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@@ -78,7 +78,7 @@
\section{空间传输特性}
\subsection{天线增益}
卫星使用天线进行上行信号的接收和下行信号的发射,并且实现对信道的放大处理。多波束天线主要包括了多波束相控阵天线、多波束透镜天线以及反射面天线等三种。反射面天线常用于同步轨道上卫星通信系统,透镜天线则应用较少。相控阵天线在多波束卫星通信系统中有着越来越广泛的应用,包括StarLink在内的近地轨道卫星全球互联网接入服务都是用了有源相控阵天线技术为了为用户提供技术服务。多波束卫星的相控阵卫星天线有多个相同的天线元间距均匀排列而成,通过波束形成网络激励生成所需要的不同形状的相互独立的波束,对波束的数目等进行灵活的配置与管理。下面以多波束天线为例,给出多波束卫星天线的传输模型。
卫星使用天线进行上行信号的接收和下行信号的发射,并且实现对信道的放大处理。多波束天线主要包括了多波束相控阵天线、多波束透镜天线以及反射面天线等三种。反射面天线常用于同步轨道的卫星通信系统,透镜天线则应用较少\supercite{阚茜2016衰落信道下波束卫星系统功率分配策略研究}。相控阵天线在多波束卫星通信系统中有着越来越广泛的应用,包括StarLink在内的近地轨道卫星全球互联网接入服务都是用了有源相控阵天线技术为了为用户提供技术服务。多波束卫星的相控阵卫星天线有多个相同的天线元间距均匀排列而成,通过波束形成网络激励生成所需要的不同形状的相互独立的波束,对波束的数目等进行灵活的配置与管理。下面以多波束天线为例,给出多波束卫星天线的传输模型。
天线增益是对一定方向上信号发射和接收的能力,天线在其最辐射方向上具有最大的增益,可以表示为:
\begin{equation}
@@ -154,7 +154,7 @@
\end{table}
\subsection{链路损耗}
卫星通信系统中,星地链路的传播特性影响并决定这系统的通信质量,本部分将介绍星地链路的基本传输特性与损耗特性,为后续建立系统模型进行铺垫。
卫星通信息系统中,系统的通信质量与信道容量等主要由卫星链路的传播特性决定,本部分将介绍星地链路的基本传输特性与损耗特性,为后续建立系统模型进行铺垫。
\subsubsection{路径损耗}
卫星通信与用户终端之间存在多种不同衰减的影响,使用分贝形式可以表达为
@@ -165,7 +165,7 @@
其中$L_f$ 代表自由空间传播损耗,$L_g$ 代表大气吸收损耗,$L_r$ 雨衰。
\begin{enumerate}[label=(\arabic*)]
\item 自由空间传播损耗:电磁波在星地之间进行传播时,信号能量将会随着距离的增加而进行扩散,由此会产生的传播损耗被称为自由空间传播损耗\supercite{ilvcev2017global}。自由空间传播损耗是最基本的传播损失,由于自由空间的传播损失,用户终端接收到的信号功率仅占发射功率极小部分。自由空间的传输损耗与传播距离的平方成正比,与载波波长成反比,由此定义自由空间传播损耗$L_f$为
\item 自由空间传播损耗:电磁波在星地之间进行传播时,信号能量将会随着距离的增加而进行扩散,由此会产生的传播损耗被称为自由空间传播损耗\supercite{阚茜2016衰落信道下波束卫星系统功率分配策略研究}。自由空间传播损耗是最基本的传播损失,由于自由空间的传播损失,用户终端接收到的信号功率仅占发射功率极小部分。自由空间的传输损耗与传播距离的平方成正比,与载波波长成反比,由此定义自由空间传播损耗$L_f$为
\begin{equation}
L_f = (\frac{4\pi d}{\lambda})^2 = (\frac{4\pi d f}{c})^2
@@ -193,7 +193,8 @@
\subsubsection{系统噪声}
在卫星通信系统中,从卫星发射端对接收端的信号检测解调过程中,都存在这噪声的干扰,根据奈奎斯特公式,噪声的功率为
% 在卫星通信系统中,从卫星发射端对接收端的信号检测解调过程中,都存在这噪声的干扰,根据奈奎斯特公式,噪声的功率为
电子元件中存在热扰动,由此会产生一定的热噪声,这一噪声被称为奈奎斯特噪声,热噪声的功率通常使用公式\ref{eq:noise}表达。
\begin{equation}
N = kTB
\label{eq:noise}
@@ -215,10 +216,12 @@ $P_t$是信号的发射功率,$G_r$与$G_t$分别代表终端的接收增益
EIPR = G_t P_t
\label{eq:eipr}
\end{equation}
用户终端和接收系统的性能可以使用系统的品质系数表征,记作$\frac{G}{T}$
,其含义是接收终端的增益和电路系统的噪声温度的比值。
为了衡量接收系统的性能,定义接收端天线增益与接收端系统噪声温度之比为接收系统的品质因数,记作$\frac{G}{T}$。
% 为了衡量接收系统的性能,定义接收端天线增益与接收端系统噪声温度之比为接收系统的品质因数,记作$\frac{G}{T}$。
载噪比$C/N$是接收到的载波功率与系统的噪声功率之间的比值,是衡量卫星链路质量情况的重要指标,接收端载噪比可以写为:
载噪比$C/N$是接收到的信号载波的功率与系统的噪声功率比值,反映了信号的质量,接收端载噪比可以写为:
\begin{equation}
C/N = \frac{P_r}{N} = \frac{P_tG_tG_r}{L_fL_0kTB}
\label{eq:CNR}