数字卫星转播车链路分析

1.前言

针对目前新闻时效性要求越来越高，新闻报道要求更快、更广、更活、更深、更近的方向发展，我台购置了一台新闻卫星车并于2009年5月投入使用，该车采用德国奔驰公司的Sprinter515CDI厢式车改装;卫星天线采用英国GIGASAT公司1.5m车载式天线。

新闻卫星通信质量不单单取决于占用的卫星功率和地球站的品质因素，它还受上行链路参数、卫星转发器工作点和一些外界参数的影响，为此需要进行整个通信链路计算。

用户提出业务信息容量和质量的需求，并选定通信卫星后，设计者进行链路计算。先由信息带宽算出占用转发器带宽的百分比（也是占用卫星功率的百分比），于是定出占用的卫星发射功率。

2.通信链路计算应考虑的因素

信息参数：

①信息速率Rb;②误码率（BER）;③向前纠错速率（FEC）;④调制方式;⑤每比特信号能量与噪声功率谱密度之比（Eb/N0）。

卫星性能：

①工作频率;②单载波饱和全向辐射有效功率（EI-RPS）;③卫星品质因数（[G/T]S）;④单载波饱和通量密度（[WS]）;⑤转发器带宽Bts;⑥集总输入补偿IPBi;⑦集总输出补偿IPBo;⑧多载波互调噪声。

这些参数是由卫星供应商提供

地面站（卫星车）相关参数：

①品质因数（[G/T]e）;②接收天线增益（GR）;③发射天线增益GT（由此导出地球站功放发射功率）; ④地球站经纬度（绍兴为：，）;⑤雨衰;⑥天线仰角。

信息的质量在模拟通信中以接收信息的信噪比（S/N）表示，在数字通信中以接收信息的误码率（BER）表示 这个参数又随解调前的载噪比（C/N）或比特能量与噪声功率谱密度比（Eb/N0）而变化，它们必须高于误码率决定的门限值（[C/N]th）[链路计算就是要计算上行、下行、卫星三部分对载噪比的影响。为了计算方便，除用载噪比（C/N）外，也常用载干比（C/I），载波噪声谱密度比（C/N0）载波噪声温度比（C/T）等来表示噪声或干扰对链路各部分的影响。（C/T）与（C/N），C/I的关系是：

式中[Bn]为信号的噪声带宽，k为波兹曼常数，k=1.38×10-23W/Hz.k。

3.链路计算

3.1 租用带宽

卫星传输链路采用Ku波段，信号压缩、传输采用MPEG-2/DVB-S国际标准。设计容量为一路模拟复合或SDI串行数字分量视频、4路模拟或AES/EBU数字音频（4路单声道或2路立体声）及辅助数据链路。数字视音频信号经MPEG-2编码后调制成70MHz卫星信号，编码调制一体机的一些参数如下：

FEC前向纠错：3/4（通常为1/2、2/3、3/4、5/6和7/8）

R.S.编码：204/188（Reed-Solomon编码率常用188/204）

调制方式 ：QPSK（调制因子为1/2）

视频信号码率取7.600 Mbps

2路立体声：0.512 Mbps

低速数据：0.064Mpbs

数据开销：5%

奈奎斯特滤波滚降系数取40%

载波带宽计算：

符号速率RS=（信息速率Rb/FEC编码率/R-S编码率）*调制因子

信号中频带宽：

如果有报头的话，应将其计入信息速率中。载波噪声带宽和占用带宽的取值应分别为符号速率的1.2倍和1.4倍。部分设备商强调其调制波的占用带宽可压缩到符号速率的1.35倍甚至1.3倍。

则：

则实际租用带宽为：Bn=9MHz

3.2 以亚洲五号Ku波段卫星转发器转发为例

其相关参数如下：

卫星位置：100.5°E（）

等效全向辐射功率：EIRPS=53dBW

转发器带宽：Bts=54MHz

饱和功率通量密度：SFD=-94dBW/m2

转发器输入补偿：Bi=6dB

转发器输出补偿：Bo=3dB

品质因素：[G/T]S=8dB/K

地面站相关参数：

位置（绍兴）：120.34°E;30.00°N

卫星车发射天线直径：DT=1.5M

卫星车天线发射增益：GT=45dB

电视台接收天线增益取GR=45dB

品质因素[G/T]e取26.5dB/K°

上行频率：f1=14.25GHZ

下行频率：f2=12.5GHZ

则：

天线仰角[1]：

天线方位角：

站星距：

其中

转发器集总输入补偿：

转发器集总输出补偿：

上行链路损耗：

下行链路传播损耗：

多载波EIRPEM：

则此时高功放所需最大输出功率为（考虑馈线系统损耗Let=0.8dB）：

卫星车是采用400W（26dB）高功放，考虑波导损耗0.8dB，则高功放行波管法兰口饱和输出功率约为330W（25.2dB），为避免非线性则回退3dB。

此时雨衰储备量（余量）为：

KU波段雨衰表

城市 经纬度（度） 仰角（度） 降雨强度

（mm/小时） 14.248GHz（垂直极化） 12.5GHz（水平极化）

经度（东经） 纬度（北纬） 99.90% 99.95% 99.98% 99.90% 99.95% 99.98%

dB dB dB dB dB dB

杭 州 120.2 30.3 48.6 63 5.54 7.55 11.07 4.64 6.32 9.26

由此可知上行链路可用度高达99.98%以上。

（1）上行链路

载波噪声温度比：

载噪比：

邻网干扰：

邻网的地球站对工作网的卫星会有干扰，干扰的谱密度与干扰地球站的位置、它的天线旁瓣特性、两个网中业务的频谱特性有关。电联CCIR Rec.588规定邻网地球站干扰对应的噪声占工作网链路总噪声的10%，即损耗为可以计入总损耗中去。邻网地球站的干扰也可以按卫星供应商提供的干扰功率谱密度的计算公式进行计算。如亚星公司提供的载干比的计算[2]按下式进行：

交叉极化干扰：

交叉极化干扰是工作网自身产生的同频干扰。卫星转发器采用极化隔离进行频率重复使用，而地球站天线或是卫星天线的极化隔离都不是理想的，极化隔离不好就引起交叉极化干扰。一般较好的卫星收发天线的交叉极化隔离优于33dB，地球站的交叉极化隔离优于35dB。实际上交叉极化干扰在24～30dB之间己可接受。亚星公司提供的公式计算：

上行总载噪比：

（2）下行链路

载波噪声温度比：

载噪比：

邻星干扰（亚星公司提供的计算）：

GRi为接收天线旁瓣在干扰星方向的增益，取23.45dB。

交叉极化干扰：

下行总载噪比：

（3）互调干扰

转发器多载波工作时，因输入输出特性的非线性影响，不但总输出功率要比单载波工作时小，还会产生新的频率（称之为互调产物）。虽然它不具有白噪声特性，但是为了计算分析方便 也引用互调等效噪声温度的概念，用C/M表示其影响。互调的大小与转发器末级功率放大器是选用有关（行波管放大器或固态功率放大器），还和功率放大器负载的占用程度有关。

（4）系统总载噪比

则有：

由此可知误码率Pe可达到10-4～10-5，故本系统是可以可靠地传输高质量的视、音频数据。

参考文献

[1]孙学康，张政.微波与卫星通信[M].人民邮电出版社， 2003.6

[2]陈道明.VAST卫星通信链路的计算[J].中国空间科学技术，1996年8月第4期.