海上衛星通信中的最優發射功率計算研究

楊晉寧　彭義東

摘 要：在我國社會經濟快速發展的背景下，衛星通信事業也取得很大成績，為促進海上衛星通信事業的穩定發展，就需要對發射功率算法進行科學的分析。文章通過建立模型，對雨衰條件下的最優功率算法進行研究，進而提高通信穩定性，降低轉發器飽和概率。

關鍵詞：衛星通信；功率控制；載噪比；雨衰

由于衛星通信存在很多優點，被廣泛應用于多個行業中。由于海上通信相比于普通衛星通信，有通信難度大與效率低等問題，嚴重影響著相關行業的穩定發展。因此，針對海上通信存在的穩定性，并結合實際情況進行科學研究，提出有效的改善措施。

1 建立計算模型

模型的建立是為更好地研究問題，并解決問題，因此，對最優發射功率的計算要對鏈路噪聲比進行科學計算，所以模型選擇為海上衛星通信載噪比計算模型[1]。在衛星通信中載噪比是很重要的參數，也是衡量通信鏈路性能的唯一指標。通過計算，發現載噪比與通信鏈路性能呈正相關，當數值越大時，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。在實際情況中，海上衛星通信會受到諸多因素的干擾，這些影響因素也會對天線尺寸與發射的功率造成一定限制[2]。在衛星通信系統遭到干擾之后，工作人員要立刻趕到現場，并檢查造成問題的原因，對現有的設備進行及時的調整，在應用中最為廣泛的是調整發射功率。

1.1 上行鏈路載噪比分析

對上行鏈路載噪比進行計算，就要對上行鏈路損耗與艦船載發射機的EIRPE進行合理計算，其計算方法如下：

EIRPEE=（G/T）S-K-（Lfu+Lou） -BN

在公式中，（G/T）S是品質因數，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。通過上式的分析與計算，可以得出EIRPEE與PT有關，也就是船載衛星天線發射功率。

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

在自由空間中，也會造成損耗，在損耗計算中，影響因素主要是通信頻率，同時，還會受到距離的影響，因此，在自由空間損耗中，要綜合這兩個因素進行。

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

在這個公式中，fu是鏈路的中心頻率，du是距離。

距離的計算比較復雜，需要知道衛星發射站的地點，要精確到經緯度，同時要將經度進行精確，這樣算出來的結果才會更加準確與科學。通過對距離、發射功率等計算，可以利用公式得出上行鏈路載噪比的結果。

1.2 下行鏈路載噪比分析

對下行鏈路載噪比進行計算的時候，主要是通過損耗與EIRPES得到的，因此計算公式可以表示為：

（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是品質因數，Lod為損耗。

對下行鏈路自由空間路徑損耗與上行鏈路計算方法一樣，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。但就目前來看，轉發器多為透明的，而當轉發器處于載波形式中的時候，必須在特性曲線中完成，這樣做可以有效降低對通信的不良影響。因此，本文進行分析的時候，模型建立基礎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。

通過對圖形的分析，處于圖中曲線匯聚點就是單載波工作點，輸入通率的通量密度為SFD，這個時候的全向輻射功率為EIRPSS。當處于載波工作模式下的時候，PFS=SFD-BOi，EIRPS=EIRPSS-BO0。因此，將放大器的增益值設為G，面積為Ae，對二者之間的關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。

通過計算，推導得出放大器增益G，進而得出功率通量密度PFD。由G與PFD整理計算可知EIRPS。通過分析可以得出（C/N）d=PT+Y-Lou-Lod。

1.3 雨衰條件下的總載噪比

降雨會對鏈路性能造成很大影響，因此，在對載噪比進行計算的時候，要對雨衰條件進行充分考慮。在計算中，A0.01會受到通信頻率與天線仰角的影響。

雨衰是對通信鏈路影響最嚴重的問題，因此，本文分析計算主要以降雨量對通信鏈路的影響為主。對雨衰計算是一次性完成的，因此，當降雨量對雨衰進行影響時，Lou=A0.01，Lod=0；當降雨對下行鏈路造成影響時，Lou=0，Lod=A0.01。從而通過計算降雨得出雨衰對鏈路總載噪比。

2 海上衛星通信最優功率算法

2.1 最優發射功率計算模型

鏈路暢通的決定條件是，門限總載噪比小于通信鏈路總載噪比。由于衛星通信會受到各種因素的干擾，而鏈路噪比卻不同于衛星通信，因此就需要將發射功率保持在合理的范圍內，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，且信號穩定；防止通信出現中斷的情況；節省功率資源。

因此，在進行計算的時候，讓總噪比與門限載噪比相等，這時就可以計算得出發射最小功率。從而可以得出二者的關系：

交調因素對通信有很大影響，因此為有效降低干擾，就要防止轉發器太過飽和。所以在轉發器在工作的時候，保持在線性區域內。當轉發器位置在最大點位置的時候，PFD=SFD-BOi，并通過推導得出最大功率。

本文在進行研究的時候，對各種干擾因素進行全面考慮，對這些因素造成的傳輸損傷，要以鏈路應預留一定余量，這樣才可以得到良好的效果。在長期的實踐中發現，功率值在（PTmin+3）Db，這樣才能取得最優發射功率。

2.2 案例探究

本文通過中衛10號衛星實際案例參數進行分析，并在不同環境中對最優發射功率與鏈路載噪比進行計算[3]。相關參數按照順序為：名稱為經度、維度、發射增益、接受增益、品質因數、損耗；A為122.3，32，40.5，39.67，17.75，3；單位為E，N，dBi，dBi，Db/k，Db。

接收站相關參數為：名稱為經度、維度、發射增益、接受增益、品質因數、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。

轉發器相關參數為：名稱定點經度、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、品質因數；中衛10號為110.5，14.25，12.5，6，3，﹣90，49，5；單位為E，GHz，GHz，Db，Db，Dbw/m2，Dbw，Db/k。在實際業務中，要求Eb/N0=4 Db，這時候最優發射功率在不同的環境下發射功率可以得到晴天與雨天條件下的發射功率比較。

3 結語

對海上衛星通信最優發射功率算法以建立模型來進行分析，對雨衰條件下對最優發射功率計算的方法進行闡述，進而通過實際案例說明其在不同環境下對最優發射功率的影響也不同。

[參考文獻]

[1]李朝輝，屈曉旭，婁景藝.一種基于業務可通條件下的衛星通信鏈路最優發射功率算法[J].通信技術，2017（4）：714-719.

[2]陳鵬，暢志賢，陳思宏，等.下行衛星認知無線電門限與功率聯合優化[J].系統工程與電子技術，2016（9）：2162-2170.

[3]劉瑩，單洪，胡以華，等.基于譜分析的衛星通信調制識別算法[J].火力與指揮控制，2017（1）：45-48.