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摘要：为了使两个地面站能够通过卫星数据链路进行无线通信，设计了一个Ku频段卫星通信系统系統，数据速率为512kbit/s～4.096Mbit/s，速率可调步长为1比特/秒。选择相对简单的Ku波段地面站设计方案。信道的本地振荡器是固定频率，调制解调器的中频范围是950～1450。地面站的组件，如调制解调器，低噪声放大器，上变频单元，下变频单元，选自成熟的商业货架产品，降低设计风险与成本。
1引言
卫星通信系统具有频带宽，容量大，性能稳定，成本与通信距离无关的优点。超短波通信距离约为300公里，而卫星通信系统距离可超过2，000公里。短波通信距离长，但传输速率低。因此，建议选择卫星通信系统模式进行远程宽带无线通信。卫星通信系统有许多工作波段的频率，包括UHF，S，C，Ku与Ka。目前，国内主流的卫星通信系统波段的频率是Ku波段的频率，我在Ku波段的频率的工程设计方面有丰富的经验。根据用户的地理位置与物质条件，制了Ku波段卫星通信系统系统。
2.卫星资源的选择
在系统应用程序中，选择“中卫1号”卫星。该卫星有20个Ku波段转发器，预计将在轨道上运行超过15年。该卫星采用洛克希德马丁公司推出的21世纪商用通信卫星平台，具有模块化设计，高可靠性，高智能化，简单灵活的轨道测控操作，高功率，高接收灵敏度，支持多种通信服务。该卫星将为中国与南亚，西，东，中亚与东南亚提供波束覆盖。卫星的主要任务是确保国内邮电公共网络，主要公司的VSAT专用网络，广播与电视服务的通信，以及解决偏远地区的通信问题，并为邻国提供通信服务。
2.1面站卫星天线
对于卫星系统，在选择地面站卫星天线时应考虑以下因素：价格预算，安装系数与电气性能。综合考虑后，卫星天线的基本技术性能确定如下：
（1）天线形式：2.4m抛物面天线；
（2）传输频率：14.0～14.5ghz；
（3）接收频率：12.25～12.75GHz；
（4）传输增益：大于或等于48.5dbi；
（5）获得收益：47.5dbi或更高；
（6）地球站卫星天线G/T值：25.3dB/K.
2.2调制解调器
目前，在民用市场中，有各种各样的卫星通信系统调制解调器，价格适中，性能优良，包括频率固定的调制解调器与频率可变的调制解调器。此处列出了描述的调制解调器的基本技术性能：
（1）发中频率范围：可以覆盖950～1450MHz；
（2）接收频率范围：可覆盖950～1450MHz；
（3）发中电平范围：-40～0dBm；
（4）接收电平范围：-80～-40dBm；
（5）传输数据速率：512kbit/s～4.096Mbit/s，连续可变；
（6）接收数据速率：512kbit/s～4.096Mbit/s，连续可变；
（7）调制与解调：BPSK，QPSK与8PSK是可选的；
（8）编码方式：Turbo码；
（9）解调阈值：Eb/N04db（对应的误码率小于或等于1×10-6）。
2.3卫星数据链路通过以下等式计算
EIRPtr=（C/No）dn-ldn-（G/T）es+K.
EIRPes=（C/No）up-lup-（G/T）tr+K.
EIRPes=EIRPtr-upGtr-L.
其中，EIRPtr是应答器向数据链路提供的全向等效辐射功率
K：boltzmann常数
B：带宽（假设80kHz，数据速率64kb/s）
（C/I）：载波干扰比计算结果数据链路设计目标值（C/N）=10.2db。
在设计Ku波段卫星通信系统系统时，线路的（C/N）dn值的变化是相反的。当卫星增益非常高时，总（C/N）值由上游线路的（C/N）上升值确定。从计算结果中还可以看出，为了实现相同的设计目标，卫星转发器提供的EIRPtr随着卫星增益Gtr的增加而增加，虽然卫星转发器要求的EIRPtr逐渐增加，上线的（C/N）上升缓慢下降，而下线的（C/N）dn几乎呈线性增加。当卫星的Gtr增益非常高时，上行线路的（C/N）上升接近总体设计目标（C/N）值，并且（C/N）dn（C/N）上升，因此，下行线（C/N）dn的增加对整个系统来说意义不大。同时，可以看出，虽然卫星增益Gtr的增加可以减少地球站需要发射的EIRP，但是当（C/N）dn与（C/N）向上曲线相交时，随着卫星增益Gtr的增加，地球站发射的EIRP的下降变得非常缓慢，因此它对整个系统没有太大益处。
2.4上述计算结果显示了卫星数据链路中各种参数之间的关系。在进行系统设计时，链接设计者应注意以下几点：
（1）在系统设计中，不要片面追求卫星转发器的高增益。当地球站的增益很大时，选择卫星的低增益来提高上行线路的（C/N）上行值，以节省卫星的功率资源；（2）地球站（尤其是VSAT站）的EIRP应具有一定的余量。下雨与下雪时，EIRP可以得到改善。在设计Ku波段卫星通信系统系统时，应该更加注意上行数据链路。（3）主站的天线直径应根据主站的服务目的选择，并结合地球站的EIRP，C/T值与卫星增益Gtr。数据链路计算后，应确定天线的大小。更大的直径并不总是更好。为了设计合理的卫星天线系统，设计人员必须全面分析主站与远程站的站类型（天线直径，G/T值，经济成本等），卫星功率与带宽，仔细选择传输参数，并计算卫星数据链路。如果中国在建立c波段卫星通信系统系统方面有很多经验，那么目前Ku波段卫星通信系统系统缺乏类似的经验。在设计Ku波段卫星通信系统系统时，本文提出的问题值得关注。
3.结语
在Ku波段卫星通信系统的数据链路设计中，应综合考虑发射台的EIRP，接收天线的方位角，降雨衰减，数据链路噪声比与数据链路余量。在本文中，给出了链接计算的完整公式与程序。通过Ku波段卫星的数据链路计算，用户可以合理地管理与利用数据链路与卫星资源。在实际通信条件下，应考虑其他干扰，以完善数据链路设计过程。
参考文献：
[1]CAIjM，luhh，ganzM，etal。卫星通信系统系统[M]。第二版。北京：邮电出版社，2016（中文）
[2]蔡建明，吕海欢，甘忠民，等。卫星通信系统系统[M].2Ed.Beijing：人民邮电出版社，2018
[3]罗迪d。卫星通信系统[M]。第3版。张庚新，刘爱军，张航等，翻译。北京：人民邮电出版社，2017。
[4]刘旭东卫星通信系统技术[M]北京：。国防工业出版社，2017年
[5]陈振国，杨鸿文，郭文彬着卫星通信系统系统与技术[M]北京：。北京邮电大学出版社2016年。
[6]陈郑-郭，郭杨香港-温家宝，温家宝必应卫星通信系统系统与技术[M]冰晶：北京邮电大学免去其出版社，2017年。
[7]朱校通，郝建强。高轨卫星通信系统系统数据链路预算软件设计[J]。通信技术，2017，（7）：25-27。
（作者单位：南京熊猫汉达科技有限公司）
1引言
卫星通信系统具有频带宽，容量大，性能稳定，成本与通信距离无关的优点。超短波通信距离约为300公里，而卫星通信系统距离可超过2，000公里。短波通信距离长，但传输速率低。因此，建议选择卫星通信系统模式进行远程宽带无线通信。卫星通信系统有许多工作波段的频率，包括UHF，S，C，Ku与Ka。目前，国内主流的卫星通信系统波段的频率是Ku波段的频率，我在Ku波段的频率的工程设计方面有丰富的经验。根据用户的地理位置与物质条件，制了Ku波段卫星通信系统系统。
2.卫星资源的选择
在系统应用程序中，选择“中卫1号”卫星。该卫星有20个Ku波段转发器，预计将在轨道上运行超过15年。该卫星采用洛克希德马丁公司推出的21世纪商用通信卫星平台，具有模块化设计，高可靠性，高智能化，简单灵活的轨道测控操作，高功率，高接收灵敏度，支持多种通信服务。该卫星将为中国与南亚，西，东，中亚与东南亚提供波束覆盖。卫星的主要任务是确保国内邮电公共网络，主要公司的VSAT专用网络，广播与电视服务的通信，以及解决偏远地区的通信问题，并为邻国提供通信服务。
2.1面站卫星天线
对于卫星系统，在选择地面站卫星天线时应考虑以下因素：价格预算，安装系数与电气性能。综合考虑后，卫星天线的基本技术性能确定如下：
（1）天线形式：2.4m抛物面天线；
（2）传输频率：14.0～14.5ghz；
（3）接收频率：12.25～12.75GHz；
（4）传输增益：大于或等于48.5dbi；
（5）获得收益：47.5dbi或更高；
（6）地球站卫星天线G/T值：25.3dB/K.
2.2调制解调器
目前，在民用市场中，有各种各样的卫星通信系统调制解调器，价格适中，性能优良，包括频率固定的调制解调器与频率可变的调制解调器。此处列出了描述的调制解调器的基本技术性能：
（1）发中频率范围：可以覆盖950～1450MHz；
（2）接收频率范围：可覆盖950～1450MHz；
（3）发中电平范围：-40～0dBm；
（4）接收电平范围：-80～-40dBm；
（5）传输数据速率：512kbit/s～4.096Mbit/s，连续可变；
（6）接收数据速率：512kbit/s～4.096Mbit/s，连续可变；
（7）调制与解调：BPSK，QPSK与8PSK是可选的；
（8）编码方式：Turbo码；
（9）解调阈值：Eb/N04db（对应的误码率小于或等于1×10-6）。
2.3卫星数据链路通过以下等式计算
EIRPtr=（C/No）dn-ldn-（G/T）es+K.
EIRPes=（C/No）up-lup-（G/T）tr+K.
EIRPes=EIRPtr-upGtr-L.
其中，EIRPtr是应答器向数据链路提供的全向等效辐射功率
K：boltzmann常数
B：带宽（假设80kHz，数据速率64kb/s）
（C/I）：载波干扰比计算结果数据链路设计目标值（C/N）=10.2db。
在设计Ku波段卫星通信系统系统时，线路的（C/N）dn值的变化是相反的。当卫星增益非常高时，总（C/N）值由上游线路的（C/N）上升值确定。从计算结果中还可以看出，为了实现相同的设计目标，卫星转发器提供的EIRPtr随着卫星增益Gtr的增加而增加，虽然卫星转发器要求的EIRPtr逐渐增加，上线的（C/N）上升缓慢下降，而下线的（C/N）dn几乎呈线性增加。当卫星的Gtr增益非常高时，上行线路的（C/N）上升接近总体设计目标（C/N）值，并且（C/N）dn（C/N）上升，因此，下行线（C/N）dn的增加对整个系统来说意义不大。同时，可以看出，虽然卫星增益Gtr的增加可以减少地球站需要发射的EIRP，但是当（C/N）dn与（C/N）向上曲线相交时，随着卫星增益Gtr的增加，地球站发射的EIRP的下降变得非常缓慢，因此它对整个系统没有太大益处。
2.4上述计算结果显示了卫星数据链路中各种参数之间的关系。在进行系统设计时，链接设计者应注意以下几点：
（1）在系统设计中，不要片面追求卫星转发器的高增益。当地球站的增益很大时，选择卫星的低增益来提高上行线路的（C/N）上行值，以节省卫星的功率资源；（2）地球站（尤其是VSAT站）的EIRP应具有一定的余量。下雨与下雪时，EIRP可以得到改善。在设计Ku波段卫星通信系统系统时，应该更加注意上行数据链路。（3）主站的天线直径应根据主站的服务目的选择，并结合地球站的EIRP，C/T值与卫星增益Gtr。数据链路计算后，应确定天线的大小。更大的直径并不总是更好。为了设计合理的卫星天线系统，设计人员必须全面分析主站与远程站的站类型（天线直径，G/T值，经济成本等），卫星功率与带宽，仔细选择传输参数，并计算卫星数据链路。如果中国在建立c波段卫星通信系统系统方面有很多经验，那么目前Ku波段卫星通信系统系统缺乏类似的经验。在设计Ku波段卫星通信系统系统时，本文提出的问题值得关注。
3.结语
在Ku波段卫星通信系统的数据链路设计中，应综合考虑发射台的EIRP，接收天线的方位角，降雨衰减，数据链路噪声比与数据链路余量。在本文中，给出了链接计算的完整公式与程序。通过Ku波段卫星的数据链路计算，用户可以合理地管理与利用数据链路与卫星资源。在实际通信条件下，应考虑其他干扰，以完善数据链路设计过程。
参考文献：
[1]CAIjM，luhh，ganzM，etal。卫星通信系统系统[M]。第二版。北京：邮电出版社，2016（中文）
[2]蔡建明，吕海欢，甘忠民，等。卫星通信系统系统[M].2Ed.Beijing：人民邮电出版社，2018
[3]罗迪d。卫星通信系统[M]。第3版。张庚新，刘爱军，张航等，翻译。北京：人民邮电出版社，2017。
[4]刘旭东卫星通信系统技术[M]北京：。国防工业出版社，2017年
[5]陈振国，杨鸿文，郭文彬着卫星通信系统系统与技术[M]北京：。北京邮电大学出版社2016年。
[6]陈郑-郭，郭杨香港-温家宝，温家宝必应卫星通信系统系统与技术[M]冰晶：北京邮电大学免去其出版社，2017年。
[7]朱校通，郝建强。高轨卫星通信系统系统数据链路预算软件设计[J]。通信技术，2017，（7）：25-27。
（作者单位：南京熊猫汉达科技有限公司）