第六章微波與衛(wèi)星通信的線路噪聲及線路參數(shù)計算

本章是在前幾章內容的基礎上，對數(shù)字微波通信、移動通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)工程設計中所涉及的主要問題進行詳細的討論，其中包括假想?yún)⒖茧娐放c傳輸質量標準、誤碼率與噪聲指標的分配、基本線路參數(shù)的計算等內容。

數(shù)字微波通信的假想?yún)⒖纪ǖ琅c誤碼性能指標6.1數(shù)字微波的信道噪聲與噪聲指標分配6.2數(shù)字微波信道線路參數(shù)計算6.3移動通信系統(tǒng)中的無線鏈路計算6.4

FDM/FM/FDMA系統(tǒng)中的衛(wèi)星線路參數(shù)設計6.7衛(wèi)星通信線路的C/T值6.6衛(wèi)星接收機載噪比與G/T值的計算6.5

6.1數(shù)字微波通信的假想?yún)⒖纪ǖ?/p>

與誤碼性能指標

假設參考數(shù)字連接模型數(shù)字信道是指對話音信號進行PCM處理后的數(shù)字化語音信號經過多路復用的信道。

通常一個數(shù)字通道是指與交換機或終端設備相連接的兩個數(shù)字配線架DDF或等效設備（如DXC設備）間的全部傳輸手段。

一般涵蓋了一個或幾個數(shù)字段，它包括所有的復接和分接設備，這樣數(shù)字信號在通過數(shù)字通道過程中，其取值和順序均不會發(fā)生變化，因而呈現(xiàn)透明性。

為了有機地分析整個通信網(wǎng)，ITU-T提出了“系統(tǒng)參考模型”的概念，并規(guī)定了系統(tǒng)參考模型的性能參數(shù)及指標。

系統(tǒng)參考模型有三種假設形式：假設參考數(shù)字連接（HRX），假設參考數(shù)字鏈路（HRDL），假設參考數(shù)字段（HRDS）。

(1)假設參考數(shù)字連接（HRX）假設參考數(shù)字連接是為了通信網(wǎng)總的性能研究和指標分配而找出的通信距離距離最長、結構最為復雜、傳輸質量最差的連接，這種連接是用假設的參考模型來表示，即假設參考數(shù)字連接包含所有的傳輸、交換及其他功能單元。

ITU-T建議的一個標準的最長HRX包含14個假設參考數(shù)字鏈路和13各數(shù)字交換點，全長27500km。

(2)假設參考數(shù)字鏈路（HRDL）為了簡化數(shù)字傳輸系統(tǒng)的研究，把HRX中的2個相鄰交換點的數(shù)字配線架間所有的傳輸系統(tǒng)、復接、分接設備等各種傳輸單元（不包括交換），用假想?yún)⒖紨?shù)字鏈路（HRDL）表示。

這樣在ITU-RF.1189建議的基礎上規(guī)定了我國最長的假想?yún)⒖纪ǖ溃℉RP），如圖6-2所示，可見假想?yún)⒖纪ǖ赖娜L為6900km，并且它是由長途網(wǎng)、中繼網(wǎng)和用戶網(wǎng)構成。

其中在長途網(wǎng)中兩最遠網(wǎng)絡節(jié)點之間的距離為6500km；中繼網(wǎng)中從長途網(wǎng)傳輸節(jié)點與本地傳輸節(jié)點之間的最長距離為100km，而本地節(jié)點到用戶之間的最長距離為100km。

(3)假設參考數(shù)字段（HRDS）一個假想?yún)⒖兼溌罚℉RDL）是由多個假想?yún)⒖紨?shù)字段（HRDS）構成。

而一個假想?yún)⒖紨?shù)字段HRDS是指兩個相鄰的數(shù)字配線架DDF或等效設備（例如兩個分插復用器ADM）之間用來傳輸特定速率的數(shù)字信號的線路及設備。

綜上所述，HRX的總性能指標可以按比例分配到其中的HRDL中去，HRDL上的性能指標又可以再分配到HRDS中去。數(shù)字微波通信的性能指標都是在這三種參考模型的基礎上指定的，它的重要指標有誤碼特性。

6.1.1SDH體制下的數(shù)字微波通信在PDH系統(tǒng)中信息是以串行比特流的形式傳輸?shù)?，可用嚴重誤碼秒（一秒鐘內的誤碼率>10-3）、誤碼秒（一秒鐘內有誤碼）來衡量系統(tǒng)誤碼性能。

而在SDH系統(tǒng)中信息是以塊狀結構傳輸?shù)?，其長度不等，可以是幾十比特，也可能長達數(shù)千比特。

然而無論其長短，只要出現(xiàn)誤碼，即使僅出現(xiàn)1比特的錯誤，該數(shù)據(jù)塊也必須進行重發(fā),因而SDH系統(tǒng)中的誤碼性能是用誤塊來進行說明的，這在ITU-T制定的G.826規(guī)范中得以充分體現(xiàn)，如表6-1所示。

從表中可以清楚地看出是以誤塊秒比(ESR)、嚴重誤塊秒比(SESR)及背景誤塊比(BBER)來表示的．首先我們介紹誤塊的概念。

(1)誤塊（EB）由于SDH幀結構是采用塊狀結構，因而當同一塊內的任意比特發(fā)生差錯時，則認為該塊出現(xiàn)差錯，通常稱該塊為差錯塊，或誤塊。

(2)誤碼性能參數(shù)①誤塊秒比（ESR）當某1秒具有1個或多個誤塊時，則稱該秒為誤塊秒，那么在規(guī)定觀察時間間隔內出現(xiàn)的誤塊秒數(shù)與總的可用時間（在測試時間內扣除其間的不可用時間）之比，稱為誤塊秒比。

②嚴重誤塊秒比（SESR）某1秒內有不少于（即≥）30％的誤塊，則認為該秒為嚴重誤塊秒，那么在規(guī)定觀察時間間隔內出現(xiàn)的嚴重誤塊秒數(shù)占總的可用時間之比稱為嚴重誤塊秒比。

SESR指標可以反映系統(tǒng)的抗干擾能力。它通常與環(huán)境條件和系統(tǒng)自身的抗干擾能力有關，而與速率關系不大，故此不同速率系統(tǒng)的SESR指標相同。

③背景誤塊比（BBER）如果連續(xù)10秒鐘誤碼率劣于10-3則認為是故障。那么這段時間為不可用時間，應從總統(tǒng)計時間中扣除，因此扣除不可用時間和嚴重誤塊秒期間出現(xiàn)的誤塊后所剩下的誤塊稱為背景誤塊。

背景誤塊數(shù)與扣除不可用時間和嚴重誤塊秒期間的所有誤塊數(shù)后的總塊數(shù)之比稱為背景誤塊比。

由于計算BBER時，已扣除了大突發(fā)性誤碼的情況，因此該參數(shù)大體反映了系統(tǒng)的背景誤碼水平。由上面的分析可知，三個指標中，SESR指標最嚴格，BBER最松，因而只要通道滿足ESR指標的要求，必然BBER指標也得到滿足。

6.1.2誤碼性能規(guī)范6.2數(shù)字微波的信道噪聲與噪聲

指標分配

6.2.1噪聲的分類數(shù)字微波的信道噪聲可分為四類：分別為熱噪聲（包括本振噪聲）、各種干擾噪聲、波形失真噪聲、其他噪聲。這里著重介紹前兩種噪聲。

1．熱噪聲本節(jié)中討論的熱噪聲是指收信機的固有熱噪聲和收發(fā)本振熱噪聲。

(1)收信機的固有熱噪聲天線（或說成是天線饋線系統(tǒng)）送給收信機輸入端的固有熱噪聲功率為

（6-1）

式中：

NF：接收機噪聲系數(shù)（輸入信噪比與輸出信噪比之比）；

K為波爾茲曼常數(shù)，K=1.38×10-23（W/Hz·K）；

T0收信機的環(huán)境溫度（用絕對溫度表示）；

B為收信機的等效帶寬（單位為Hz）。

除天線引入的噪聲外，收信機本身還會產生另一部分熱噪聲，其特性與電波衰落無關。天線引入的噪聲與電波衰減有關，即收信電平越低，這種熱噪聲越嚴重。

(2)收發(fā)本振源的熱噪聲對收發(fā)本振源而言，熱噪聲主要由寄生調相噪聲和寄生調幅噪聲組成。

寄生調相噪聲是指本振輸出的相位隨時間有起伏變化的成分;

寄生調幅噪聲是指本振輸出的幅度隨時間有起伏變化的成分。因為這些起伏變化都是隨機的，所以可產生熱噪聲。

2．各種干擾噪聲從干擾噪聲的性質來看，基本上可分為兩大類：一類是設備及饋線系統(tǒng)造成的，例如回波干擾、交叉極化干擾等就屬于這一種。另一類屬于其他干擾，可認為是外來干擾，下面簡述幾種常見的干擾噪聲。

(1)回波干擾在饋線及分路系統(tǒng)中，有很多導波元件，當導波元件之間的連接處的連接不理想時，會形成對電波反射。

其結果是在饋線及分路系統(tǒng)中，除主波信號之外，還存在反射所造成的回波。

因回波與主波信號的振幅以及時延都不相同，并且回波是疊加在主波信號之上的，因而成為主波信號的干擾信號，故稱為回波干擾，并成為回波干擾噪聲。

在中頻系統(tǒng)中，當中頻電纜插頭連接處不匹配時也會產生回波干擾。

(2)交叉極化干擾為了提高高頻信道的頻譜利用率，在數(shù)字微波通信中是用同一個射頻的兩種正交極化波（即利用水平極化波和垂直極化波的相互正交性）來攜帶不同波道的信息，這就是同頻再用方案。

盡管采用該方案可以提高系統(tǒng)的通信容量，但也給系統(tǒng)引進了新的問題，這就是交叉極化干擾，即同頻的兩個交叉極化波的相互耦合所形成的干擾。這通常是由于天線饋線系統(tǒng)本身性能不完善及電波的多徑傳播等因素造成的。

(3)收發(fā)干擾在同一個微波站中，對某個通信方向的收信和發(fā)信通常是共用一副天線的。

這樣發(fā)支路的電波就可以通過饋線系統(tǒng)的收發(fā)公用器件（也可能通過天線端的反射）而進入收信機，從而形成收發(fā)支路間的干擾。

這種干擾與微波射頻頻率的配置方案有關，與收發(fā)射頻的頻率間隔及收信系統(tǒng)的濾波特性關系較大。

(4)鄰近波道干擾當多波道工作時，發(fā)端或收端各波道的射頻頻率之間應有一定的間隔，否則就會造成對鄰近波道的干擾。

(5)天線系統(tǒng)的同頻干擾由于天線間的耦合，會使二頻制系統(tǒng)通過多種途徑產生同頻干擾，如圖6-4所示。

●前-背干擾是指往前方傳輸電波的一部分，繞過本發(fā)信天線而進入后方微波站的天線而形成干擾。

滅根據(jù)干擾的路徑不同，前-背干擾又可分為：同路徑同頻干擾（圖中路徑①）；不同路徑同頻干擾（圖中路徑②）；分支電路造成的同頻干擾（即路徑③，也稱為前對邊干擾）。

●越站干擾是指越過兩個中繼站形成的干擾，見路徑④●其它路徑及其他方式的干擾是指交叉電路、模擬微波電路和衛(wèi)星電路等造成的干擾。

6.2.2噪聲指標的分類信道的傳輸質量不僅取決于信號功率的大小，而且與信道中所存在的噪聲功率的大小有關。在數(shù)字微波以及衛(wèi)星通信中是用載噪比來描述它們之間關系的。因此我們首先來介紹載噪比的概念。

1．載噪比的概念載噪比(C/N)指已經調制的信號的平均功率與加性噪聲的平均功率之比，單位為dB。

2．噪聲性質評價噪聲干擾按性質劃分可分為固定惡化干擾、恒定惡化干擾和變化惡化干擾，對噪聲干擾的這種分類法是與數(shù)字微波信道傳播特點相適應的。

●所謂恒定惡化干擾是指與電波衰落無關的各種噪聲，例如回波干擾、越站干擾、鄰近波道干擾和本振噪聲等，這類干擾僅決定于信道設備的性能，記作N1。

●所謂變化惡化干擾是指隨衰落變化而變化的各種干擾噪聲。例如，熱噪聲、收發(fā)干擾、由于天線耦合而產生的干擾、鄰近波道干擾和收發(fā)本振噪聲干擾，記作N2

。

所謂固定惡化干擾是指由信道設備的不完善所造成的載噪比惡化。（即固有熱噪聲）。這里的“固定”是指該惡化的dB值是固定不變的,記作N固。

若假設各種噪聲是彼此獨立的，則總噪聲功率是各種噪聲功率之和，即，有時也寫成：

這樣總噪聲“載噪比”與各項噪聲“載噪比”的關系式為（倍數(shù)值公式）：

若用“LdB”代表由設備惡化部分（N固）引起的等效載噪比下降值，則要求總載噪比值應為：（6-2）6.3數(shù)字微波信道線路參數(shù)計算我們將對信道的基本性能和主要線路參數(shù)以及天線高度的選取等問題進行簡單的介紹和計算。

要進行線路參數(shù)計算，首先就必須對信道和設備的性能指標進行全面地了解，通常這些指標是由生產廠家提供的，下面我們就以5GHzSTM-164QAM頻段的數(shù)字微波系統(tǒng)為例來進行說明。

6.3.1信道的基本性能和主要線路參數(shù)計算

2．衰落儲備衰落儲備包括平衰落儲備和多徑衰落儲備，下面分別進行介紹。

(1)平衰落儲備平衰落是指頻帶內的各種頻率分量所受到的衰減近似相等的衰落。平衰落儲備則是數(shù)字微波系統(tǒng)為保證傳輸質量而預留的儲備。

平衰落儲備在數(shù)值上等于自由空間收信電平與實際門限接收電平之差?？梢娺@是一個很理想的定義。實際上任何衰落都或多或少地與信號頻率有關。只是此時在信號頻帶內的各頻率分量的衰落幅度與頻率的關系不大而已。

(2)多徑衰落儲備當寬帶信號經多徑傳播時，由于所傳輸?shù)穆窂讲煌?，因此信號到達接收端的時延不同，從而造成相互干擾，使得帶內各頻率分量的幅度受到的衰減程度不同，這就是多徑衰落。

從時域上看，接收端所接收的碼元波形發(fā)生較大的變化，嚴重時便會對數(shù)字微波系統(tǒng)的誤碼性能產生很大的影響。

為了描述多徑衰落對系統(tǒng)性能的影響，因此引入多徑衰落儲備Ms。多徑衰落儲備Ms指標是由廠家提供的，但對于不同的地貌，所提供的多徑衰落儲備Ms數(shù)據(jù)不同，這點可從表6-4中看出（表中的數(shù)值是針對BER=10-3的情況）。

(3)復合平衰落儲備在采用空間分集技術的系統(tǒng)中，由于接收信號分別經過主接收系統(tǒng)和分接收系統(tǒng)，然后被送入中頻合成器進行同相合成，此時系統(tǒng)的衰落特性就得到了改善，我們稱通過空間分集而改善的特性為復合平衰落儲備Mfc

4．衰落深度計算在數(shù)字微波中的衰落深度是從衰減概率的角度進行計算的，其定義式已在（4-35）式中給出。

（4-35）

在第四章已經對衰落深度進行了詳細地分析，可知在不同系統(tǒng)中所使用的頻率不同，對衰落深度的估算方法也不同：

對于12GHz以下的頻帶，除根據(jù)第四章給出的公式計算衰落深度外，還應考慮多徑傳輸引起的頻率選擇性衰落，這種影響會使系統(tǒng)實際具有的衰落儲備能力減小。大氣效應及雨霧對這個頻率的影響較小甚至可以忽略。

對于12GHz以上的頻段，就必須考慮由于雨霧和大氣影響所帶來的衰落了。

6.3.2改善誤碼性能的措施影響系統(tǒng)誤碼性能的因素很多，其中以多徑衰落的影響最為突出。

1．采用備用波道時的衰落概率改善當某中繼段的衰落概率指標大于式（6-6）（針對電話傳輸波道）計算出的分配值Px時，我們可以考慮采用備用波道方式來改善系統(tǒng)性能，為此提出了備用波道改善系數(shù)Ifd。

Ifd表示改善后的衰落概率Pfd與平衰落情況下的衰落概率Pmf的關系。改善后的衰落概率Pfd可用下式表述：

（6-10）

2．采用分集技術時的衰落概率改善常用的分集技術有空間分集和頻率分集。

對于地面反射所引起的多徑衰落，常采用空間分集的方式來克服其影響，而對于大氣多徑傳輸所造成的多徑衰落，則既可以采用空間分集技術，也可以采用頻率分集技術來降低系統(tǒng)的衰落概率，使其滿足系統(tǒng)性能指標的要求。下面著重介紹空間分集時的衰落概率。

我們用Pfd+sd來表示采用空間分集時的衰落概率，具體表示式如下：

（6-13）

由此可見通過采用備用波道和空間分集技術可以大大的提高系統(tǒng)的衰落概率，從而克服多徑衰落所帶來的影響。6.4移動通信系統(tǒng)中的

無線鏈路計算

6.4.1陸地移動通信系統(tǒng)中的噪聲與干擾

移動通信鏈路計算中，主要考慮人為的外部噪聲和衰落的影響，并可分為兩部分，一部分是人為噪聲與多徑衰落的影響，另一部分是陰影效應引起接收機信號中值變化的影響。

1．人為噪聲與多徑衰落的影響（1）當移動臺運動時，同時會受到人為噪聲和多徑衰落的影響。其影響的大小通常用惡化量d表示。

惡化量是指當村造人為噪聲和多徑衰落時，未達到僅有接收機固有噪聲時的同樣語音質量，所需的接收機輸入電平的增加量。

在實際鏈路計算中，可將各種影響的惡化量作為接收機輸入信號的抗噪聲和抗多徑衰落儲備來處理。

（2）當考慮移動臺接收機性能的惡化量時，要求接收機輸入信號的最低保護電平Pmin為

（6-15）

式中Sv是指信噪比為12dB時的接收機靈敏度（以dB.μV/m計）。

2.陰影效應引起信號中值變化的影響所謂通信概率是指移動臺在無線覆蓋邊緣進行滿意通話（語音質量達到規(guī)定的要求）的成功概率，包括位置概率和時間概率。

陰影效應造成的慢衰落所引起的場強中值的變化是影響通信概率的重要因素。而慢衰落隨位置和時間的變化服從正態(tài)分布。

而且在幾十公里的范圍內，接發(fā)收信號中值電平隨位置的變化遠大于時間的變化，因此在進行鏈路計算時，常忽略時間變化對通信概率的影響。

6.4.2功率預算

1．接收電平Pr

由于移動通信中發(fā)射機與接收機之間使用天線，若已知收發(fā)天線的增益分別為Gr和Gt。

收發(fā)端的饋線損耗分別為Lr和Lt，那么接收機的接收電平Pr可用下式計算：（dB）（6-16）

其中Pt代表發(fā)射機的發(fā)射電平（dBm）。

2．接收場強E和接收功率Pr之間的關系當接收天線的負載為50Ω時，接收場強E和接收功率Pr之間的關系為：

（6-17）

6.4.3GSM移動通信系統(tǒng)中的干擾影響計算

GSM系統(tǒng)中所受到的干擾影響包括兩部分，一部分是來自系統(tǒng)內部的，如由于采用頻率復用技術而給系統(tǒng)引入的同頻干擾和鄰道干擾，此外還有互調干擾和因時間色散而引起的干擾。

另一部分是來自系統(tǒng)外部的干擾，主要有工業(yè)干擾、自然干擾以及其他系統(tǒng)中安裝的射頻中繼器等所引起的干擾。這類干擾具有頻譜寬、時間性強的特點，較難發(fā)現(xiàn)。

1、同頻復用與同頻干擾（1）定義同頻干擾是指所有落到接收機通帶內的與有用信號頻率相同的無用信號，也稱為同信道干擾。

在移動通信系統(tǒng)中，人們?yōu)榱颂岣哳l率利用率，在相隔一定距離后，要重復使用相同的頻道，這就是同頻復用。

同頻復用距離越近，同頻干擾越大。此外在移動信道中還存在著其它各種各樣的干擾信號，凡是與有用信號具有相同頻率或者頻率不同但頻差不大的無用信號進入同一接收機通帶，都能產生同頻道干擾。

（2）同頻復用距離●射頻防衛(wèi)比為了減小同頻道干擾的影響和保證接收信號的質量，必須使移動臺接收機接收到的有用信號與同頻干擾信號之比大于某個數(shù)值，該數(shù)值稱為射頻防衛(wèi)比。

●同頻復用距離所謂同頻復用距離是指移動臺接收機接收到的有用信號與同頻干擾信號之比等于射頻防衛(wèi)比時所對應的兩基站之間的距離，用符號D表示。

D=D1+Ds=D1+RD1為同頻干擾源至被干擾接收機的距離，Ds為有用信號的傳播距離，即為小區(qū)半徑。

●同頻復用比通常將同頻復用距離與小區(qū)半徑的比值稱為同頻復用比。用符號q表示，即,它是傳輸質量和話音容量的一種表示。

（3）S/I與D/R之間的關系

●考慮話務容量和傳輸質量所設定的S/IN為每族中的小區(qū)數(shù)

因此從系統(tǒng)容量觀點來看，在一定頻率資源條件下，每族中的N值越大，可分配給每小區(qū)的信道數(shù)越少，這樣使得每小區(qū)的話務量就越小。

因此實際移動通信系統(tǒng)的設計目標是在保證滿足服務質量的前提下，盡量降低比值，以使同頻復用比q最小，以便減小每族中的小區(qū)數(shù)，增加每小區(qū)的信道容量，為此在實際設計中應綜合考慮話務容量和傳輸質量。

2、鄰道干擾（1）定義鄰道干擾是指相鄰或相近的頻道信號所造成的干擾，相鄰頻道可以是相隔幾個或幾十個頻道。抑制鄰道干擾的能力是以接收機鄰道選擇性來描述的。

（2）產生原因產生鄰道干擾的原因大致分為兩方面；一方面是由于調制特性決定的，在主瓣旁存在多個旁瓣，這樣緊隨工作頻帶的若干頻道的寄生邊帶功率、寬帶噪聲等便會產生干擾；另一方面是指移動通信網(wǎng)內一組空間離散的鄰近工作頻道引入的干擾。

（3）鄰道干擾與頻率復用比q的關系如果頻率復用比例較小，那么鄰道間隔較小，鄰道干擾會越大，由此所造成的鄰道干擾可能會超出系統(tǒng)所能承受的限值。

3、互調干擾（1）定義當兩個以上的不同頻率作用于一個非線性電路時，這兩個頻率將會相互調制，并產生一個新的頻率。

如果該新頻率正好落在某一信道中，則工作于此信道的接收系統(tǒng)將會接收到該新頻率信號，由此構成對該接收機的干擾，這種干擾稱之為互調干擾。

在移動通信系統(tǒng)中，產生互調的原因有兩個：發(fā)射機互調和接收機互調。

（2）發(fā)射機互調當兩發(fā)射機彼此靠近時，在發(fā)射機天線之間或通過天線共用設備，射頻能量出現(xiàn)相互耦合的現(xiàn)象，使得發(fā)射機A所發(fā)射的電波將會進入發(fā)射機B，由于發(fā)射機的功率放大器是工作在非線性狀態(tài)，因此產生三階非線性頻率。

工作頻率為fA的發(fā)射機A受發(fā)射機B的影響產生的互調分量頻率為

工作頻率為fB的發(fā)射機B受發(fā)射機A的影響產生的互調分量頻率為

（3）接收機互調由于接收機所接收的信號較弱，因此需要采用前置放大器進行信號放大，前置放大器也同存在非線性效應，這樣當頻率為的信號同時進入前置放大器時，便會與接收機所接收的有用信號發(fā)生互調調制，這就是接收機互調。

接收機互調產物的大小與輸入信號強度及非線性程度有關。最大的互調干擾發(fā)生在移動臺與基站接近時，此時由于進入接收機的信號最強，因而產生的互調產物也最大。

6.4.4CDMA移動通信系統(tǒng)中C/I計算

1、擴頻通信（1）定義擴頻通信是一種信息傳輸方式，即在系統(tǒng)中所傳輸?shù)囊颜{信號帶寬遠大于調制信息帶寬。

通常我們以擴頻信號帶寬Bw與調制信號帶寬Bs的比作為參考。只有當時，才被稱之為擴頻通信，否則只能是寬帶或窄帶通信。

（2）擴頻通信原理圖6-9給出了擴頻通信系統(tǒng)的結構圖。發(fā)送端：

a．輸入數(shù)字信號ak(t)首先經過信息調制（如PSK調制），從而獲得窄帶已調信號bk(t)。

b．bk(t)信號再與高速的偽隨機序列（PN碼）Ck(t)進行調制，得到輸出信號Sk(t)。Sk(t)的帶寬將遠大于傳輸信息的頻譜寬度，因此稱此過程為擴頻。

c．將Sk(t)信號送至上變頻(U/C)器中，將其轉換成射頻信號進行發(fā)射。

接收端：

a．將接收下來的射頻信號送至下變頻(D/C)器，其輸出為中頻信號S(t)，此信號中夾雜著干擾和噪聲信號。

b．將中頻信號S(t)與發(fā)射端相同的本地Cm(t)進行擴頻解調（解擴），將中頻信號S（t）變?yōu)檎瓗m（t）信號。

c．將窄帶Bm（t）信號經過信息解調器之后，恢復出原數(shù)字信號am(t)。與發(fā)射端Ck(t)PN碼序列不相同的中頻信號或干擾信號仍占據(jù)整個擴頻頻帶，因此CDMA移動通信系統(tǒng)是一個自干擾系統(tǒng)。

2、CDMA系統(tǒng)中的C/I計算（1）載干比①定義

式中：

Eb代表一比特信息所攜帶的能量；

Rb表示信息速率；

I0是干擾信號的功率譜密度（每赫茲干擾功率）；

W是總頻段寬度（即CDMA系統(tǒng)中的擴頻帶寬）。

Eb/I0稱為歸一化信干比，取決于系統(tǒng)的誤碼率或話音質量，與系統(tǒng)中所采用的調制方式和編碼方式有關。

W/Rb代表系統(tǒng)的擴頻因子，即系統(tǒng)的處理增益。

②假設n個用戶共用一個無線頻道（n>>1），可見每一用戶都會受到來自其他n-1個用戶信號的干擾。如果到達某接收機的信號強度與各干擾信號的強度相同，則載干比為

可得

從上式可以看出，在一定的誤碼率下，歸一化信干比Eb/I0越小，系統(tǒng)中所允許容納的用戶數(shù)越多。

（2）話音激活技術的影響在FDMA、TDMA、CDMA系統(tǒng)中都使用此技術，但在FDMA和TDMA系統(tǒng)中使用此項技術時要求系統(tǒng)能夠實現(xiàn)動態(tài)信道分配，這樣會增加額外的控制開銷和信號的傳輸延時。而在CDMA系統(tǒng)卻很容易實現(xiàn)。

設話音的占空比為d（即激活期），則系統(tǒng)容量（用戶數(shù)）

系統(tǒng)的載干比為：

（3）扇區(qū)的使用在CDMA系統(tǒng)中使用定向天線，將小區(qū)劃分成若干個扇區(qū)，例如使用120°的定向天線將小區(qū)分成三個扇區(qū)，這樣可使背景噪聲減小到原來的1/3，因而CDMA系統(tǒng)的載干比增加了3倍。

若小區(qū)中所分扇區(qū)數(shù)為G,則用戶數(shù)

系統(tǒng)的載干比為：

雖然在FDMA系統(tǒng)和TDMA系統(tǒng)中同樣也可使用扇形分區(qū)來減少背景噪聲干擾，但遠不能達到CDMA系統(tǒng)中的如此高的噪聲抑制作用。

（4）鄰近小區(qū)的干擾影響①正向傳輸時鄰近小區(qū)的干擾影響●正向傳輸是指基站將信號發(fā)送給移動臺的過程。

●在CDMA系統(tǒng)中，任意移動臺在受到基站發(fā)來的有效信息的同時，還會收到基站發(fā)給其他移動臺的信號，這些信號便構成對接收有效信息的移動臺的干擾，這就是多址干擾。

由于移動臺在接近該基站和離開該基站過程中，有用信號與干擾同時增大或減小，因此基站沒有進行功率控制。移動臺位置小區(qū)內的任何地點，其載干比均相同。

但若考慮鄰近小區(qū)的干擾的話，情況便不同。當移動臺處于小區(qū)的邊緣時，由于其遠離其主基站，因而有用信號強度越來越弱，而來自鄰近小區(qū)的干擾卻越來越強。由此可見，當移動臺位于三個小區(qū)的交界處時，所受到的鄰近小區(qū)的影響最為嚴重。

●CDMA系統(tǒng)正向傳輸?shù)挠脩魯?shù)n

即每小區(qū)所允許同時工作的用戶數(shù)。

CDMA系統(tǒng)的信道復用比F，F(xiàn)=0.6

②反向傳輸時的干擾影響●反向傳輸是指移動臺向基站發(fā)送信息的過程。

●在移動系統(tǒng)中為了克服遠近效應的影響，因而移動臺中均使用功率控制機制。這樣無論移動臺位于小區(qū)的何處，信號功率到達基站時，都能保證此時的載噪比大于某門限值。6.5衛(wèi)星接收機載噪比

與G/T值的計算

由通信原理知道，無論是模擬通信系統(tǒng)的輸出信噪比，還是數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸速率和誤碼率，都是與接收系統(tǒng)的輸入信噪比（載波噪聲比C/N）有關的。

衛(wèi)星通信也不例外，為了滿足一定的通信容量和傳輸質量，都需要對接收系統(tǒng)輸入端的信噪比提出一定的要求，可是，由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)從發(fā)端地球站到收端地球站的信息傳輸過程中，還有經過上行鏈路、轉發(fā)器和下行鏈路。

為此，還有必要討論一下在衛(wèi)星線路中，有哪些因素影響到接收系統(tǒng)輸入端的信噪比；要保證正常的信息傳輸，應對通信線路中的有關設備提出怎樣的要求；當考慮某些不穩(wěn)定因素以及降雨等因素后，進行通信線路計算時應留有多大的余量等。

下面主要介紹衛(wèi)星系統(tǒng)中的噪聲與干擾類型、接收機載噪比（C/N）、地球站性能因數(shù)G/T值及其鏈路計算。

6.5.1衛(wèi)星系統(tǒng)中存在的噪聲與干擾類型在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中存在著多種噪聲與干擾，它們分別是由不同的器件引入的，而且與系統(tǒng)所采用的尋址方式有關，下面分別進行介紹。

1．噪聲類型在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中是以大氣作為傳輸介質來完成地球站與衛(wèi)星轉發(fā)器之間的信息交互的。

由于其傳輸路徑長，接收機所接收的信號功率非常弱，因此對噪聲非常敏感?？偟臍w納起來有熱噪聲、天線噪聲、接收系統(tǒng)噪聲溫度和交調噪聲等等。

(1)熱噪聲統(tǒng)中的任何器件和設備工作時，都會給系統(tǒng)引入熱噪聲，其功率為，與數(shù)字微波中的噪聲功率的形式相同。

其中K為波爾茲曼常數(shù)，K=1.38×10-23（J/K），T0為收信機的環(huán)境溫度（用絕對溫度表示，標準室溫200，相當于T0＝293K），B為收信機的等效噪聲帶寬（單位為Hz）。

(2)天線噪聲根據(jù)噪聲源產生的原因，噪聲源大致可分為自然噪聲源和人為噪聲源兩大類。

自然噪聲源包括宇宙噪聲、太陽噪聲、地面噪聲、大氣層吸收和降雨損耗等產生的噪聲。人為噪聲包括車輛、工廠和其他同頻工作的地面系統(tǒng)以及衛(wèi)星系統(tǒng)所發(fā)出的噪聲。

由于噪聲是通過接收機天線進入系統(tǒng)的，為了衡量進入接收系統(tǒng)的噪聲大小，因而我們提出了一個新的物理量——天線噪聲溫度。

在圖6-5中給出了一個典型地面站當它受到大氣吸收（實線）和銀河系外噪聲（虛線）影響時的天線噪聲溫度示意圖。

可見天線噪聲溫度與天線的仰角和系統(tǒng)工作頻率有關。當天線仰角較小時，給系統(tǒng)引入的天線噪聲溫度較高，而當天線仰角角度較大時，則較小。

究其原因，這是因為增加仰角會縮短地球站與衛(wèi)星之間電波傳輸路徑，這樣既減小了路徑損耗，又降低了引入噪聲。

2．干擾衛(wèi)星系統(tǒng)中所能存在的干擾有很多種，而且與系統(tǒng)中運用的多址方式有關，這里我們詳細介紹幾種常見的干擾。

(1)交調干擾由于衛(wèi)星鏈路很長，因而信號無論經過上行鏈路，還是下行鏈路傳輸之后，其功率損耗很大，此時進入衛(wèi)星或地球站的信號功率很弱。

因此在衛(wèi)星和地球站都安裝了高功率放大器用于信號放大之用，但此，當同時有多個載波送入放大器時，其輸出信號中將包含各種新的頻率成份（也稱為互調產物）。

當這些頻率成份正好落在有效工作頻帶內時，便造成對工作信道的干擾，這就是互調干擾，也稱為互調噪聲，它是多載波衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要的噪聲來源。

(2)鄰道干擾所謂鄰道干擾是指相鄰波道或相近波道所帶來的干擾，其產生的原因主要如下：

①相鄰波道間隔過小或接收濾波器特性不完善造成的干擾②其它站寄生發(fā)射造成的干擾

寄生發(fā)射是指兩個相距不太遠的、工作頻率相近的地球站會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，即其發(fā)射信號部分地落入其他站的接收頻帶內的現(xiàn)象?？梢娺@部分信號便構成了對本波道的干擾。

(3)相鄰波束間的干擾——由于天線方向圖的旁瓣效應當衛(wèi)星系統(tǒng)中采用了空分多址方式時，即采用波束隔離方式，它首先是將地球表面分成若干個區(qū)域，不同的區(qū)域用不同的波束覆蓋，而且彼此互不重疊。

這樣不同波束可以采用相同頻帶，但由于天線方向圖的旁瓣效應，使得兩個彼此接近的波束之間存在相互干擾這就是相鄰波束間的干擾。

(4)交叉極化干擾——環(huán)境，多徑傳播所謂交叉極化干擾是指當這兩個極化波彼此沒有完全正交時所造成的相互干擾。

這種干擾產生的原因是由于環(huán)境的影響，例如雨霧等引起的去極化效應，使原本正交的極化波到達接收端時彼此不完全正交了。而地球站與衛(wèi)星天線間交叉極化鑒別度是有限的，從而接收端不能正確接收兩個波束。

(5)碼間干擾當數(shù)字序列經過具有理想低通特性的信道時，如果其傳輸速率以及所占用信道帶寬滿足奈奎斯特準則，那么其輸出信號序列中各比特間不存在碼間干擾，然而理想的低通信道是可欲而不可求的，這是無法實現(xiàn)的。

通常信道具有滾降特性（即它在截止頻率處不具有垂直截止特性，而是有一定的緩變過程，可見其頻帶寬度增加），這樣當上述數(shù)字信號序列經過具有滾降特性的低通信道時。

其輸出的各比特波形將出現(xiàn)相互重疊的現(xiàn)象，從而構成碼元之間的相互干擾，即“碼間干擾”?？梢娙魏螖?shù)字通信系統(tǒng)中都會存在著這種干擾。

(6)同頻干擾所有進入接收機通帶內的、與本信道頻率相同的、或相近的無用信號都會對本信道信號構成干擾，這種干擾就是同頻干擾。

6.5.2接收機載噪比與地球站性能因數(shù)G/T值接收機載噪比的大小直接影響衛(wèi)星系統(tǒng)的傳輸質量和通信容量，因此需要對接收機載噪比提出一定的要求。

1．接收機輸入端的信號功率在衛(wèi)星通信線路中，雖然電波傳播路徑很長，但主要是在自由空間中傳播，因此通常都是先按這一簡單情況考慮，再在此基礎上依電波在大氣層中傳播所受的影響加以糾正。

2．接收機輸入端載噪比C/N

接收機輸入端載噪比是指接收機輸入端所接收到的有用信號功率與噪聲之比。用符號C/N表示。

3．地球站性能因數(shù)G/T值

（6-18）

由式（6-18）可以看出，當設計好一個衛(wèi)星轉發(fā)器之后，那么衛(wèi)星轉發(fā)器的有效全向輻射功率就確定了。

如果地球站的工作頻率以及接收系統(tǒng)帶寬B一定的話，我們就可以惟一地確定的數(shù)值。

由此可見此時接收系統(tǒng)輸入端載波噪聲比將由決定，因而我們通常將其稱為地球站性能因數(shù)，簡寫為。

顯而易見，值愈大，比值也愈高，表明地球站的接收系統(tǒng)性能越好。6.6衛(wèi)星通信線路的C/T值

上面講到了要保證衛(wèi)星系統(tǒng)的傳輸質量和通信容量，需要接收機載噪比C/N達到一定的要求。

那么，衛(wèi)星線路應具備怎樣的參數(shù)，才能符合上述要求呢？前面得出的載噪比C/N的公式是帶寬B的函數(shù)，缺乏一般性，對不同帶寬的系統(tǒng)不便于比較，若