衛星通信系統中功率控制的設計分析

吳必旗，宋 穎

(南京熊貓漢達科技有限公司，江蘇 南京 210014)

0 引言

如今我國衛星通信技術已經步入了高速發展期，其應用范圍愈加廣泛。當前對衛星通信系統的發展產生嚴重制約的因素主要為功率資源以及信道資源，而系統當中地球站功率資源以及衛星轉發器相應信道資源十分珍貴，有關部門若能對其進行科學利用，便能使系統通信的準確性以及系統的容量大幅度增加。合理運用信道資源能夠在減少鄰道干擾的基礎上最大化頻譜的效率，相應方案在收發裝置的性能以及調制解調的模式雙重影響下，于構建系統的初始階段便被確定下來。功率控制功能需要自建成通信系統之初，有關人員就應在系統維修、擴建以及改造過程中進行持續的修正與調整。

1 衛星通信系統分析

地球站以及衛星是構成衛星通信系統的關鍵部分。在空中，衛星的主要作用便是作為中繼站，經由放大來自地球站的電磁波，隨后將其返送到另外一座地球站，而地面公眾網和衛星系統間接口即地球站。當前衛星通信系統最大的優點包括能夠靈活調整廣播與話務量、多址通信以及電路，有較大的通信范圍，較快的建設速度，且陸地災害不會對其產生巨大影響。

而衛星通信系統當中所應用的功率控制技術，即以確保用戶的通信質量為基礎，促使發射功率以及系統干擾得到有效下降，從而使系統的余量上升。此項功能主要是在評估接收端信噪比以及信號強度前提下，及時對發射功率進行改變，實現無線信道當中路徑的衰落以及損耗得到相應補償，繼而保證通信質量維持在一定水平，也不會干擾無線資源里其余用戶。

在衛星通信系統中，其功率極易受到多種限制，因此功率控制在其中的重要性不言而喻。因為衛星轉發器會受到功率以及容量的限制，所以對發射功率的控制能夠保證地球站所接收信號的信噪比實現最小。地球站接收信號相應信噪比屬于功率控制技術主要的參考指標，其能夠在確保通信質量的基礎上，使地球站所發射電平得到科學改變，使衛星信道衰減、損耗得到補償，進一步優化轉發器與系統性能。以往功率控制技術控制方案主要是借助功率參考值來統一分類系統站型，參考功率值都是固定設置好的。傳統設計方案擁有簡單的模型，并未對各區域地球站線路衰減、天線尺寸、接收能力和功放大小以及分布場強與區域雨衰等因素加以綜合考慮，降低了功率的控制效果，最終極易導致地球站出現不均衡的發送功率，而一些地球站功率信號過大，使轉發器的底噪惡化，嚴重降低了系統整體承載力。若想使上述問題被順利解決，文章將對相應傳輸規律以及各大影響因素加以全面考慮，進而有效地計算地球站接收功率相應公式，在接下來的研究設計中圍繞相應計算公式展開全面設計[1]。

1.1 分析站內的上行衛星信號發射線路

地面站當中影響上行衛星發射功率的主要裝置，如圖1所示，其中包含了衛星天線、調制器、高頻功率放大器、上行處理設備以及上變頻器等。通過分析地球站內的上行衛星信號發射線路，便能夠順利獲得某調制器發射信號時天線出口位置相應的具體電平值。

圖1 上行衛星信號發射線路

通過計算可知，調制器電平值以及上行相應電平值之間呈線性正相關關系，能夠通過對調制器輸出的電平數值加以調節，實現對地面站發射功率的合理調節。

1.2 分析空間當中射頻鏈路

當衛星通信系統傳輸信息的時候，某傳輸鏈路主要是從地球站發射后經由上行信號鏈路被傳送至轉發器內，隨后經過放大處理之后，通過相應下行信號鏈路被發送至另一個地球站的接收端。需要明確的是，空間射頻的鏈路主要有下行鏈路、上行鏈路以及轉發器。對通信性能產生影響的主要因素包括：轉發器發射和接收增益、下行與上行傳輸階段產生的耗損以及傳輸階段引入的干擾和噪聲等。若想定量計算衛星通信的實際傳輸途徑，應該將包含極化誤差耗損、傳輸耗損、天線跟蹤誤差耗損、大氣耗損以及降雨耗損等在內的各類耗損全部加入鏈路當中展開分析。

因為衛星有著較大的覆蓋范圍，因此各區域衛星并不具備統一的ERIP值以及G/T值。若想順利計算空間鏈路，就應結合ERIP以及G/T的分布圖，得出下行以及上行鏈路各自場強的相應補償圖。因為區域差異性所引發下行鏈路以及上行鏈路的增益，能夠經由功率的控制與補償保持均衡性。通過計算可知，補償場強之后各區域空間當中鏈路整體增益相同[2]。

1.3 分析站內的下行信號接收線路

地面站內影響接收電平主要設施包括：衛星天線、解調器、低噪聲的放大器、下行處理裝置以及下變頻器等。

結合分析站內的下行信號接收線路，能夠獲得解調器入口相應的電平值，隨后可以將解調器能夠接收的電平值求解出來。而研究人員通過結合解調器能夠接收的電平值求解方式對地面站控制電平發送的方式、步驟等進行設計。

2 具體實施

現今衛星通信系統當中的大部分鏈路參數都不具備相應精準的定量計算方式，所以借助系統校準比對來對發送的電平值進行計算，從而合理控制衛星鏈路相應功率。

2.1 校準電平

在校準電平的過程中主要包括兩部分：即電平校準的接收和電平校準的發送。前者不僅要對接收信號的底噪進行校準，確保系統當中全部解調器入口底噪與解調器自身性能相符合，還要對地球站自身的信號接收能力進行校準。地面的網控中心將會持續發出TDM信號，而各區域地面站在接收到相應信號之后，應當把動態經由ALOHA的電平值傳輸至網控中心。除此之外，網控中心將結合地球站所在區域獲得下行信號鏈路相應增益的補償數值，從而得到地面站對應接收增益的補償數值。網控中心經由對地球站所傳送信號進行接收來校準地球站功率，對地球站調制器的發送電平進行調整。與此同時，發送電平當中囊括網控中心下行信號鏈路的增益補償以及地球站上行信號鏈路的增益補償等，所以能夠得到地球站調制器所發出的基準電平值，其能夠將地球站發送性能反映出來。

2.2 計算點評

通信階段，地面地球站所發送的電平主要包含了接收增益的補償值、基準電平值、地球站下行信號鏈路的增益補償值以及上行信號線路的增益補償值。對于地球站而言，應該每過3個月定期校準電平，確保計算的有效性以及精準性。

2.3 控制功率

因為通過計算所得發送電平值屬于一種開環值，其只能夠確保雙方實現通信，而在初期，進行通信的雙方能夠按照具體通信的最終效果展開閉環互調的操作。所以地球站控制發送功率時應落實。

(1)按照發送電平對調制器相應發送電平進行計算。

(2)雙方按照通信的最終效果展開功率互調的操作。因為衛星在傳輸過程中有著較大的延遲，所以進行閉環算法時應該借助微分+比例的控制器，方能使調節階段可能存在的過調問題被順利解決，從而確保衛星通信系統能夠穩定傳輸信號。

3 設計驗證

將以上功率控制設計應用于某個衛星通信系統當中，會明顯降低轉發器的底噪，且不會在出現特大信號，整體信號均衡穩定。在觀察的幾個月期間里，該系統的通信效果相比以往得到了大幅提升[3]。

4 結語

總體而言，經由全面分析衛星通信系統空間鏈路以及站內的發射與接收線路，便能獲得通信過程中相關功率電平。按照各自公式能夠得到功率控制落實方法，實現互調閉環、校準以及計算電平。在驗證設計方案后能夠明確設計方案擁有顯著的效果，其使用推廣價值極高。