Satellitenkommunikation - Link Budget

In Satellitenkommunikationssystemen gibt es zwei Arten von Leistungsberechnungen. Das sind Sende- und Empfangsleistungsberechnungen. Im Allgemeinen werden diese Berechnungen als bezeichnetLink budget calculations. Die Leistungseinheit istdecibel.

Lassen Sie uns zunächst die grundlegende Terminologie diskutieren, die in Link Budget verwendet wird, und dann werden wir die Berechnungen von Link Budget erläutern.

Grundbegriffe

Ein isotropic radiator(Antenne) strahlt gleichmäßig in alle Richtungen. Aber praktisch existiert es nicht. Es ist nur eine theoretische Antenne. Wir können die Leistung aller realen (praktischen) Antennen in Bezug auf diese Antenne vergleichen.

Leistungsflussdichte

Angenommen, ein isotroper Strahler befindet sich in der Mitte der Kugel mit dem Radius r. Wir wissen, dass die Leistungsflussdichte das Verhältnis von Leistungsfluss und Flächeneinheit ist.

Power flux density, $ \ Psi_i $ eines isotropen Strahlers ist

$$ \ Psi_i = \ frac {p_s} {4 \ pi r ^ 2} $$

Wobei $ P_s $ der Kraftfluss ist. Im Allgemeinen variiert die Leistungsflussdichte einer praktischen Antenne mit der Richtung. Aber es istmaximum value wird nur in eine bestimmte Richtung sein.

Antennengewinn

Das gain der praktischen Antenne ist definiert als das Verhältnis der maximalen Leistungsflussdichte der praktischen Antenne und der Leistungsflussdichte der isotropen Antenne.

Daher ist der Gewinn der Antenne oder Antenna gainG ist

$$ G = \ frac {\ Psi_m} {\ Psi_i} $$

Dabei ist $ \ Psi_m $ die maximale Leistungsflussdichte einer praktischen Antenne. Und $ \ Psi_i $ ist die Leistungsflussdichte des isotropen Strahlers (Antenne).

Äquivalente isotrope Strahlungsleistung

Die äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) ist der Hauptparameter, der bei der Messung des Verbindungsbudgets verwendet wird. Mathematicallykann geschrieben werden als

$$ EIRP = G \: \: P_s $$

Wir können EIRP in vertreten decibels wie

$$ \ left [EIRP \ right] = \ left [G \ right] + \ left [P_s \ right] dBW $$

Wo, Gist die Verstärkung der Sendeantenne und $ P_s $ ist die Leistung des Senders.

Übertragungsverluste

Die Differenz zwischen der an einem Ende gesendeten und an der Empfangsstation empfangenen Leistung ist bekannt als Transmission losses. Die Verluste können in 2 Typen eingeteilt werden.

• Ständige Verluste
• Variable Verluste

Die konstanten Verluste wie Feeder-Verluste sind bekannt als constant losses. Unabhängig davon, welche Vorsichtsmaßnahmen wir getroffen haben könnten, müssen diese Verluste dennoch auftreten.

Eine andere Art von Verlusten sind variable loss. Der Himmel und die Wetterbedingungen sind ein Beispiel für diese Art von Verlust. Bedeutet, wenn der Himmel nicht klar ist, erreicht das Signal den Satelliten nicht effektiv oder umgekehrt.

Daher beinhaltet unser Verfahren die Berechnung der Verluste aufgrund klaren Wetter oder klaren Himmels Zustand als 1 ^st , da diese Verluste konstant sind. Sie werden sich mit der Zeit nicht ändern. Dann in 2 ^nd Schritt können wir die Verluste aufgrund von schlechtem Wetter Zustand berechnen.

Budgetberechnungen verknüpfen

Es gibt zwei Arten von Linkbudgetberechnungen, da es zwei Links gibt, nämlich uplink und downlink.

Uplink der Erdstation

Es ist der Prozess, bei dem die Erde das Signal an den Satelliten sendet und der Satellit es empfängt. Es istmathematical equation kann geschrieben werden als

$$ \ left (\ frac {C} {N_0} \ right) _U = [EIRP] _U + \ left (\ frac {G} {T} \ right) _U - [LOSSES] _U -K $$

Wo,

• $ \ left [\ frac {C} {N_0} \ right] $ ist das Verhältnis von Träger zu Rauschdichte

• $ \ left [\ frac {G} {T} \ right] $ ist das G / T-Verhältnis des Satellitenempfängers und die Einheiten sind dB / K.

Hier stellen Verluste die Verluste der Satellitenempfänger-Einspeisung dar. Die von der Frequenz abhängigen Verluste werden alle berücksichtigt.

Der EIRP-Wert sollte für einen effektiven UPLINK so niedrig wie möglich sein. Und dies ist möglich, wenn der Himmel klar ist.

Hier haben wir die (tiefgestellte) Notation „U“ verwendet, die das Uplink-Phänomen darstellt.

Satelliten-Downlink

In diesem Prozess sendet der Satellit das Signal und die Bodenstation empfängt es. Die Gleichung ist dieselbe wie beim Satelliten-Uplink, mit dem Unterschied, dass wir überall die Abkürzung "D" anstelle von "U" verwenden, um die Downlink-Phänomene zu bezeichnen.

Es ist mathematical Gleichung kann geschrieben werden als;

$$ \ left [\ frac {C} {N_0} \ right] _D = \ left [EIRP \ right] _D + \ left [\ frac {G} {T} \ right] _D - \ left [LOSSES \ right] _D - K $$

Wo,

• $ \ left [\ frac {C} {N_0} \ right] $ ist das Verhältnis von Träger zu Rauschdichte
• $ \ left [\ frac {G} {T} \ right] $ ist das G / T-Verhältnis des Empfängers der Bodenstation und die Einheiten sind dB / K.

Hier alle Verluste, die rund um Bodenstationen vorhanden sind.

In der obigen Gleichung haben wir die Signalbandbreite B nicht berücksichtigt. Wenn wir jedoch einschließen, dass die Gleichung wie folgt modifiziert wird.

$$ \ left [\ frac {C} {N_0} \ right] _D = \ left [EIRP \ right] _D + \ left [\ frac {G} {T} \ right] _D - \ left [LOSSES \ right] _D -KB $$

Budget verknüpfen

Wenn wir den Bodensatelliten berücksichtigen, sollte auch der Ausbreitungsverlust des freien Raums (FSP) berücksichtigt werden.

Wenn die Antenne nicht richtig ausgerichtet ist, können Verluste auftreten. also nehmen wirAML(Antennenfehlausrichtungsverluste) berücksichtigt. Wenn das Signal vom Satelliten zur Erde kommt, kollidiert es mit der Erdoberfläche und einige von ihnen werden absorbiert. Diese werden durch den atmosphärischen Absorptionsverlust von berücksichtigt“AA” und gemessen in db.

Jetzt können wir die Verlustgleichung für den freien Himmel als schreiben

$$ Verluste = FSL + RFL + AML + AA + PL $$

Wo,

• RFL steht für Received Feeder Loss und Units sind db.

• PL steht für Polarisationsfehlanpassungsverlust.

Jetzt die decibel equation für empfangene Leistung kann geschrieben werden als

$$ P_R = EIRP + G_R + Verluste $$

Wo,

• $ P_R $ steht für die Empfangsleistung, die in dBW gemessen wird.
• $ G_r $ ist der Antennengewinn des Empfängers.

Das Entwerfen von Downlink ist kritischer als das Entwerfen von Uplink. Aufgrund von Leistungsbeschränkungen, die zum Senden und Verstärken der Antenne erforderlich sind.