卫星通信系统中功率控制的设计分析

吴必旗，宋 颖

(南京熊猫汉达科技有限公司，江苏 南京 210014)

0 引言

如今我国卫星通信技术已经步入了高速发展期，其应用范围愈加广泛。当前对卫星通信系统的发展产生严重制约的因素主要为功率资源以及信道资源，而系统当中地球站功率资源以及卫星转发器相应信道资源十分珍贵，有关部门若能对其进行科学利用，便能使系统通信的准确性以及系统的容量大幅度增加。合理运用信道资源能够在减少邻道干扰的基础上最大化频谱的效率，相应方案在收发装置的性能以及调制解调的模式双重影响下，于构建系统的初始阶段便被确定下来。功率控制功能需要自建成通信系统之初，有关人员就应在系统维修、扩建以及改造过程中进行持续的修正与调整。

1 卫星通信系统分析

地球站以及卫星是构成卫星通信系统的关键部分。在空中，卫星的主要作用便是作为中继站，经由放大来自地球站的电磁波，随后将其返送到另外一座地球站，而地面公众网和卫星系统间接口即地球站。当前卫星通信系统最大的优点包括能够灵活调整广播与话务量、多址通信以及电路，有较大的通信范围，较快的建设速度，且陆地灾害不会对其产生巨大影响。

而卫星通信系统当中所应用的功率控制技术，即以确保用户的通信质量为基础，促使发射功率以及系统干扰得到有效下降，从而使系统的余量上升。此项功能主要是在评估接收端信噪比以及信号强度前提下，及时对发射功率进行改变，实现无线信道当中路径的衰落以及损耗得到相应补偿，继而保证通信质量维持在一定水平，也不会干扰无线资源里其余用户。

在卫星通信系统中，其功率极易受到多种限制，因此功率控制在其中的重要性不言而喻。因为卫星转发器会受到功率以及容量的限制，所以对发射功率的控制能够保证地球站所接收信号的信噪比实现最小。地球站接收信号相应信噪比属于功率控制技术主要的参考指标，其能够在确保通信质量的基础上，使地球站所发射电平得到科学改变，使卫星信道衰减、损耗得到补偿，进一步优化转发器与系统性能。以往功率控制技术控制方案主要是借助功率参考值来统一分类系统站型，参考功率值都是固定设置好的。传统设计方案拥有简单的模型，并未对各区域地球站线路衰减、天线尺寸、接收能力和功放大小以及分布场强与区域雨衰等因素加以综合考虑，降低了功率的控制效果，最终极易导致地球站出现不均衡的发送功率，而一些地球站功率信号过大，使转发器的底噪恶化，严重降低了系统整体承载力。若想使上述问题被顺利解决，文章将对相应传输规律以及各大影响因素加以全面考虑，进而有效地计算地球站接收功率相应公式，在接下来的研究设计中围绕相应计算公式展开全面设计[1]。

1.1 分析站内的上行卫星信号发射线路

地面站当中影响上行卫星发射功率的主要装置，如图1所示，其中包含了卫星天线、调制器、高频功率放大器、上行处理设备以及上变频器等。通过分析地球站内的上行卫星信号发射线路，便能够顺利获得某调制器发射信号时天线出口位置相应的具体电平值。

图1 上行卫星信号发射线路

通过计算可知，调制器电平值以及上行相应电平值之间呈线性正相关关系，能够通过对调制器输出的电平数值加以调节，实现对地面站发射功率的合理调节。

1.2 分析空间当中射频链路

当卫星通信系统传输信息的时候，某传输链路主要是从地球站发射后经由上行信号链路被传送至转发器内，随后经过放大处理之后，通过相应下行信号链路被发送至另一个地球站的接收端。需要明确的是，空间射频的链路主要有下行链路、上行链路以及转发器。对通信性能产生影响的主要因素包括：转发器发射和接收增益、下行与上行传输阶段产生的耗损以及传输阶段引入的干扰和噪声等。若想定量计算卫星通信的实际传输途径，应该将包含极化误差耗损、传输耗损、天线跟踪误差耗损、大气耗损以及降雨耗损等在内的各类耗损全部加入链路当中展开分析。

因为卫星有着较大的覆盖范围，因此各区域卫星并不具备统一的ERIP值以及G/T值。若想顺利计算空间链路，就应结合ERIP以及G/T的分布图，得出下行以及上行链路各自场强的相应补偿图。因为区域差异性所引发下行链路以及上行链路的增益，能够经由功率的控制与补偿保持均衡性。通过计算可知，补偿场强之后各区域空间当中链路整体增益相同[2]。

1.3 分析站内的下行信号接收线路

地面站内影响接收电平主要设施包括：卫星天线、解调器、低噪声的放大器、下行处理装置以及下变频器等。

结合分析站内的下行信号接收线路，能够获得解调器入口相应的电平值，随后可以将解调器能够接收的电平值求解出来。而研究人员通过结合解调器能够接收的电平值求解方式对地面站控制电平发送的方式、步骤等进行设计。

2 具体实施

现今卫星通信系统当中的大部分链路参数都不具备相应精准的定量计算方式，所以借助系统校准比对来对发送的电平值进行计算，从而合理控制卫星链路相应功率。

2.1 校准电平

在校准电平的过程中主要包括两部分：即电平校准的接收和电平校准的发送。前者不仅要对接收信号的底噪进行校准，确保系统当中全部解调器入口底噪与解调器自身性能相符合，还要对地球站自身的信号接收能力进行校准。地面的网控中心将会持续发出TDM信号，而各区域地面站在接收到相应信号之后，应当把动态经由ALOHA的电平值传输至网控中心。除此之外，网控中心将结合地球站所在区域获得下行信号链路相应增益的补偿数值，从而得到地面站对应接收增益的补偿数值。网控中心经由对地球站所传送信号进行接收来校准地球站功率，对地球站调制器的发送电平进行调整。与此同时，发送电平当中囊括网控中心下行信号链路的增益补偿以及地球站上行信号链路的增益补偿等，所以能够得到地球站调制器所发出的基准电平值，其能够将地球站发送性能反映出来。

2.2 计算点评

通信阶段，地面地球站所发送的电平主要包含了接收增益的补偿值、基准电平值、地球站下行信号链路的增益补偿值以及上行信号线路的增益补偿值。对于地球站而言，应该每过3个月定期校准电平，确保计算的有效性以及精准性。

2.3 控制功率

因为通过计算所得发送电平值属于一种开环值，其只能够确保双方实现通信，而在初期，进行通信的双方能够按照具体通信的最终效果展开闭环互调的操作。所以地球站控制发送功率时应落实。

(1)按照发送电平对调制器相应发送电平进行计算。

(2)双方按照通信的最终效果展开功率互调的操作。因为卫星在传输过程中有着较大的延迟，所以进行闭环算法时应该借助微分+比例的控制器，方能使调节阶段可能存在的过调问题被顺利解决，从而确保卫星通信系统能够稳定传输信号。

3 设计验证

将以上功率控制设计应用于某个卫星通信系统当中，会明显降低转发器的底噪，且不会在出现特大信号，整体信号均衡稳定。在观察的几个月期间里，该系统的通信效果相比以往得到了大幅提升[3]。

4 结语

总体而言，经由全面分析卫星通信系统空间链路以及站内的发射与接收线路，便能获得通信过程中相关功率电平。按照各自公式能够得到功率控制落实方法，实现互调闭环、校准以及计算电平。在验证设计方案后能够明确设计方案拥有显著的效果，其使用推广价值极高。