电信科学手艺第一研究所 吴波洋
摘要 以笔者在卫星转发器打点与卫星通信网培植的经验为基本，介绍卫星转发器在卫星资本、转发器打点、邻星协调、降雨衰耗和潜在干扰等方面临载波工作的潜在影响，以及在剖析和斗劲卫星转发器资本时所需注重的方方面面。
关头词 卫星通信，干扰协调，降雨衰耗
卫星转发器的手艺指标并不多，除了G/T、SFD和EIRP外，用户可关心的似乎只有工作频段、笼盖规模、以及单元带宽的房钱。其其实使用上，没有两段转发器频段是完全不异的。卫星操作者的打点经验，卫星天线与通信转发器的结构设计，出自邻星、反极化、以及本转发器其他用户的干扰，都可能影响使用效不美观。为此，用户在租赁转发器以前，应该尽可能多地体味和斗劲卫星资本。本文以笔者在卫星转发器打点与卫星通信网培植这两个方面的经验为基本，尽可能详尽地介绍在斗劲和选择卫星转发器资本时值得注重的方方面面，以供同业参考。
1 卫星资本
1.1 转发器参数
卫星转发器的首要参数为G/T、SFD和EIRP。此鱿脯G/T和SFD与卫星领受天线增益的对数值线性相关，EIRP则与卫星发送天线增益相关。应该注重到的是，卫星天线增益随工作频率与天线指向而变。是以，用户应要求卫星操作者供给特定转发器（而不是卫星）的G/T与EIRP分布图、以及特征城市的参数表。
G/T值是领受天线增益G与领受系统噪声温度T之比值。系统噪声温度首要由天线噪声温度和领受系统前置级放年夜器的噪声温度所组成。因为卫星天线指向噪声温度较高的地球概况，天线噪声温度远高于低噪声放年夜器的噪声温度， 是以，系统噪声温度首要由天线噪声温度所抉择。G/T值抉择了卫星领受系统的机能。某些卫星为了片面追求下行EIRP，设计中采用年夜口径发送天线配合小口径领受天线的体例。该体例的G/T值相对较低，为了保证足够的上行C/N，使用时必需响应提高上行EIRP。
饱和通量密度SFD的界说为，上行载波将转发器推到饱和时，在领受天线口面所达到的通量密度。SFD不是一个固定值，它可经由过程改变转发器内部电路的增益而获得调整。卫星参数表中所列的SFD对应于某个增益档设置值。在作链路估算时，应按照转发器现实所用的增益档对SFD作响应的批改。较为活络的SFD可以降低上行EIRP，但这时的载波相对轻易受上行干扰的影响。下文会指出，在某些场所，过于活络的SFD限制了上行EIRP，这将降低系统余量，并使卫星EIRP等机能得不到充实的操作。
EIRP为天线增益与功放输出功率之对数和。天线增益随频率而变，分歧转发器的功放输出功率略有分歧，功放输出端的传输损耗也因波导长度分歧而有差异，是以，各个转发器的下行EIRP也不尽不异。转发器在多载波工作时，需要恰当降低输出功率以避免交调干扰。响应的功率减小值被称为输出回退量。有些卫星转发器在功率放年夜器的前级插入用于减轻交调干扰的线化器，可以相对较少的输出回退知足多载波工作前提，年夜而提高了下行EIRP的操作率。此外，现实工作中所能使用的EIRP，有可能因为邻星协调的限制，而不得不低于卫星的设计参数。
1.2 工作频段
通信卫星凡是工作于6/4GHz的C频段和14/12GHz的Ku频段。Ku频段信道资阅暌闺C频段的分歧点首要在于：处事区小，卫星EIRP高，齐截工作前提下可用较小的天线，高降雨区难免有雨衰间断，卫星信道和地面射频设备的成本较高，与地面干扰和邻星干扰的协调斗劲简单。
Ku频段的工作频率远高于C频段， Ku天线的增益凡是比不异口径的C频段天线高6dB以上。不少人误认为，这就是Ku频段卫星通信可用小口径天线的原因。现实上，天线增益与空间传输损耗都与工作频率的平方成正比，Ku频段地面天线增益的提高刚好被传输损耗的增概缦悝抵消。Ku频段可用小口径领受天线的首要原因在于，Ku频段通信卫星的下行功率谱密度不像C频段那样受到限制，其下行EIRP凡是远高于C频段卫星。考虑到EIRP可以经由过程加年夜发射功率而获得提高，G/T中的噪声温度则受客不美观前提所限而无年夜改变，一般而言，Ku卫星领受系统的G/T值相对于C频段卫星的增幅，远低于EIRP的增幅。是以，Ku频段卫星地球站设备对功放输出功率的要求，凡是要高于C频段地球站。
C频段和Ku频段都包含常规与扩展频段。工作于常规频段的卫星地球站天线和射频设备的设计带宽凡是略年夜于500MHz。工作于扩展频段的设备因也通用于常规频段，其带宽多在800MHz摆布。扩展频段的地球站设备成本较高，但卫星信道成本较低，其邻星干扰也因使用并不普遍而相对较少。
1.3 卫星天线与处事区
为能充实操作频率资本，通信卫星年夜多采用正交极化频率改暌姑体例。凡是的做法是，转发器的上行和下行分袂工作于水安然安祥垂直极化。今世的卫星天线年夜多采用单馈源、成型反射面体例。为了知足复杂的增益分布要求，同时保证高增益和极化隔离度，设计时往往采用单极化的发送天线。这样，转发器的领受和发送就可能分袂工作在分歧的天线上。由此带来的问题是，尽管领受和发送天线都能保证极化隔离度要求，可是处事区中的特定地址对收、发天线的极化调整角可能并纷歧致。卫星操作者为了避免反极化干扰，凡是要求用户将地面天线的发极化隔离度调整到最佳点。如不美观收、发极化的调整角有较年夜的差异，可能使地面天线的收极化隔离度得不到保证。上文中曾经提到，有些卫星的领受天线口径比发送天线小，是以G/T值相对较低。为使上行C/N 不致过低，使用中需要相对换低SFD活络度，同时增添上行EIRP。提高上行EIRP意味着增年夜天线口径或者高功放输出功率，亦即增添地球站设备成本。因为以上原因，年夜使用者的角度出发，转发器的领受和发清偿是共輨匀噯瘩掿攺命匂清偿是共畫星的处事区较年夜，其笼盖规模凡是都包含年夜星上可见的年夜部门陆地。Ku频段卫星多因追求高EIRP，而将处事区限制在进口密度高和经济发家的地域。因为卫星操作者无法直接节制对转发器的干扰和犯警发射，较小的处事区可以削减来自处事区外干扰的可能性。是以，如不美观在可见的未来并没有扩展需求，专用的卫星通信网不应追求过年夜的处事区。
天线仰角也是选择通信卫星时的一项考虑身分。天线仰角过低时，通信波束穿越年夜气层的距离较长，其旁瓣领受到的地球噪声也较年夜，天线的G/T值将被降低。工作于Ku频段的天线还需考虑降雨衰耗的影响。可以设想，降雨高度一按时，仰角越低，穿越雨区的距离就越长，所受的雨衰也越年夜。为此，在卫星通信网的设计中，应使网内的绝年夜部门天线在指向所用卫星时都有较高的仰角。
2 卫星操作者与转发器打点
卫星操作者的打点能力至少和转发器的机能指标同样主要。合理的载波放置可以充实操作转发器的潜力，严酷的打点可以削减和避免用户抢占资本，雅缦丬的监测可以实时发现故障和干扰，完美的手艺撑持可以辅佐用户晋升系统能力息争除故障。经由过程对链路预算表的合理性搜检和载波频谱的不雅察看，用户可以年夜致判定卫星操作者的转发器打点能力。
用户在斗劲卫星资本的阶段可以要求卫星操作者供给链路预算表。链路预算表的体例多为，分袂计较上行和下行的C/T（或C/N），然后在加上几项干扰身分的C/T（或C/N）之后推算出系统C/N，最后求得系统余量。下行C/N由下行载波的EIRP与地面领受系统的G/T值所抉择。因为卫星操作者不能容忍用户载波独予瞰脾器功率，用户也不愿换用更年夜的领受天线，下行C/N是难以提高的。上行C/N由上行载波的EIRP与卫星系统的SFD和 G/T值所抉择，它可经由过程调低转发器的SFD活络度而且增添上行功率而获得提高。为此，在合理的链路预算表中，应使上行C/N高于下行C/N，年夜而使系统C/N接近于下行C/N。如不美观发现系统C/N远低于下行C/N，就可认为链路预算并不合理。还有一种简略单纯的测试体例为，要求卫星操作者在其链路预算软件中，将卫星EIRP减小3dB，如不美观求得的系统C/N和系统余量的减小量远低于3dB，则声名原有的链路预算不合理，没有充实操作卫星的EIRP机能。这也能年夜一个侧面声名转发器打点者的经验有限。
上述错误的发生原因，可能在于将某项干扰身分的C/T或C/N算得过差，也可能在于因将卫星的SFD活络度调得太高而限制了载波上行EIRP和上行C/N，其结不美观都表此刻，纺暌钩卫星EIRP与地面领受天线增益指标的下行C/N得不到充实的操作。SFD活络渡过高的情形多呈现于Ku频段。Ku频段最为人称颂的利益在于可用小口径天线。年夜上文可以体味到，下行链路因卫星EIRP较高而撑持小天线的应用，但上行链路因卫星G/T值不够高而往往需要较高的上行EIRP。Ku卫星要考虑雨衰抵偿，卫星天线增益的设计梯度斗劲年夜，处事区边缘的卫星G/T值更低。转发器的SFD活络度设置较低时，位于处事区边缘的地球站、以及需为高雨衰预留功率备余量的地球站的上行EIRP往往不足。出于成本上的考虑，凡是都采用加年夜天线口径、而不用提高发射功率的体例增添上行EIRP。由此看来，Ku频段的上行链路未必撑持小天线的应用。如不美观要坚持在这些EIRP不足的上行站使用小天线，卫星操作者只能将SFD活络度调高。高活络的SFD设置节约了用户在上行段的功放购置成本，但因上行C/N变差而拖低了系统C/N，反过滥暌怪华侈了下行链路的卫星EIRP和领受天线增益等机能。
用频谱仪不雅察看转发器上的用户载波，也能年夜致体味转发器的打点水平。用户载波在转发器上所占用的带宽资本和功率资阅暌功相对平衡。如不美观任由不自觉的用户随意增添载波功率，最终将使转发器工作于非线性区，年夜而引起严重的交调干扰。纺暌钩在频谱上，转发器上的分歧载波，非论带宽是宽是窄，载波幅度应年夜致相等。如不美观不雅察看到载波幅度凹凸悬殊，则可认为卫星操作者对用户的打点存在问题。在领受天线增益和下行EIRP年夜致不异的前提下斗劲载波频谱与链路预算中的C/N，也能发现问题。个体载波的幅度略高于链路预算结不美观，有可能是专供小口径天线领受的广播营业。如不美观个体载波的幅度远高于链路预算结不美观，则有可能是因为用户系统存在问题或者受蹬嘀才而被迫加年夜功率。这时，卫星操作者应在实时协助用户解决问题后，要求用户?扎襽凢闑頄咟?覿沂不美观转发器上的年夜都载波幅度都远高于链路预算结不美观，其原因可能是链路预算不正确或者转发器打点杂乱，甚至转发器在使用上存在潜在的问题。有前提的话，还可以斗劲分歧转发器上的载波频谱。如不美观不雅察看到某个挤满用户载波的转发器上的载波平均幅度远低于相邻转发器上的载波，同时也低于链路预算结不美观，则剖明该转发器上可能存在着严重的交调干扰，使载波的C/N因转发器的噪声底被抬高而降低。
3 邻星协调与邻星干扰
因为轨位资本日趋紧缺，通信卫星之间的轨位间距已年夜十年前的5度摆布缩小到现在的2.5度摆布。轨位间距的蹦窄提高了邻星干扰协调的难度，也增添了对载波发射的限制。按照国际电联的协调轨则，协调优先地位取决于卫星协调资料的发布日期，而不是卫星发射日期的先后。出于对己方卫星系统的呵护，也出于同业业竞争的原因，协调地位优先的一方凡是都对邻星营业提出较为苛刻的限制前提。用户在斗劲和选择转发器资本时，应注重体味邻星干扰协调的状况。
首先要体味的是有关卫星与其两侧的工作于同频段共处事区的邻星之间的轨位距离。距离越年夜，协调难度和互扰水平就越低。除了在轨邻星，已经发布协调资料而且正在打算发射中的邻星也应包含在发芽拜访规模之内。这是因为，待发射卫星的协调地位优先于在轨邻星的情形并不少见。
其次要询问有关卫星相对于每个邻星网路的协调地位、以及协调的完成情形。笼统的地位优先并不能保证不受邻星干扰。因为现实通信卫星所用的协调文件可能由前后几份资料组合而成，而分歧发布日期的资料相对于邻星的协调地位可能有优先与落伍之分，是以，即使被考绩卫星的协调地位在总体上优先于邻星，它的某些工作频段或者部门处事区若有可能相对落伍。考虑到国际电联在邻星协调方面只有理论上的权威，而没有现实的约束和制裁能力，干扰协调最终还得由有关双方经由过程构和而获得解决。
如不美观已经完成干扰协调，?姥柦巆纆寣拟?赁的转发器在上行和下行功率谱密度、以及地面天线口径等方面是否受到限制。如不美观协调地位并不优先，而且协调尚未完成，则需体味潜在的限制使用前提，并对可能发生的更坏结不美观做好思惟筹备。
4 降雨衰耗
C频段的降雨衰耗凡是都不会超出链路设计的余量。笔者曾经不美观测到，新加坡和台湾发送的C频段电视载波的上行EIRP都曾在暴雨时呈现过3到5dB的下降。用国际电联所建议的雨衰计较公式并不能求得如斯高的C频段雨衰量。仅有的合理诠释为，这类现象出于高仰角天线的主反射面因暴雨而形成积水，年夜而使天线增益遭到的年夜幅度降低。
降雨衰耗对Ku频段卫星通信的负面影响比预期的严重。在喷香港监测Ku频段卫星信标时发现，夏日阵雨时的短时刻下行降雨衰耗可达20dB甚至30dB。中国南部沿海某地所发的Ku载波在台风季节的上行雨衰，曾有持续半小时维持在10dB以上的记载。即使是位于中国北方的北京，Ku设备的 8dB上行功率节制量也不足以抵偿夏日阵雨所发生的降雨衰耗。由此看来，凡是能为系统预留的下行降雨余量、以及上行功率抵偿量，都不能抵偿短时刻的暴雨所发生的降雨衰耗。对于实时性不强的数据营业，由Ku雨衰所造成的误码和通信间断可以经由过程重发等手段获得解决。对于必需保证实时传输质量的数据营业，和音频、视频等持续的数据流营业，最好仍是选择在C频段上工作。
雨衰估算结不美观剖明，在齐截的降雨前提下，分歧频率和极化的载波所蒙受的雨衰也不不异。在Ku频段，频率高端的水平极化载波所受的雨衰最年夜，频率高端的垂直极化和频率低端的水平极化载波所受的雨衰居中，频率低端的垂直极化载波所受的雨衰最小。在选择Ku频段转发器时，应该考虑这一身分。
雨衰的计较公式为单元旅程的雨衰量与电波穿越斜距以及旅程缩短因子的乘积。此鱿脯电波穿越斜距为降雨高度与天线仰角的正弦值之商。一般说来，天线仰角越低，穿越斜距越长，雨衰量越年夜。可是，旅程缩短因子的计较公式考虑了电波穿越斜距在水平标的目的上的投影距离、以及降雨强度的影响。降雨高度越高，天线仰角越低，水平投影距离就越长，响应的旅程缩短因子也就越小。其物理诠释为，水平投影距离越长，电波笼盖在雨团中的部门就越少。此外，降雨强度越高，旅程缩短因子也越小。其诠释为，降雨强度越高，雨区在水平标的目的上的分布就越窄，电波被该强度雨区所笼盖的比例也就越小。旅程缩短因子的质ё仝天线仰角较低和雨量较年夜时可小至0.4摆布。为此，在考虑Ku频段降雨衰耗时，不必过度强调天线仰角的影响。
Ku频段卫星通信凡是采用上行站设备中的上行功率节制（UPC）、或者卫星转发器中的自动电平节制（ALC）抵偿降雨衰耗对上行载波的影响。ALC的工作事理为按照领受到的载波强度调整转发器的SFD活络度。它的使用前提为，转发器中的所有载波都由统一个地址发送上星。ALC的初始设置体例为，经由过程调整转发器 SFD，使在晴空前提下的载波上行功率略高于不采用ALC时。这是因为，若在晴空时不增添上行功率，降雨时就全靠提高SFD活络度以使下行EIRP维持不变。因为达到卫星的功率因雨衰而降低，上行C/N也随之下降，年夜而使系统C/N变差。可是，晴空时的上行功率也不能过高，因为这将增年夜对邻星和反极化转发器的干扰。UPC的工作事理为，按照检测到的当地雨衰量调整上行功率。采用UPC体例时，上下行C/N根基连结不变，但它要求上行站拥有足够的功率备余量。
5 潜在的干扰
5.1 转发器上的相邻载波
转发器上的载波枚举体例对交调干扰有必然的影响。原则上，多个载波不宜以不异的频率距离枚举，以避免使交调产物落在载波上。此外，可能发生较多交调产物的宽带载波应被安设在转发器的双方，以使其交调产物部门落在转发器的带外。不外，在放置宽带载波时，也应考虑到转发器边缘的幅频和相频特征凡是都比转发器的中心频段差。
采用MSK、CPFSK等调制体例的载波的带宽操作率较高，但其输出滤波器的滚降特征较差，在颇占用带宽之外的载波分量也多于PSK载波。窄带TDMA 和DAMA载波的上行站多，设备复杂，因操作失踪误或设备故障而发生的干扰也较难解除。有可能的话，所租赁的频段应尽可能远离这些载波。
5.2 反极化转发器
被放置在转发器中心频段的载波，可能因颇正处于反极化转发器之间的呵护带中，可以免受反极化干扰的影响。
TDMA载波和DAMA载波的分配频段由较多的上行站共用，如不美观其中有个?裙窄冁甖?妻枦兩中有个体站的枧?偶发的反极化干扰。因为干扰是以突发和随机形式呈现的，干扰站不易被发现。除非使系统遏制工作，而且逐站搜检，否则难以彻底解除反极化干扰。因为UPC能在雨衰时维持达到卫星的上行功率不变，而降雨时的极化隔离度会变差，是以在降雨时将加重反极化干扰。年夜避免和减轻反极化干扰考虑，凡是不但愿在所租赁频段的反极化有上述载波工作。
5.3 相邻转发器
如不美观被分配的工作频率在转发器的边缘，则但愿相邻转发器并不工作于ALC模式。ALC将使转发器的输出功率维持在某个预设值上。当上行载波功率因各类原因而降低时，转发器的增益将被自动调高。因为转发器输出滤波器的带宽往往年夜于转发器的标称带宽，搜罗相邻转发器边缘频段在内的噪声底也将随之而被抬高。受其影响，相邻转发器边缘频段的载波可能随噪声底而上下浮动，其规模可达10dB以上。被影响载波的C/N未被改变，可是电平的上下浮动可能使领受载波落于系统动态规模之外，年夜而影响到解调效不美观。
5.4 邻星干扰
若能不美观测到同频段的邻星载波，就能揣度我方所受邻星干扰的水平。一般说来，载波幅度越高，下行干扰越年夜。经验剖明，宽带载波多为年夜天线所发，因其天线波束较窄，上行干扰相对较小。反之，窄带载波多为小天线所发，其上行干扰相对较为严重。此外，窄带DAMA与TDMA载波除了发射天线口径较小以外，由操作失踪误或设备故障引起的不确定身分也较多。如不美观可以选择的话，最好避免与这类营业作邻人。
6 竣事语
在卫星资本、转发器打点、邻星协调、降雨衰耗和潜在干扰中，最首要的似乎是卫星机能。因为转发器打点和邻星协调在很年夜水平上影响到卫星机能是否能获得正常的阐扬，而降雨衰耗和潜在干扰可能在短时刻内影响载波的正常工作，后几个身分也应在选择卫星资本时加以考虑。现实上，卫星操作者未必愿意、在某种水平上也无法供给本文所介绍的所有资料，另一方面，可供用户选择的转发器资本也未必能在各方面都知足上述要求。是以，在斗劲和选择卫星资本时，着重点应该放在系统的不变工作和避免干扰上。考虑到现代通信卫星在机能上的差异并不年夜，为了确保转发器的正常使用和削减干扰，建议对邻星协协调转发器打点能力锥∽车的关注。
| 
