电波传播理论（徐立勤）20卫星通信业务传播预测模型

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1、第20章卫星通信业务传播预测模型[1]卫星通信是一种非常重要的现代化通信方式，具有十分广阔的发展和应用前景。卫星通信方式用于实现超远距离、大范围覆盖的通信和组网是方便的、高效益的，在我国以及在国际上，卫星通信都己得到广泛的应用。卫星通信业务儿乎包括了地面无线电通信业务所涉及的所冇业务，如卫星固定业务，卫星陆地移动业务、卫星海上移动业务，卫星航空移动业务，卫星声咅和电视广播业务，卫星无线电定位业务，卫星陆地和水上导航业务，卫星空间探索和研究业务等等。所以，空间无线电业务的管理和协调的任务将显得H益繁重和重耍，而且儿乎所有

2、的空间站的设立都要考虑国际间的协调。另-•个非常明显的事实是，卫星轨道的占用、空间频率的使用和空间站的协调都确确实实涉及到一个国家的重人权益。卫星通信的无线电信号要穿越对流层、同温层和电离层，所以在卫星通信中总是使用30MHz以上的频率，对无线电波传播的影响主要来口于对流层，但是，在VHF频段，特別是在VHF频段的低端，需耍考虑电离层的某些影响。20.1地空通信中的对流层传播效应模型卫星通信的空间环境•地面通信的环境完全不同。在地面通信中，无线电波只受当地贴近地面的低层大气和当地地形地物的影响。对于空间站与地球站Z间的

3、卫星通信而言，无线电波要同时穿越电离层、同温层和对流层，地面与整个大气层的影响同时存在。但是，就空间站与空间站之间的通信而言，则具传播环境则完全可以认为是自山空间传播。所以，一般说来，空间站与空间站之间的电磁兼容计算相对而言比较简单，不用考虑很多的传播效应，但是，地■空电路的场强预测、链路设计与电磁兼容计算通常是比较复杂的，耍考虑诸多传播因素的影响。对流层是指从地血到大约8—12公里高度之间的低层大气。对流层対地空电路电波传播影响的严重程度与频率有关。在10GHz以F频率，粗粗说來，只要考虑空间扩散损耗、电离层传播损耗

4、、对流层闪烁衰落以及大气折射的影响。对于10GHz以上频段，电离层引起的损耗可以忽略，但是，对流层的影响增加,由于频率的升高，氧气和水汽对电波的吸收损耗、降水（特别是降雨）对电波的散射损耗以及降雨去极化的影响将变得I•分重要，并且严重程度随着频率的增加而增加，而对于10GHz以下的频段，这些传播效应却是轻微的或者可以不必考虑的。地空电路的传播损耗计算耍考虑以下各项因素：空间扩散损耗，氧气和水汽的吸收损耗，南衰减，对流层闪烁衰落，电离层闪烁衰落，波束扩散损耗，人气噪声，去极化效应，以及站址分集改善等等和关因素。大气气体的

5、吸收损耗L频率和地面水汽密度有关。特別是，我们考虑的是地一空倾斜路径，在这种路径上氧气和水汽的吸收损耗都与仰角有密切的关系，必须进行比较复杂的仰角修正。另外一方面，大气气体的密度是沿高度指数递降的，大气等效高度或等效路径长度的的计算也是重要的。这些方面是与地面微波的吸收损耗计算完全不同的。雨衰减的计算可参考ITU-RREC.P.837,REC.P.838,REC.P.839。雨衰减与无线电波的频率、电波的极化、地一空电路的仰角、地球站的经纬度和地球站所在地点的降雨率有关。电离层闪烁衰落与对流层闪烁衰落的计算见17.3节

6、和17.4节，这里不再重述。基本传输损耗或传播损耗的计算是场强预测、功率通量密度预测和接收电平计算的基础。20.1.1参数定义为了叔述的方便起见，我们首先需要定义地空电路设计计算中所必须预先知道的先验参数及英相应的单位，如下所示：T——平均年通信系统所要求的可靠度，%；A——地球站经度，度分秒；0—地球站纬度，度分秒；hs——地球站海拔高度，km；Ao——卫星经度，度分秒;00——卫星纬度，度分秒；h卩一星高度，km；f频率，GHz；P——极化方式(P=H,U,C)；T——极化倾斜角(对于圆极化7=45°),度分秒;D

7、——天线口面直径，m；〃——天线效率；t——平均年地面气温，°C；p平均年地面水汽密度，g/m3；k——平均年等效地球半径因子；/?0.01——平均年0.01%时问被超过的雨强,mm/h；血——分集地球站经度，度分秒；為——分集地球站纬度，度分秒；ds站址分集间距，kmc20.1.2地空电路的几何参数：仰角、方位角、电路距离如图20」所示，设卫星在地血上的投影为S,其经度为入，纬度为0°；卫星地面站为E,其经度为/L纬度为0。因此经过简单的几何推导，卫星对地球站的仰角去方位角0和距离dnj分别表示为:180arctan

8、71180(P=—71dcos^cosAA-/7(r+/z)-COS20COS?A2)1~tan宀7i+arctan(),度sin0+厂2—2厂(/i+厂)cos0cosA/l,km(20.1)(20.2)(20.3)其h为卫星相对于地而的高度，r为地球的真实半径，通常取r=6370km,△/!为地球站经度与卫星经度Z差：图20.