海上卫星通信中的最优发射功率计算研究

杨晋宁　彭义东

摘 要：在我国社会经济快速发展的背景下，卫星通信事业也取得很大成绩，为促进海上卫星通信事业的稳定发展，就需要对发射功率算法进行科学的分析。文章通过建立模型，对雨衰条件下的最优功率算法进行研究，进而提高通信稳定性，降低转发器饱和概率。

关键词：卫星通信；功率控制；载噪比；雨衰

由于卫星通信存在很多优点，被广泛应用于多个行业中。由于海上通信相比于普通卫星通信，有通信难度大与效率低等问题，严重影响着相关行业的稳定发展。因此，针对海上通信存在的稳定性，并结合实际情况进行科学研究，提出有效的改善措施。

1 建立计算模型

模型的建立是为更好地研究问题，并解决问题，因此，对最优发射功率的计算要对链路噪声比进行科学计算，所以模型选择为海上卫星通信载噪比计算模型[1]。在卫星通信中载噪比是很重要的参数，也是衡量通信链路性能的唯一指标。通过计算，发现载噪比与通信链路性能呈正相关，当数值越大时，通信链路性能就越好。而通信链路的畅通，只要链路余量大于0即可。在实际情况中，海上卫星通信会受到诸多因素的干扰，这些影响因素也会对天线尺寸与发射的功率造成一定限制[2]。在卫星通信系统遭到干扰之后，工作人员要立刻赶到现场，并检查造成问题的原因，对现有的设备进行及时的调整，在应用中最为广泛的是调整发射功率。

1.1 上行链路载噪比分析

对上行链路载噪比进行计算，就要对上行链路损耗与舰船载发射机的EIRPE进行合理计算，其计算方法如下：

EIRPEE=（G/T）S-K-（Lfu+Lou） -BN

在公式中，（G/T）S是品质因数，Lou是上行链路损耗，而造成损耗的因素就有很多，包括各种环境因素。而K是固定值，为﹣228.6 dBW·Hz/K，BN是载波噪声宽带，而其也与诸多因素有关。通过上式的分析与计算，可以得出EIRPEE与PT有关，也就是船载卫星天线发射功率。

有效全向辐射功率的计算主要是通过船载卫星天线发射功率与天线益增的和，然后再减去船载发射天线馈线损耗求得。

在自由空间中，也会造成损耗，在损耗计算中，影响因素主要是通信频率，同时，还会受到距离的影响，因此，在自由空间损耗中，要综合这两个因素进行。

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

在这个公式中，fu是链路的中心频率，du是距离。

距离的计算比较复杂，需要知道卫星发射站的地点，要精确到经纬度，同时要将经度进行精确，这样算出来的结果才会更加准确与科学。通过对距离、发射功率等计算，可以利用公式得出上行链路载噪比的结果。

1.2 下行链路载噪比分析

对下行链路载噪比进行计算的时候，主要是通过损耗与EIRPES得到的，因此计算公式可以表示为：

（C/N）d=EIRPES+（C/N）E-（Lfd+Lod）-K-BN

在公式中，可以清楚地看到下行链路载噪比的影响因素，其中（C/N）d是品质因数，Lod为损耗。

对下行链路自由空间路径损耗与上行链路计算方法一样，这里就不多作赘述。

在而影响下行链路载噪比的因素还有EIRPES。但就目前来看，转发器多为透明的，而当转发器处于载波形式中的时候，必须在特性曲线中完成，这样做可以有效降低对通信的不良影响。因此，本文进行分析的时候，模型建立基础是工作处于载波模式下。在载波模式下，功率放大器也具备一定特性，特性如图1所示。

通过对图形的分析，处于图中曲线汇聚点就是单载波工作点，输入通率的通量密度为SFD，这个时候的全向辐射功率为EIRPSS。当处于载波工作模式下的时候，PFS=SFD-BOi，EIRPS=EIRPSS-BO0。因此，将放大器的增益值设为G，面积为Ae，对二者之间的关系可以表示为输出功率为通量密度与面积之间的和，输出全向辐射功率为：EIRPS=Pout+GS-LFTS

从而可得G= Pout-Pin。

通过计算，推导得出放大器增益G，进而得出功率通量密度PFD。由G与PFD整理计算可知EIRPS。通过分析可以得出（C/N）d=PT+Y-Lou-Lod。

1.3 雨衰条件下的总载噪比

降雨会对链路性能造成很大影响，因此，在对载噪比进行计算的时候，要對雨衰条件进行充分考虑。在计算中，A0.01会受到通信频率与天线仰角的影响。

雨衰是对通信链路影响最严重的问题，因此，本文分析计算主要以降雨量对通信链路的影响为主。对雨衰计算是一次性完成的，因此，当降雨量对雨衰进行影响时，Lou=A0.01，Lod=0；当降雨对下行链路造成影响时，Lou=0，Lod=A0.01。从而通过计算降雨得出雨衰对链路总载噪比。

2 海上卫星通信最优功率算法

2.1 最优发射功率计算模型

链路畅通的决定条件是，门限总载噪比小于通信链路总载噪比。由于卫星通信会受到各种因素的干扰，而链路噪比却不同于卫星通信，因此就需要将发射功率保持在合理的范围内，这样才能使链路畅通。这样做好处在于可以使链路保持可通状态，且信号稳定；防止通信出现中断的情况；节省功率资源。

因此，在进行计算的时候，让总噪比与门限载噪比相等，这时就可以计算得出发射最小功率。从而可以得出二者的关系：

交调因素对通信有很大影响，因此为有效降低干扰，就要防止转发器太过饱和。所以在转发器在工作的时候，保持在线性区域内。当转发器位置在最大点位置的时候，PFD=SFD-BOi，并通过推导得出最大功率。

本文在进行研究的时候，对各种干扰因素进行全面考虑，对这些因素造成的传输损伤，要以链路应预留一定余量，这样才可以得到良好的效果。在长期的实践中发现，功率值在（PTmin+3）Db，这样才能取得最优发射功率。

2.2 案例探究

本文通过中卫10号卫星实际案例参数进行分析，并在不同环境中对最优发射功率与链路载噪比进行计算[3]。相关参数按照顺序为：名称为经度、维度、发射增益、接受增益、品质因数、损耗；A为122.3，32，40.5，39.67，17.75，3；单位为E，N，dBi，dBi，Db/k，Db。

接收站相关参数为：名称为经度、维度、发射增益、接受增益、品质因数、损耗；B为121.1，35，35.9，34.2，12.2，2.5；单位为E，N，dBi，dBi，Db/k，Db。

转发器相关参数为：名称定点经度、上行中心频率、下行中心频率、输入回退、输出回退、饱和通量密度、饱和全向辐射功率、品质因数；中卫10号为110.5，14.25，12.5，6，3，﹣90，49，5；单位为E，GHz，GHz，Db，Db，Dbw/m2，Dbw，Db/k。在实际业务中，要求Eb/N0=4 Db，这时候最优发射功率在不同的环境下发射功率可以得到晴天与雨天条件下的发射功率比较。

3 结语

对海上卫星通信最优发射功率算法以建立模型来进行分析，对雨衰条件下对最优发射功率计算的方法进行阐述，进而通过实际案例说明其在不同环境下对最优发射功率的影响也不同。

[参考文献]

[1]李朝辉，屈晓旭，娄景艺.一种基于业务可通条件下的卫星通信链路最优发射功率算法[J].通信技术，2017（4）：714-719.

[2]陈鹏，畅志贤，陈思宏，等.下行卫星认知无线电门限与功率联合优化[J].系统工程与电子技术，2016（9）：2162-2170.

[3]刘莹，单洪，胡以华，等.基于谱分析的卫星通信调制识别算法[J].火力与指挥控制，2017（1）：45-48.