芯耀
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在开始本文前，请读者回顾一下卫星通信基础知识---自由空间衰减和天线增益计算，本文将介绍上行和下行链路预算的具体计算过程。
一、上行链路预算
我们关注的是接收系统（卫星）输入端的信噪比，可表示为：
(SNR-per-Hz) Up = (C/No) Up = (载波功率) dBm/Hz – (噪声功率) dBm/Hz
1. 1Hz带宽内的载波功率
载波功率是卫星接收机天线接收到的终端信号功率，表达式为：
(载波功率) dBm/Hz = (终端发射EIRP) dBm – 10*log10 (终端信道带宽) – (自由空间路径损耗) dB – (大气损耗) dB + (卫星天线增益) dBi
终端发射EIRP：地面终端的有效全向辐射功率（dBm）。
终端信道带宽：地面终端信道带宽（单位：Hz）。
FSPL(dB)：自由空间路径损耗，公式为：
FSPL(dB)= 20×log₁₀(d)+20×log₁₀(f)+92.45
上面公式d单位Km，f单位GHz。
卫星天线增益（dBi）：接收机/卫星的天线增益，公式为：
G(dBi) = 峰值增益（dBi）- 余弦滚降系数×10×log₁₀(cosθ)
2. 1Hz带宽内的噪声功率
噪声功率是卫星接收机输入端的等效噪声功率，表达式为：
1Hz带宽内的噪声功率（dBm）= 10×log₁₀(k·T) + 30
k：玻尔兹曼常数 = 1.381×10⁻²³ J/K。
T：卫星接收机的输入等效噪声温度（单位：K）。
+30：将10×log₁₀(k·T) 从dBW转换为dBm。
3. 计算上行链路每Hz的信噪比
(C/No) 上行 = 终端发射EIRP（dBm）- 10×log₁₀（终端信道带宽）- FSPL（dB）- 大气损耗（dB）+ 卫星天线增益（dBi）- 10×log₁₀(k·T) - 30
进一步改写为：
(C/No)上行 = 终端发射EIRP（dBm）- 10×log₁₀（终端信道带宽）- FSPL（dB）- 大气损耗（dB）+ 卫星天线增益（dBi）- [10×log₁₀(k) + 10×log₁₀(T) + 30]
从终端总EIRP中减去信道带宽，得到1Hz带宽内的终端发射功率；减去FSPL和大气衰减，再加上卫星接收天线增益，得到卫星接收系统输入端的功率（1Hz带宽内）。
[10×log₁₀(k)+10×log₁₀(T)+30]为卫星接收机的输入噪声功率（dBm），其中T是接收系统（包括天线、射频链路和低噪声放大器）的噪声温度，包含天线噪声和接收机其余部分的等效输入噪声。
最终，用输入载波功率（每Hz）减去接收机输入噪声底（每Hz），得到整体输入信噪比。
4. 引入卫星接收机G/T参数
将卫星增益和噪声温度参数合并为卫星接收机G/T，上行链路SNR公式可简化为：
(C/No) 上行 = 终端发射EIRP（dBm）- 10×log₁₀（终端信道带宽）- FSPL（dB）- 大气损耗（dB）+ 卫星G/T（dB/K）- 10×log₁₀(k) - 30
卫星G/T（dB/K）= 卫星天线增益（dBi）- 10×log₁₀(T)
终端发射EIRP= 终端工作功率（dBm）+ 终端天线增益（dBi）
其中，终端工作功率（dBm）通常是终端发射机线性工作的最大功率（终端发射机的P1dB输出）。
提高终端发射EIRP（即终端P1dB输出功率和终端天线增益）可改善上行链路SNR。
二、下行链路预算
我们关注的是接收系统（地面终端）输入端的信噪比，可表示为：
(SNR-per-Hz) Down = (C/No) Down = (载波功率) dBm/Hz – (噪声功率) dBm/Hz
其中：
- 载波功率：卫星信号被地面终端天线接收的功率；
- 噪声功率：地面终端输入端的等效噪声功率。
1. 1Hz带宽内的载波功率
如前所述，载波功率是地面终端天线接收到的卫星信号功率，表达式为：
(载波功率) dBm/Hz = (卫星发射EIRP) dBm – 10*log10 (卫星发射带宽) – (自由空间路径损耗) dB – (大气损耗) dB + (终端天线增益) dBi
- 卫星发射EIRP：卫星转发器的有效全向辐射功率（dBm）。
- 卫星发射带宽：卫星转发器的带宽（单位：Hz）；
- 自由空间路径损耗（FSPL，dB）：计算公式为：
FSPL(dB)= 20×log₁₀(d)+20×log₁₀(f)+92.45
上面公式d单位Km，f单位GHz。
- 终端天线增益（dBi）：地面终端的天线增益（dBi），计算公式为：
G(dBi) = 峰值增益（dBi）- 余弦滚降系数 × 10×log₁₀（cosθ）
2. 1Hz带宽内的噪声功率
噪声功率是地面终端输入端的等效噪声功率，表达式为：
1Hz带宽内的噪声功率（dBm）= 10×log₁₀(k·T) + 30
- k：玻尔兹曼常数 = 1.381×10⁻²³ J/K；
- T：地面接收系统/终端的输入等效噪声温度（单位：开尔文），包括天线本身和射频链，直至低噪声下变频器（LNB）的输出端（假设LNB之后的增益足够大，使后续噪声贡献可忽略）。
- +30：将10×log₁₀(k·T)从dBW转换为dBm的常数项。
3. 计算下行链路的每Hz信噪比（C/No）
综合以上公式：
(C/No)下行 = 卫星发射EIRP（dBm）- 10×log₁₀（卫星发射带宽）- FSPL（dB）- 大气损耗（dB）+ 终端天线增益（dBi）- 10×log₁₀(k·T) - 30
可进一步改写为：
(C/No)下行 = 卫星发射EIRP（dBm）- 10×log₁₀（卫星发射带宽）- FSPL（dB）- 大气损耗（dB）+ 终端天线增益（dBi）- [10×log₁₀(k) + 10×log₁₀(T) + 30]**
公式解析：
- 从卫星总EIRP中减去转发器带宽，得到1Hz带宽内的卫星发射功率；
- 减去自由空间路径损耗和大气衰减，再加上接收天线增益，得到地面接收系统输入端的功率（1Hz带宽内）；
- [10×log₁₀(k) + 10×log₁₀(T) + 30]为地面终端的输入噪声功率（dBm），其中T为接收系统（包括天线、射频链和LNB）的噪声温度，包含天线噪声和接收机其余部分的等效输入噪声；
- 最终，用输入载波功率（每Hz）减去接收机的输入噪声基底（每Hz），得到整体输入信噪比。
4. 引入终端G/T参数
将终端增益和噪声温度参数合并为一个整体参数——终端G/T，此时下行链路SNR公式可简化为：
(C/No)下行 = 卫星发射EIRP（dBm）- 10×log₁₀（卫星发射带宽）- FSPL（dB）- 大气损耗（dB） + 终端G/T（dB/K）- 10×log₁₀(k) - 30
其中：
- 终端G/T（dB/K）= 终端天线增益（dBi）- 10×log₁₀(T)；
提高终端G/T可改善下行链路信噪比。
总结：
本文详细阐述了卫星通信中上行链路与下行链路预算的计算过程。上行链路关注卫星接收端信噪比，涉及终端发射EIRP、自由空间路径损耗、大气损耗及卫星天线增益等参数；下行链路则聚焦地面终端接收端信噪比，包含卫星发射EIRP、终端天线增益等。通过引入G/T参数，链路预算公式得以简化。掌握这些计算方法，对优化卫星通信系统性能至关重要。
