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衛星通信-リンクバジェット

衛星通信システムでは、2種類の電力計算があります。 これらは、送信電力と受信電力の計算です。 一般に、これらの計算は*リンク予算計算*と呼ばれます。 電力の単位は*デシベル*です。

まず、リンクバジェットで使用される基本的な用語について説明し、次にリンクバジェットの計算について説明します。

基本用語

等方性ラジエーター（アンテナ）は、すべての方向に均等に放射します。 しかし、実際には存在しません。 これは単なる理論上のアンテナです。 このアンテナに関して、すべての実際の（実用的な）アンテナの性能を比較できます。

電力束密度

等方性放射体が半径rの球体の中心に位置すると仮定します。 電力束密度は、電力の流れと単位面積の比率であることを知っています。

電力束密度、等方性ラジエーターの$ \ Psi_i $は

\ Psi_i = \ frac \ {p_s} \ {4 \ pi r ^ 2}

ここで、$ P_s $は電力潮流です。 一般に、実際のアンテナの電力束密度は方向によって異なります。 ただし、*最大値*は1つの特定の方向のみになります。

アンテナゲイン

実際のアンテナの*ゲイン*は、実際のアンテナの最大電力束密度と等方性アンテナの電力束密度の比として定義されます。

したがって、アンテナのゲインまたは*アンテナゲイン*、Gは

G = \ frac \ {\ Psi_m} \ {\ Psi_i}

ここで、$ \ Psi_m $は実際のアンテナの最大電力束密度です。 また、$ \ Psi_i $は、等方性放射体（アンテナ）の電力束密度です。

等価等方性放​​射電力

等価等方性放​​射電力（EIRP）は、リンクバジェットの測定に使用される主なパラメーターです。 数学、次のように書くことができます

EIRP = G \：\：P_s

EIRPは decibels で表すことができます。

\ left [EIRP \ right] = \ left [G \ right] + \ left [P_s \ right] dBW

ここで、 G は送信アンテナのゲインであり、$ P_s $は送信機の電力です。

伝送損失

一方の端で送信された電力と受信局で受信された電力の差は、*伝送損失*として知られています。 損失は​​2つのタイプに分類できます。

• 一定の損失
• 変動損失

フィーダー損失などの一定の損失は、*一定の損失*として知られています。 どのような予防策を講じたとしても、これらの損失は必ず発生します。

別のタイプの損失は、*変数損失*です。 空と気象条件は、このタイプの損失の例です。 空がはっきりしていない場合、信号は衛星に効果的に到達しないか、その逆も同様です。

したがって、これらの損失は一定であるため、手順には晴天または晴天条件による損失の計算が1 ^ st ^として含まれます。 それらは時間とともに変化しません。 次に、2番目のステップで、悪天候による損失を計算できます。

リンク予算計算

2つのリンク、つまり uplink と downlink があるため、リンク予算の計算には2つのタイプがあります。

地球局アップリンク

これは、地球が衛星に信号を送信し、衛星がそれを受信するプロセスです。 その*数学的方程式*は

\ left（\ frac \ {C} \ {N_0} \ right）_U = [EIRP] _U + \ left（\ frac \ {G} \ {T} \ right）_U-[損失] _U -K

どこで、

• $ \ left [\ frac \ {C} \ {N_0} \ right] $はノイズ密度比に対する搬送波です。
• $ \ left [\ frac \ {G} \ {T} \ right] $は衛星受信機のG/T比で、単位はdB/Kです

ここで、損失は衛星受信機のフィーダ損失を表します。 周波数に依存する損失はすべて考慮に入れられます。

EIRP値は、効果的なUPLINKのためにできるだけ低くする必要があります。 そして、これは晴れた空の状態になったときに可能です。

ここでは、アップリンク現象を表す（下付き）表記「U」を使用しました。

衛星ダウンリンク

このプロセスでは、衛星が信号を送信し、地球局がそれを受信します。 この式は衛星のアップリンクと同じですが、「U」の代わりに「D」という略語を使用してダウンリンク現象を示している点が異なります。

その*数学的*方程式は次のように書くことができます。

\ left [\ frac \ {C} \ {N_0} \ right] _D = \ left [EIRP \ right] _D + \ left [\ frac \ {G} \ {T} \ right] _D-\ left [損失\ right] _D-K

どこで、

• $ \ left [\ frac \ {C} \ {N_0} \ right] $はノイズ密度比に対する搬送波です。
• $ \ left [\ frac \ {G} \ {T} \ right] $は地球局の受信機のG/T比で、単位はdB/Kです

ここでは、地球局周辺に存在するすべての損失。

上記の式には、信号帯域幅Bは含まれていません。 ただし、それを含めると、方程式は次のように変更されます。

\ left [\ frac \ {C} \ {N_0} \ right] _D = \ left [EIRP \ right] _D + \ left [\ frac \ {G} \ {T} \ right] _D-\ left [損失\ right] _D -KB

リンク予算

地上の衛星を考慮に入れる場合、自由空間拡散損失（FSP）も考慮に入れる必要があります。

アンテナが適切に調整されていないと、損失が発生する可能性があります。 したがって、 AML （アンテナの不整合損失）を考慮します。 同様に、衛星から地球に向かって信号が来ると、地球表面と衝突し、それらの一部が吸収されます。 これらは、*「AA」*で与えられ、dbで測定される大気吸収損失によって注意されます。

これで、自由空の損失方程式を次のように書くことができます。

Losses = FSL + RFL + AML + AA + PL

どこで、

• RFLは受信したフィーダ損失を表し、単位はdbです。
• PLは偏光ミスマッチ損失を表します。

これで、受信電力の*デシベル方程式*は次のように記述できます。

P_R = EIRP + G_R +損失

どこで、

• $ P_R $は受信電力を表し、dBWで測定されます。
• $ G_r $は受信機のアンテナゲインです。

ダウンリンクの設計は、アップリンクの設計よりも重要です。 アンテナの送信とゲインに必要な電力の制限のため。