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卫星转发器资源选择的考虑

发布时间:2019-06-15 21:02 来源:未知 编辑:admin

  资源?除了关心租星费用、转发器的EIRP(有效全向辐射功率)、 G/T(系统品质因数)和SFD (饱和通量密度)主要技术指标、卫星覆盖范围等之外,您还会考虑其它因素吗?您还需要考虑哪些因素?这些因素中哪些是需要优先考虑的?其实在使用上,没有两段转发器频段是完全相同的。卫星操作者的管理经验,卫星天线与通信转发器的结构设计,出自邻星、反极化、以及本转发器其他用户的干扰,都可能影响使用效果。为此,用户在租赁转发器以前,应该尽可能多地了解和比较卫星资源。

  常用的C波段波束一般设计成覆盖范围较大的半球波束,而Ku波段波束一般会根据人口密度和经济发展等因素设计成小范围覆盖的区域波束或点波束。每颗卫星的覆盖范围是一定的,用户需要结合自身业务的需求,选择可以满足卫星网络中所有站点覆盖的卫星。尤其是专用网络,建议不要追求过大的卫星覆盖区域。同时,为了节约网络建设成本,方便网络管理,减少卫星链路时延,应首先并重点考虑选择一颗卫星来满足网络内所有站点的覆盖需求,然后才考虑卫星双跳的方式。

  通信卫星通常工作于6/4GHz的C频段和14/12GHz的Ku频段。Ku频段信道资源与C频段的不同点主要在于:服务区小,卫星EIRP高,同等工作条件下可用较小的天线,高降雨区难免有雨衰中断,卫星信道和地面射频设备的成本较高,与地面干扰和邻星干扰的协调比较简单。

  Ku频段的工作频率远高于C频段, Ku天线的增益通常比相同口径的C频段天线dB以上。不少人误认为,这就是Ku频段卫星通信可用小口径天线的原因。实际上,天线增益与空间传输损耗都与工作频率的平方成正比,Ku频段地面天线增益的提高恰好被传输损耗的增大所抵消。Ku频段可用小口径接收天线的主要原因在于,Ku频段通信卫星的下行功率谱密度不像C频段那样受到限制,其下行EIRP通常远高于C频段卫星。考虑到EIRP可以通过加大发射功率而得到提高,G/T中的噪声温度则受客观条件所限而无从改变,一般而言,Ku卫星接收系统的G/T值相对于C频段卫星的增幅,远低于EIRP的增幅。因此,Ku频段卫星地球站设备对功放输出功率的要求,通常要高于C频段地球站。

  C频段和Ku频段都包含常规与扩展频段。工作于常规频段的卫星地球站天线和射频设备的设计带宽通常略大于 500MHz.工作于扩展频段的设备因也通用于常规频段,其带宽多在800MHz左右。扩展频段的地球站设备成本较高,但卫星信道成本较低,其邻星干扰也因使用并不广泛而相对较少。

  《中华人民共和国电信条例》规定,经营卫星转发器出租、出售业务须得到工业和信息化部的许可。为保障用户的权益,用户一定要选择具备经营许可资格的单位或公司。

  国际电联(ITU)要求以国家为单位对同步卫星的轨道位置进行申请和登记。卫星轨道资源对一个国家的政治、经济和国防建设具有重要的战略意义。随着卫星通信的发展,同步轨道上的卫星数量逐渐增多,轨位资源也日益紧缺,随之而来的对轨位资源的争夺也日益激烈。考虑到卫星网络长期运行,建议尽量选择由我国政府在国际电联登记的轨道位置上的卫星资源。

  选择不同轨位上的卫星,直接决定了地面站天线的仰角。天线仰角越低,载波更易受到地面信号和地球热噪声的影响,降低了地面系统的G/T值。天线仰角越低,增加了地面站到卫星的传输距离,载波的自由空间损耗增大。天线仰角越低,载波穿越雨区的距离越长,Ku波段载波所受的降雨损耗越大。用户应尽量选择对网内站点的天线仰角较大的卫星。

  卫星平台很大程度上决定了卫星整个寿命期间的性能。诚然,购买一个什么平台的卫星首先是卫星公司考虑的事情。目前世界上生产商用通信卫星的公司,主要集中在美国、欧洲和中国,相关的卫星平台信息也可以在网络上查询到。对用户而言,主要考量的是,使用相同平台的卫星在轨运行情况,该平台的卫星是否具有广泛认可的良好在轨运行纪录。如果卫星不能长期、稳定的在轨运行,即使有再好的覆盖性能,也是徒然。

  这个指标可能是用户最经常关心的指标,主要包括转发器的EIRP、G/T和SFD等参数。通常来说,这些指标越高,一定条件下卫星链路的性能越好,天线口径可以更小,或者功放可以更小,系统余量也越高,网络建设成本也越低。但是,用户在考量这些指标时,务必要同时考虑其它的一些相关因素。比如指标的提高,可能伴随着转发器租用费用的增加,比如卫星公司依据邻星协调要求或系统入网要求,对于用户地面站天线的限制条件,还比如虽然指标有所提高,但是由于转发器多载波工作的要求,用户业务的链路性能不一定也有相应提高。EIRP数值高,不代表用户的业务载波分配到卫星辐射功率也高。SFD的大小与每个转发器衰减档的设置直接相关,每个转发器对应的SFD都是可调整的。

  过于强调上面的转发器技术指标数值的大小,往往舍本逐末,而忽视了其它更为重要的影响网络运行的因素。用户应充分了解这些参数的含义,才能在选择转发器时知己知彼。希望用户务必注意此点。

  对于卫星网络或卫星链路而言,一定程度上,卫星公司对卫星良好的管理和操控才是最重要的。

  为能充分利用频率资源,通信卫星大多采用正交极化频率复用方式。通常的做法是,转发器的上行和下行分别工作于水平和垂直极化。当代的卫星天线大多采用单馈源、成型反射面方式。为了满足复杂的增益分布要求,同时保证高增益和极化隔离度,设计时往往采用单极化的发送天线。这样,转发器的接收和发送就可能分别工作在不同的天线上。由此带来的问题是,尽管接收和发送天线都能保证极化隔离度要求,但是服务区中的特定地点对收、发天线的极化调整角可能并不一致。卫星操作者为了避免反极化干扰,通常要求用户将地面天线的发极化隔离度调整到最佳点。如果收、发极化的调整角有较大的差异,可能使地面天线的收极化隔离度得不到保证。上文中曾经提到,有些卫星的接收天线口径比发送天线小,因此G/T值相对较低。为使上行C/N 不致过低,使用中需要相对调低SFD灵敏度,同时增加上行EIRP.提高上行EIRP意味着增大天线口径或者高功放输出功率,亦即增加地球站设备成本。

  卫星公司测控卫星水平的高低直接影响到卫星的覆盖性能、卫星寿命、姿态控制、控轨精度、卫星故障率等。每一个用户都希望自己的网络能够运行在一个长期稳定、覆盖良好、控轨精确的卫星上,并利用此网络开展自己的业务。在选择卫星转发器前,强烈建议用户要对相关卫星的在轨运行情况有所了解,选择具有高水平卫星测控能力和良好卫星控轨记录的卫星公司的卫星。

  用户可以通过参观卫星公司的测控中心,以及与星上现有用户交流等方式,进行有针对性的了解。

  地球同步轨道上的卫星会受到太阳、月亮的引力,地球的椭圆形等诸多自然因素的影响而产生漂移。卫星公司的测控中心将定期对卫星作南北方向和东西方向的机动控制,以便使卫星的轨道漂移保持在一定的范围内。多数卫星公司都可以将卫星轨道保持精度控制到优于0.05度。

  当卫星漂离地面天线的波束中心时,卫星转发器覆盖参数将因为地面天线的增益下降而不能被充分利用。据估算,卫星漂移0.1度时的地面天线增益下降量数倍于仅漂移0.05度时。而且,高频段和大口径天线所受影响远大于低频段和小口径天线。

  轨道资源的紧缺,造成相邻卫星之间的轨位间隔越来越小,随之也增加了邻星干扰的可能,同时也增加了卫星链路的限制因素。

  为了降低邻星干扰的可能性,卫星公司会在邻星协调文件中作出承诺和要求,限制相邻卫星上的上、下行天线口径和载波功率谱密度,从而使转发器不能在实际使用中充分发挥其设计性能。如果对来自邻星的上行和下行干扰估计不足,将降低卫星链路的载波干扰比,导致实际链路中的系统余量低于链路预算。

  按照国际电联的协调原则,协调优先权取决于卫星协调资料公布日期的先后,而不是卫星发射日期的先后。出于竞争的原因,拥有协调优先权的一方通常对邻星业务提出比较苛刻的限制条件。所以,用户在选择卫星转发器时,应尽量了解相关卫星的邻星协调结果,应选择完成了在轨协调,并具有在轨优先权的卫星。在国际电联的官方网站上,可以查询相关卫星的协调状态。

  如果用户计划建设的是需要长期运行的卫星网络,建议选择剩余寿命不小于5年的卫星,否则用户会很快面临业务转星或网络调整的问题。临时使用业务基本不用考虑此因素。

  对于计划长期运行的卫星网络,用户需要考虑网络的应急备份能力。对于空间段资源尽可能选择具有转发器资源备份能力的卫星,以及具备异星应急备份能力的卫星公司。而且备份星的轨道位置间隔不能太大,便于天线指向的快速调整。

  通常,卫星运营商未必能向用户提供上面所有的相关信息,而用户也未必能选择到符合上述全部要求的卫星转发器资源。本文想强调的是,考虑到卫星通信业和卫星制造业的发展,各个卫星之间覆盖性能的差别往往并不太大,影响用户卫星网络能否正常运行的决定因素也集中于卫星操控、邻星协调、转发器管理、干扰处理等这些方面。建议用户在选择卫星转发器资源时,除了比较卫星的覆盖性能,也要对上面所述的几方面给予充分的关注。

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