考虑了干扰之后的卫星通信链路预算

考虑了干扰之后的卫星通信链路预算

在前序章节中，我们已详细介绍过三种主要干扰类型及其在链路中的来源和取值方法：

• 卫星通信中的邻星干扰及其在链路预算中的影响
• 卫星通信中的干扰及其在链路预算中的影响-互调干扰
• 卫星通信中的交叉极化干扰及其在链路预算中的影响

同时明确了：

• 工程上应采取的抑制措施；
• 卫星运营商入网测试的技术标准；
• 各类干扰比（C/I）在链路预算中的典型取值方式。

今天我们将进一步整合这些知识，聚焦核心问题：当所有干扰都被量化后，完整的卫星通信链路预算应该如何计算？

系统总载噪比基础模型

根据《卫星通信链路预算完整合集（step by step完成卫星通信链路预算）》中的定义，系统总的载噪比由上行与下行两部分共同构成：

具体公式如下：

上行链路载波噪声密度比：

(C/N₀)ᵤ = EIRPᵤ - Lfᵤ,ₛ - Lfᵤ,ₒ + (G/T)ᵤ + 228.6

下行链路载波噪声密度比：

(C/N₀)ₔ = EIRPₔ - Lfₔ,ₛ - Lfₔ,ₒ + (G/T)ₔ + 228.6

将噪声密度 N₀ 扩展为带宽内的总噪声功率 N，需引入载波噪声带宽 Bₙ，则：

[N] = [N₀] + 10×log₁₀(Bₙ)

因此得到以功率形式表示的载噪比。

不考虑干扰时的系统总载噪比：

1/(C/N)_total = 1/(C/N)_U + 1/(C/N)_D

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加入干扰后的系统载干噪比模型

现实系统中必须考虑各类干扰 I 的叠加影响。对于任意单一干扰源，其对载噪比的影响可通过以下公式建模：

单个干扰源下的总载干噪比：

1/(C/(N+I)) = 1/(C/N) + 1/(C/I)

此公式的物理本质是：总干扰等效于将额外的”I/C”项加入倒数空间的噪声贡献中。

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多源干扰下完整链路预算模型

卫星通信链路中常见的干扰包括：

干扰类型	上行链路	下行链路
邻星干扰	I_up,as	I_down,as
互调干扰	I_up,im	I_down,im
交叉极化干扰	I_up,xp	I_down,xp

假设这些干扰相互独立，则系统总载干噪比满足以下公式：

1/(C/(N+I)) = 1/(C/N)ᵤ + 1/(C/N)ₔ + 1/(C/I_up,xp) + 1/(C/I_down,xp) + 1/(C/I_up,as) + 1/(C/I_down,as) + 1/(C/I_up,im) + 1/(C/I_down,im)

✅ 解释说明：上述公式在数学上成立的前提是所有分量（热噪声、各干扰）统计独立且高斯分布。这是ITU-R推荐的标准链路分析方法之一。

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二、考虑干扰之后的卫星通信链路载噪比计算举例

下面我们通过一个实际案例，演示如何将上述理论应用于真实链路预算。

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场景设定

某位于 100.5°E 的地球静止轨道卫星，工作于 Ku频段，覆盖中国南方地区。 系统采用频分多址（FDMA），单载波噪声带宽为 Bₙ = 1 MHz。

已知各类干扰比（均由系统配置或运营商提供）如下：

上行链路干扰比：

• C/I_up,xp（交叉极化干扰） = 21.2 dB
• C/I_up,im（互调干扰） = 16.9 dB
• C/I_up,as（邻星干扰） = 18.3 dB

下行链路干扰比：

• C/I_down,xp（交叉极化干扰） = 22.2 dB
• C/I_down,im（互调干扰） = 14.5 dB
• C/I_down,as（邻星干扰） = 21.4 dB

基础载噪比（不含干扰）：

• (C/N)_up = 13.2 dB
• (C/N)_down = 18.68 dB

目标：计算综合考虑所有干扰后的系统总载干噪比 (C/(N+I))_total。

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计算过程

1. 参数汇总

类别	参数	数值（dB）
上行链路	(C/N)_up	13.2
	C/I_up,xp	21.2
	C/I_up,im	16.9
	C/I_up,as	18.3
下行链路	(C/N)_down	18.68
	C/I_down,xp	22.2
	C/I_down,im	14.5
	C/I_down,as	21.4

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2. 将所有dB值转换为线性值

参数	dB值	线性值	计算过程
(C/N)_up	13.2	20.8925	10^(1.32)
C/I_up,xp	21.2	131.8257	10^(2.12)
C/I_up,im	16.9	48.9779	10^(1.69)
C/I_up,as	18.3	67.6083	10^(1.83)
(C/N)_down	18.68	73.6247	10^(1.868)
C/I_down,xp	22.2	165.9587	10^(2.22)
C/I_down,im	14.5	28.1838	10^(1.45)
C/I_down,as	21.4	138.0384	10^(2.14)

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3. 计算各项倒数（即 N/C 或 I/C）

公式：N/C = 1/(C/N)，I/C = 1/(C/I)

参数	线性值	倒数	计算过程
(N/C)_up	20.8925	0.04786	1⁄20.8925
(I/C)_up,xp	131.8257	0.00759	1⁄131.8257
(I/C)_up,im	48.9779	0.02041	1⁄48.9779
(I/C)_up,as	67.6083	0.01479	1⁄67.6083
(N/C)_down	73.6247	0.01358	1⁄73.6247
(I/C)_down,xp	165.9587	0.00603	1⁄165.9587
(I/C)_down,im	28.1838	0.03548	1⁄28.1838
(I/C)_down,as	138.0384	0.00724	1⁄138.0384

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4. 计算总倒数 (N+I)/C_total

根据总公式：总倒数 = 所有倒数项之和

倒数项	数值	说明
上行热噪声倒数	0.04786	(N/C)_up
下行热噪声倒数	0.01358	(N/C)_down
上行交叉极化干扰倒数	0.00759	(I/C)_up,xp
下行交叉极化干扰倒数	0.00603	(I/C)_down,xp
上行邻星干扰倒数	0.01479	(I/C)_up,as
下行邻星干扰倒数	0.00724	(I/C)_down,as
上行互调干扰倒数	0.02041	(I/C)_up,im
下行互调干扰倒数	0.03548	(I/C)_down,im
总和	0.15298	总倒数

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5. 求解总载干噪比

计算公式：C/(N+I) = 1 / 总倒数

线性值：C/(N+I) = 1 / 0.15298 ≈ 6.537
分贝值：10 × log₁₀(6.537) ≈ 8.15 dB

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最终结果

综合考虑所有干扰后的系统总载干噪比为：

(C/(N+I))_total = 8.15 dB

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分析与讨论

1. 性能劣化评估

不考虑任何干扰时系统载噪比计算：

计算步骤	数值	说明
上行载噪比倒数	0.04786	1⁄20.8925
下行载噪比倒数	0.01358	1⁄73.6247
总倒数	0.06144	0.04786 + 0.01358
总载噪比(线性)	16.27	1⁄0.06144
总载噪比(dB)	12.12 dB	10×log₁₀(16.27)

考虑全部干扰后降至：8.15 dB

➡ 净性能劣化达约 3.97 dB

这说明：干扰所引入的等效噪声增量几乎翻倍了系统的总底噪水平，严重影响链路可靠性。

2. 系统可行性判断

调制编码方式	典型所需C/(N+I)	是否满足
QPSK, 3/4码率	6-7 dB	✅ 可行
8PSK, 3/4码率	8-10 dB	⚠️ 接近临界
16APSK, 3/4码率	11-12 dB	❌ 不可行

结论：

• 当前链路可支持中低阶调制体制；
• 若需承载高清视频或大容量数据业务（依赖高阶调制），则需优化如下参数之一：
  • 提升地面站EIRP或接收G/T
  • 减少转发器负载以改善 C/I_down,im
  • 改善天线指向精度以提升极化隔离度
  • 申请专用频率资源避免邻星干扰