海上衛(wèi)星通信中的最優(yōu)發(fā)射功率計(jì)算研究

楊晉寧　彭義東

摘 要：在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，衛(wèi)星通信事業(yè)也取得很大成績(jī)，為促進(jìn)海上衛(wèi)星通信事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，就需要對(duì)發(fā)射功率算法進(jìn)行科學(xué)的分析。文章通過(guò)建立模型，對(duì)雨衰條件下的最優(yōu)功率算法進(jìn)行研究，進(jìn)而提高通信穩(wěn)定性，降低轉(zhuǎn)發(fā)器飽和概率。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信；功率控制；載噪比；雨衰

由于衛(wèi)星通信存在很多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)中。由于海上通信相比于普通衛(wèi)星通信，有通信難度大與效率低等問(wèn)題，嚴(yán)重影響著相關(guān)行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。因此，針對(duì)海上通信存在的穩(wěn)定性，并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)研究，提出有效的改善措施。

1 建立計(jì)算模型

模型的建立是為更好地研究問(wèn)題，并解決問(wèn)題，因此，對(duì)最優(yōu)發(fā)射功率的計(jì)算要對(duì)鏈路噪聲比進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，所以模型選擇為海上衛(wèi)星通信載噪比計(jì)算模型[1]。在衛(wèi)星通信中載噪比是很重要的參數(shù)，也是衡量通信鏈路性能的唯一指標(biāo)。通過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)載噪比與通信鏈路性能呈正相關(guān)，當(dāng)數(shù)值越大時(shí)，通信鏈路性能就越好。而通信鏈路的暢通，只要鏈路余量大于0即可。在實(shí)際情況中，海上衛(wèi)星通信會(huì)受到諸多因素的干擾，這些影響因素也會(huì)對(duì)天線尺寸與發(fā)射的功率造成一定限制[2]。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)遭到干擾之后，工作人員要立刻趕到現(xiàn)場(chǎng)，并檢查造成問(wèn)題的原因，對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，在應(yīng)用中最為廣泛的是調(diào)整發(fā)射功率。

1.1 上行鏈路載噪比分析

對(duì)上行鏈路載噪比進(jìn)行計(jì)算，就要對(duì)上行鏈路損耗與艦船載發(fā)射機(jī)的EIRPE進(jìn)行合理計(jì)算，其計(jì)算方法如下：

EIRPEE=（G/T）S-K-（Lfu+Lou） -BN

在公式中，（G/T）S是品質(zhì)因數(shù)，Lou是上行鏈路損耗，而造成損耗的因素就有很多，包括各種環(huán)境因素。而K是固定值，為﹣228.6 dBW·Hz/K，BN是載波噪聲寬帶，而其也與諸多因素有關(guān)。通過(guò)上式的分析與計(jì)算，可以得出EIRPEE與PT有關(guān)，也就是船載衛(wèi)星天線發(fā)射功率。

有效全向輻射功率的計(jì)算主要是通過(guò)船載衛(wèi)星天線發(fā)射功率與天線益增的和，然后再減去船載發(fā)射天線饋線損耗求得。

在自由空間中，也會(huì)造成損耗，在損耗計(jì)算中，影響因素主要是通信頻率，同時(shí)，還會(huì)受到距離的影響，因此，在自由空間損耗中，要綜合這兩個(gè)因素進(jìn)行。

Lfu（dB）=92.45 + 20 lgfu（GHz）+20 lgdu（km）

在這個(gè)公式中，fu是鏈路的中心頻率，du是距離。

距離的計(jì)算比較復(fù)雜，需要知道衛(wèi)星發(fā)射站的地點(diǎn)，要精確到經(jīng)緯度，同時(shí)要將經(jīng)度進(jìn)行精確，這樣算出來(lái)的結(jié)果才會(huì)更加準(zhǔn)確與科學(xué)。通過(guò)對(duì)距離、發(fā)射功率等計(jì)算，可以利用公式得出上行鏈路載噪比的結(jié)果。

1.2 下行鏈路載噪比分析

對(duì)下行鏈路載噪比進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，主要是通過(guò)損耗與EIRPES得到的，因此計(jì)算公式可以表示為：

（C/N）d=EIRPES+（C/N）E-（Lfd+Lod）-K-BN

在公式中，可以清楚地看到下行鏈路載噪比的影響因素，其中（C/N）d是品質(zhì)因數(shù)，Lod為損耗。

對(duì)下行鏈路自由空間路徑損耗與上行鏈路計(jì)算方法一樣，這里就不多作贅述。

在而影響下行鏈路載噪比的因素還有EIRPES。但就目前來(lái)看，轉(zhuǎn)發(fā)器多為透明的，而當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器處于載波形式中的時(shí)候，必須在特性曲線中完成，這樣做可以有效降低對(duì)通信的不良影響。因此，本文進(jìn)行分析的時(shí)候，模型建立基礎(chǔ)是工作處于載波模式下。在載波模式下，功率放大器也具備一定特性，特性如圖1所示。

通過(guò)對(duì)圖形的分析，處于圖中曲線匯聚點(diǎn)就是單載波工作點(diǎn)，輸入通率的通量密度為SFD，這個(gè)時(shí)候的全向輻射功率為EIRPSS。當(dāng)處于載波工作模式下的時(shí)候，PFS=SFD-BOi，EIRPS=EIRPSS-BO0。因此，將放大器的增益值設(shè)為G，面積為Ae，對(duì)二者之間的關(guān)系可以表示為輸出功率為通量密度與面積之間的和，輸出全向輻射功率為：EIRPS=Pout+GS-LFTS

從而可得G= Pout-Pin。

通過(guò)計(jì)算，推導(dǎo)得出放大器增益G，進(jìn)而得出功率通量密度PFD。由G與PFD整理計(jì)算可知EIRPS。通過(guò)分析可以得出（C/N）d=PT+Y-Lou-Lod。

1.3 雨衰條件下的總載噪比

降雨會(huì)對(duì)鏈路性能造成很大影響，因此，在對(duì)載噪比進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，要對(duì)雨衰條件進(jìn)行充分考慮。在計(jì)算中，A0.01會(huì)受到通信頻率與天線仰角的影響。

雨衰是對(duì)通信鏈路影響最嚴(yán)重的問(wèn)題，因此，本文分析計(jì)算主要以降雨量對(duì)通信鏈路的影響為主。對(duì)雨衰計(jì)算是一次性完成的，因此，當(dāng)降雨量對(duì)雨衰進(jìn)行影響時(shí)，Lou=A0.01，Lod=0；當(dāng)降雨對(duì)下行鏈路造成影響時(shí)，Lou=0，Lod=A0.01。從而通過(guò)計(jì)算降雨得出雨衰對(duì)鏈路總載噪比。

2 海上衛(wèi)星通信最優(yōu)功率算法

2.1 最優(yōu)發(fā)射功率計(jì)算模型

鏈路暢通的決定條件是，門(mén)限總載噪比小于通信鏈路總載噪比。由于衛(wèi)星通信會(huì)受到各種因素的干擾，而鏈路噪比卻不同于衛(wèi)星通信，因此就需要將發(fā)射功率保持在合理的范圍內(nèi)，這樣才能使鏈路暢通。這樣做好處在于可以使鏈路保持可通狀態(tài)，且信號(hào)穩(wěn)定；防止通信出現(xiàn)中斷的情況；節(jié)省功率資源。

因此，在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，讓總噪比與門(mén)限載噪比相等，這時(shí)就可以計(jì)算得出發(fā)射最小功率。從而可以得出二者的關(guān)系：

交調(diào)因素對(duì)通信有很大影響，因此為有效降低干擾，就要防止轉(zhuǎn)發(fā)器太過(guò)飽和。所以在轉(zhuǎn)發(fā)器在工作的時(shí)候，保持在線性區(qū)域內(nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器位置在最大點(diǎn)位置的時(shí)候，PFD=SFD-BOi，并通過(guò)推導(dǎo)得出最大功率。

本文在進(jìn)行研究的時(shí)候，對(duì)各種干擾因素進(jìn)行全面考慮，對(duì)這些因素造成的傳輸損傷，要以鏈路應(yīng)預(yù)留一定余量，這樣才可以得到良好的效果。在長(zhǎng)期的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，功率值在（PTmin+3）Db，這樣才能取得最優(yōu)發(fā)射功率。

2.2 案例探究

本文通過(guò)中衛(wèi)10號(hào)衛(wèi)星實(shí)際案例參數(shù)進(jìn)行分析，并在不同環(huán)境中對(duì)最優(yōu)發(fā)射功率與鏈路載噪比進(jìn)行計(jì)算[3]。相關(guān)參數(shù)按照順序?yàn)椋好Q(chēng)為經(jīng)度、維度、發(fā)射增益、接受增益、品質(zhì)因數(shù)、損耗；A為122.3，32，40.5，39.67，17.75，3；單位為E，N，dBi，dBi，Db/k，Db。

接收站相關(guān)參數(shù)為：名稱(chēng)為經(jīng)度、維度、發(fā)射增益、接受增益、品質(zhì)因數(shù)、損耗；B為121.1，35，35.9，34.2，12.2，2.5；單位為E，N，dBi，dBi，Db/k，Db。

轉(zhuǎn)發(fā)器相關(guān)參數(shù)為：名稱(chēng)定點(diǎn)經(jīng)度、上行中心頻率、下行中心頻率、輸入回退、輸出回退、飽和通量密度、飽和全向輻射功率、品質(zhì)因數(shù)；中衛(wèi)10號(hào)為110.5，14.25，12.5，6，3，﹣90，49，5；單位為E，GHz，GHz，Db，Db，Dbw/m2，Dbw，Db/k。在實(shí)際業(yè)務(wù)中，要求Eb/N0=4 Db，這時(shí)候最優(yōu)發(fā)射功率在不同的環(huán)境下發(fā)射功率可以得到晴天與雨天條件下的發(fā)射功率比較。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)海上衛(wèi)星通信最優(yōu)發(fā)射功率算法以建立模型來(lái)進(jìn)行分析，對(duì)雨衰條件下對(duì)最優(yōu)發(fā)射功率計(jì)算的方法進(jìn)行闡述，進(jìn)而通過(guò)實(shí)際案例說(shuō)明其在不同環(huán)境下對(duì)最優(yōu)發(fā)射功率的影響也不同。

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