基于南方Ku波段衛(wèi)星通信雨衰分析及對抗措施分析

李吉

摘 要：在對雨衰現(xiàn)象的分析研究中，研究人員逐漸認(rèn)識到其對Ku波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的影響作用。此外，雨衰還是影響Ku波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)性能高低的重要因素之一。本文對Ku波段衛(wèi)星通信中雨衰產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了相關(guān)介紹，并在其機(jī)理認(rèn)識基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析其對信道產(chǎn)生的影響作用。

關(guān)鍵詞：Ku波段衛(wèi)星通信 雨衰 分析 措施

中圖分類號：TN925 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（c）-0140-02

1 對南方Ku波段衛(wèi)星通信雨衰分析

1.1 雨衰產(chǎn)生分析

雨衰的產(chǎn)生，主要是電波穿過降雨的區(qū)域時，由于降雨過程不僅能夠?qū)﹄姴芰坑幸欢ǖ奈兆饔茫瑫r在其過程實(shí)施環(huán)節(jié)還能夠?qū)﹄姴óa(chǎn)生一定的散射作用。當(dāng)電波穿過降雨的區(qū)域時，由于發(fā)生的吸收作用以及散射作用，使得電波出現(xiàn)衰減現(xiàn)象。在這一環(huán)節(jié)，由于散射過程將會導(dǎo)致大范圍無線電受到干擾，為此，則可能造成電波出現(xiàn)一定的去極化效應(yīng)。上述現(xiàn)象及作用原理產(chǎn)生的衰減和干擾則稱為雨衰。

1.2 雨衰對南方Ku波段衛(wèi)星通信的影響

由于不同強(qiáng)度的降雨會導(dǎo)致不同的衰耗表現(xiàn)，為此，在分析電波Ku波段上行線路時，需要根據(jù)不同的數(shù)據(jù)做出一定的分析。在分析Ku波段衰減現(xiàn)象時，需要對其非選擇性能進(jìn)行重點(diǎn)分析，由于Ku波段衰減現(xiàn)象具有緩慢的時變特性，為此在發(fā)生衰耗現(xiàn)象時，則可能導(dǎo)致信號劣化，從而進(jìn)一步影響到整個系統(tǒng)的可用性。因此，在分析南方Ku波段衛(wèi)星通信時，需要對雨衰問題進(jìn)行重點(diǎn)分析，并實(shí)現(xiàn)分析環(huán)節(jié)的科學(xué)化，從而促進(jìn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計過程的有序進(jìn)行。在分析研究環(huán)節(jié)，由于雨衰的大小與雨滴的直徑、雨滴的波長之間的比值存在著密切的關(guān)系，為此，在分析環(huán)節(jié)如果出現(xiàn)信號的波長比雨滴大時，則需要考慮散射衰減在其環(huán)節(jié)發(fā)揮的決定性作用。此外，無論發(fā)生的吸收作用或是散射作用，其作用效果都可能使得電波在傳播方向受到一定的影響，從而使得出現(xiàn)衰減現(xiàn)象；在這一環(huán)節(jié)，由于電磁波的波長與雨滴直徑之間的相關(guān)性直接影響到雨衰的作用效果，則會導(dǎo)致電磁波的波長與雨滴直徑之間的比值更接近。

1.3 雨衰對降雨噪聲的影響

在降雨過程中，還會產(chǎn)生由于對電磁波的吸收衰減，而導(dǎo)致對地球站產(chǎn)生熱噪聲。由于這種降雨噪聲被折合到接收天線輸入端，就會直接等效為天線的熱噪聲，并對接收信號的載噪比產(chǎn)生較大的影響。研究表明，這種接收信號的載噪比的變化與衰減量的大小之間呈現(xiàn)出密切的關(guān)系。且根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出，天線的仰角與降雨噪聲之間呈現(xiàn)反比關(guān)系，即天線的仰角越高，則產(chǎn)生的降雨噪聲影響就越小。這種比例產(chǎn)生的主要原因是，當(dāng)電磁波穿過降雨的路徑較短時，則產(chǎn)生的衰減量就會降低。為此，在具體研究環(huán)節(jié)需要將兩者之間的變化相關(guān)性進(jìn)一步明確。例如，當(dāng)沒有產(chǎn)生雨衰時，則噪聲溫度不會出現(xiàn)變化；而當(dāng)沒有產(chǎn)生波導(dǎo)損耗時，此時的噪聲溫度影響因素只與降雨衰減量密切相關(guān)。這是由于噪聲溫度的增加與接收系統(tǒng)的G/T值密切相關(guān)，其具體數(shù)值變化與接收信號的載噪比密切相關(guān)，同時，還對信號可用度產(chǎn)生一定的影響，其影響比重相對于降雨衰減變化更加明顯。

1.4 雨衰與去極化現(xiàn)象

前文主要針對降雨造成的電波衰減現(xiàn)象開展相關(guān)分析，同時好像要考慮其產(chǎn)生的去極化作用。為此，在分析降雨對電波的吸收性能與散射特性時，還需要將入射波的極化波面作為影響因素加以重點(diǎn)考慮。在分析去極化現(xiàn)象時，由于受空氣阻力的影響，雨滴的形狀會產(chǎn)生一定的形變，主要變成略微扁平的形狀。此時，雨滴的兩個軸向引起的衰減即微分衰減對單極化傳輸系統(tǒng)造成的影響幅度較小。但是，如果出現(xiàn)正交極化復(fù)用的雙極化傳輸系統(tǒng)作業(yè)時，則可能導(dǎo)致極化隔離度降低，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)正交極化的信號之間的互相作用影響加大，并實(shí)現(xiàn)干擾性的加大。在分析這種降雨引起的去極化現(xiàn)象時，需要對線極化現(xiàn)象與圓極化現(xiàn)象產(chǎn)生的影響進(jìn)行綜合分析。

2 降低南方Ku波段衛(wèi)星通信雨衰措施分析

2.1 鏈路的備余量

在實(shí)現(xiàn)南方Ku波段抗雨衰策略分析時，必須實(shí)現(xiàn)某一具體區(qū)域的降雨衰減措施的有效落實(shí)。為此，在具體措施分析環(huán)節(jié)，需要開展長期的觀察測量，并對觀察測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的記錄，在基于長期連續(xù)的降雨實(shí)測數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)某一具體區(qū)域精確的降雨統(tǒng)計數(shù)據(jù)的獲取，并進(jìn)一下對其特性詳細(xì)了解。最終，通過科學(xué)的實(shí)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)計算具體區(qū)域的降雨衰減。在實(shí)現(xiàn)上述環(huán)節(jié)的過程中，通過對降雨統(tǒng)計特性的補(bǔ)充完善，進(jìn)一步提高降雨衰減真實(shí)情況分析的科學(xué)性。其中，鏈路的備余量策略分析是主要部分。鏈路的備余量常見于傳統(tǒng)通信鏈路設(shè)計當(dāng)中，例如，在對干旱地區(qū)分析環(huán)節(jié)，可以利用鏈路余量實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可用度高標(biāo)準(zhǔn)的滿足。但是，在考慮高降雨地區(qū)的具體狀況時，該標(biāo)準(zhǔn)則表現(xiàn)出了一定的局限性，為此，表現(xiàn)在適當(dāng)鏈路余量考慮基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)其他方法的綜合考慮。

2.2 利用功率控制實(shí)現(xiàn)措施科學(xué)性

基于南方Ku波段的衛(wèi)星通信系統(tǒng)分析環(huán)節(jié)，還需要將地球站的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究，從而使通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，并為提高其可靠性奠定基礎(chǔ)。此外，其穩(wěn)定性與可靠性提高的同時，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信應(yīng)用范圍的擴(kuò)大化，從而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信資源的有效利用和科學(xué)節(jié)約。

2.3 利用編碼技術(shù)進(jìn)行措施分析

利用編碼技術(shù)以及降低速率的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)南方Ku波段抗雨衰策略的合理性。在具體實(shí)施環(huán)節(jié)，當(dāng)出現(xiàn)雨衰較大時，一般采用前向糾錯編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳輸出現(xiàn)的誤碼率大大降低。此外，通過減小編碼率實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理的科學(xué)化，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)自動功率控制系統(tǒng)建設(shè)的有序化，從而提高對抗降雨衰耗的有效性，并進(jìn)一步降低其影響范圍。因此，在利用編碼技術(shù)進(jìn)行措施分析時，必須采用自適應(yīng)功率控制技術(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通信容量的有效提高，從而保證鏈路可靠性的高標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)現(xiàn)編碼技術(shù)進(jìn)行措施分析時，還需要對其基本原理進(jìn)行分析。其中，減碼率減小與獲得的編碼增益之間密切相關(guān)，且減小編碼率還會出現(xiàn)系統(tǒng)容量減小的情況。此外，在克服雨衰的影響方面，還可以通過對自適應(yīng)速率降低技術(shù)的采用，來提高其應(yīng)用的科學(xué)性。

2.4 空間分集技術(shù)的合理利用

南方地區(qū)由于常見多雨天氣且大部分地區(qū)的衛(wèi)星仰角較低，且由于南方Ku波段性質(zhì)的特殊性，則可能導(dǎo)致降雨衰減作用影響效果比較明顯。此外，采用空間分集技術(shù)能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對抗措施的有效性。這是一種很有效的辦法。空間分集技術(shù)的合理利用，其作業(yè)原理主要是利用降雨的空間分布不均勻特性開展的相關(guān)分析。其中，在相隔一定距離的兩個地點(diǎn)設(shè)置對應(yīng)的地球站，從而利用兩個地球站實(shí)現(xiàn)信號的分集接收效果。該作業(yè)原理的實(shí)現(xiàn)，通過對鏈路降雨衰耗進(jìn)行正確的計算，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)地球站的發(fā)射功率的有效調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)雨衰的動態(tài)補(bǔ)償。此外，利用先進(jìn)的衛(wèi)星系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器自適應(yīng)功率控制的有序化，還能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)雨衰對Ku波段衛(wèi)星通信的影響降低。

3 結(jié)語

本文對Ku波段衛(wèi)星通信中雨衰產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了相關(guān)介紹，并在其機(jī)理認(rèn)識基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析其對信道產(chǎn)生的影響作用。并基于研究分析基礎(chǔ)，提出了減少雨衰對Ku波段衛(wèi)星通信的不利影響，從而提高其措施的可行性與科學(xué)性。

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