对于使用DVB-S2的系统，其解调门限通常采用的E_S/N_o门限值门限表示。E_S/N_o = E_b/N_o+ 10lg(σ_FEC) + 10lg(n)，其中，σ_FEC为前向纠错编码率，当前向纠错编码率由多重编码级联时，σ_FEC则为各项编码率的乘积。n为调制指数。BPSK时为1，QPSK时为2，8PSK时为3，16QAM时为4。对于其它调制方式，根据实际情况而定。

6.2.4 C/T、C/N(或C/I)与C/N_o的关系

链路计算中，可根据习惯在不同参数之间进行转换。C/T、C/N(或C/I)与C/N_o之间的关系如下：

         C/N = C/T - 10lg(BW_n) – k

         C/N_o = C/N + 10lg(BW_n)

         对于各种干扰：

         C/I = C/T - 10lg(BW_n) – k

         C/N_o = C/I + 10lg(BW_n)   

         式中：

         BW_n为载波噪声带宽，单位为赫兹（Hz）；

         k为玻尔兹曼常数，-228.6dB(W/(K·Hz))；

         C/T的单位为分贝每开尔文(dB(W/K))；

         C/N(或C/I)的值以分贝（dB）表示；

         C/N_o的单位为分贝赫兹（dB·Hz）

6.2.5 系统余量计算

         系统为链路系统C/N与载波门限C/N的差值。以M表示，其值以分贝（dB）表示。

         M的计算公式如下：

         M = C/N_T – C/N_th

         式中：

         C/N_T为链路系统C/N（dB）；

C/N_th为载波门限C/N（dB）。

 M的计算结果应满足系统对余量的具体要求，可通过调整链路参数实现。

6.2.6 载波所需地球站发射参数计算

6.2.6.1 载波所需地球站EIRP

         载波所需地球站EIRP以EIRP_el表示，单位为分贝瓦（dBW）。

         EIRP_el可由下列公式得出：

         EIRP_el = SFD_S –BO_il – Gm² + L_u + L_at

SFD_S为卫星饱和通量密度，单位为分贝每平方米(dB(W/m²))；

BO_il为链路载波的转发器输入回退(dB)；

Gm²为卫星天线孔径单位面积增益，单位为分贝每平方米(dB/m²)；

L_u为上行自由空间传播损耗（计算方法见6.1.4.1）（dB）；

L_at为极化损耗、大气吸收损耗、发射天线指向误差损耗等损耗之和（dB）。

6.2.6.2 载波所需地球站功放发射功率与功率密度

       载波所需地球站功放发射功率与功率谱密度分别以P_et和PD_et表示，单位分别为分贝瓦（dBW）和分贝瓦每赫兹(dB(W/Hz))。可分别由下面两个公式得出：

         P_et = EIRP_el – G_et+ L_ft

PD_et = P_et -10lg(BW_n)

式中：

EIRP_el为载波所需地球站EIRP，单位为分贝瓦（dBW）；

G_et为地球站天线发射增益，单位为(dBi)

L_ft为地球站功放输出端口与天线发射端口之间的馈线损耗，包含功放与天线之间的所有连接馈线、合路器、双工器、耦合器和切换开关等总的损耗（dB）；

BW_n为载波噪声带宽，单位为赫兹（Hz）。

6.2.6.3 地球站偏轴EIRP谱密度

         地球站偏轴EIRP谱密度指地球站指向相邻卫星发射的EIRP谱密度，为地球站发射功率谱密度与天线发射偏轴增益之和。以EIRPPD_eφ表示，单位为分贝瓦每赫兹(dBW/Hz)。

         计算公式如下：

         EIRPPD_eφ = P_et -L_ft + G_φt

         式中：

         PD_et为载波所需地球站功放发射功率谱密度，单位为分贝瓦每赫兹(dB(W/Hz))；

L_ft为地球站功放输出端口与天线发射端口之间的馈线损耗，包含功放与天线之间的所有连接馈线、合路器、双工器、耦合器和切换开关等总的损耗（dB）；

G_φt为天线在相邻卫星方向的发射偏轴增益（计算方法见第6.1.3.2）（dBi）。

P_et和EIRPPD_eφ的值应满足GB/T 12364-2007第7.2条中的规定，以及卫星操作者与相邻卫星系统协调达成的限制要求。

6.2.6.4 地球站功放要求

       地球站功放要求指根据链路计算结果得出的该地球站发射的每个载波所需的发射功率以及功放实际工作时应有的回退，计算得出的地球站功放最小配置总功率。以P_HPA.e表示，单位为分贝瓦（dBW）。

         计算公式如下：

         P_HPA.e = BO_oe +10lg(P_et1 + P_et2 + …… + P_etn)

         式中：

         P_et1 、P_et2……P_etn为地球站发射的每个载波所需的发射功率，单位为瓦（W）；

         BO_oe为地球站功放输出回退，其值根据功放特性确定（dB）。

         P_HPA.e得出后，可以按其真数选择功放。

6.2.7 载波卫星功率占用比计算

         载波卫星功率占用比指载波工作参数确定后最终在卫星转发器上分配的EIRP_sl占转发器可用功率的比例，以η_P表示。计算公式如下：

         η_P = 10^{[EIPRsl-(EIRPss-BOo)]/10}×100%

         式中：

         EIRP_sl为卫星载波EIRP，单位为分贝瓦（dBW）；

         EIRP_ss为卫星饱和EIRP，单位为分贝瓦（dBW）；

         BO_o为转发器输出回退（dB）。

6.3 降雨衰减在链路计算中的考虑

6.3.1 考虑上行降雨衰减的计算方法

         上行降雨时，降雨对系统链路的影响取决于上行地球站是否有UPC功能以及UPC功率补偿能力。如果UPC不足以补偿降雨衰减，降雨对系统的影响不仅在上行链路本身，而且由于信号到达卫星接收端的功率下降，使卫星输出功率相应下降，导致下行链路C/N下降。同时，由于整体链路电平的下降，使C/I也相应下降，最终导致系统总载噪比C/N_T下降。

         地球站有UPC而且补偿能力足够时，信号到达卫星以及卫星占用的功率将保持不变，只是在上行雨天时需要增加发射功率。

         具体计算时，相对于晴天的计算，雨天时EIRP_sl和EIRP_el的计算公式如下：

         EIRP_sl = EIRP_ss –BO_ol –A_pu + A_UPC

         EIRP_el = SFD_s -BO_il– Gm² + L_u + L_at +A_UPC

         式中：

         EIRP_ss为卫星饱和EIRP，单位为分贝瓦（dBW）；

         BO_ol为链路载波的转发输出回退（dB）；

         A_pu为上行降雨衰减（计算方法见6.1.4.2） （dB）；

SFD_s为卫星饱和通量密度，单位为分贝瓦每平方米（dB（W/m²））；

         BO_il为链路载波的转发器输入回退（dB）；

         Gm²为卫星天线孔径单位面积增益，单位为分贝每平方米（dB/m²）;

L_u为上行自由空间传播损耗（计算方法见6.1.4.1）（dB）；

L_at为极化损耗、大气吸收损耗、发射天线指向误差损耗等损耗之和（dB）。

A_UPC为UPC实际功率补偿量（dB）。

其中，A_UPC = A_pu         A_UPC.max ＞ A_pu 时

         =A_UPC.max      A_UPC.max＜ A_pu 时

         =0           无UPC时

式中，A_UPC.max为UPC的最大功率补偿能力（dB）。

6.2节中其它公式和计算过程不变。

6.3.2 考虑下行降雨衰减的计算方法

         下行降雨时，各分项C/N和C/I的计算中，只会影响到下行载噪比C/N_d的计算，从而影响到系统载噪比C/N_T。

当考虑下行降雨衰减时，也同时需要考虑降雨衰减等效的地球站G/T下降量Δ(G/T_e)。C/N_d的计算变化为如下公式：

         C/N_d = EIRP_sl – L_d– L_ar - A_pd + G/T_e -Δ(G/T_e) – 10lg(BW_n)– k

EIRP_sl为卫星载波EIRP，单位为分贝瓦（dBW）。

L_d为下行自由空间传播损耗（计算方法见6.1.4.1）  （dB）；

L_ar为极化损耗、大气吸收损耗、接收天线指向误差损耗等损耗之和（dB）；

A_pd 为下行降雨衰减（计算方法见6.1.4.2） (dB)；

G/T_e为地球站G/T，单位为分贝每开尔文（dB/K）；

Δ(G/T_e)为下行降雨衰减等效的地球站G/T下降量（dB）；

BW_n为载波噪声带宽，单位为赫兹（Hz）；

k为玻尔兹曼常数，-228.6dB(W/(K·Hz))。

6.2节中其它公式与计算过程不变。

6.3.3 需要同时考虑上行降雨衰减和下行降雨衰减的计算方法

         需要同时考虑上行降雨衰减和下行降雨衰减时，6.3.1与6.3.2中的EIRP_sl和EIRP_el和C/N_d同时应用。

6.3.4 不同天气状况下的计算结果处理

         链路计算通常针对晴天、上行降雨和下行降雨三种天气状况分别计算。不同天气状况下根据以上的计算方法分别得出相应的系统余量、、发射功率等参数。

         地球站有UPC功能并满足降雨补偿要求时，上行降雨与上行晴天时的系统余量相等。考虑系统配置时，应保证下行降雨时的系统余量满足系统要求。同时，应保证上行可用度的降雨储备余量。

         地球站无UPC功能或者UPC功能不能完全补偿上行降雨衰减时，则应综合考虑上行降雨和下行降雨是的系统余量都能够满足系统要求。

7 链路计算示例

         为了更好地理解及应用本标准，本标准给出了部分参数的参考取值，并针对Ku频率给出了计算示例。参数参考取值见附录B，链路计算示例参见附录C。

附录A

（规范性附录）

链路计算流程示意

链路计算流程示意图A.1所示。

图A.1链路计算流程示意

附录B

（资料性附录）

部分参数参考取值

部分参考的参考取值见表B.1。

表B.1 部分参数参考取值

附录C

（资料性附录）

链路计算示例

链路计算示例见表C.1。

表C.1 链路计算示例

参考文献

[1]卫星通信系统（修订本，1994年4月第二版）吕海寰、蔡剑铭、甘仲民、陈九治编著，人民邮电出版社发行

[2]GB/T14733[1]-2005 电工术语空间无线电通信

[3] GB/T31262-2014 Ku频段静止中使用的卫星通信地球站通用技术要求

[4] GB/T31263-2014 Ku频段便携式卫星通信地球站通用技术要求

[5]Ku频段移动中使用的卫星通信地球站通用技术要求

[6]YD/T2475-2013卫星通信地球站设备低噪声变频放大器技术要求

[7]无线电规则（2012）【ITU Ragulations,(2012)】

[8]ITU决议902（WRC-03）在5925-6425MHz和14-14.5GHz上行频段卫星固定业务网络中运行的船载地球站的规定（ITU Resolution902(WRC-03)Provisions relating to earth stations located on board vessels whichoperate in fixed-satellite service networks in the uplink bands 5925-6425MHzand 14-14.5GHz）