卫星信道传输效率分析
浏览:1773 发布日期:2016-06-24


卫星通信有着诸多优势,覆盖范围广、传输质量高、传输稳定可靠、开通速度快、不受地理环境影响等,这在整个通信行业中都是公认的优点。可谓一丑遮百俊,居高不下的传输成本,一直是扩大卫星通信应用领域和应用范围的致命伤。提高卫星带宽的利用效率,有效降低转发器带宽租用成本,一直是整个卫星通信行业中技术改进和创新的重要技术方向。
Comtech公司在2004年在全球首创了在卫星SCPC Modem中集成Double-Talk载波叠加技术的设计方法,使得一条双向SCPC链路的两个载波以载波重叠的方法共享同一段卫星转发器带宽,从而显著提高了单位MHz带宽能够传输的Mbps数量,或者说传输单位Mbps的业务数据速率所需的卫星转发器带宽(MHz)大幅度降低,从而大幅度降低通信成本。
载波叠加技术出现后,业内出现了两种不同的声音。一些学院派的技术论文中,根据双向通信的两个载波可以直接相互重叠在一起、占用的带宽少一半的这个事实,直接武断地得出结论:载波叠加技术能够节省一半的卫星带宽,提高100%的传输效率。另一种声音来自于卫星运营商,他们根据两个重叠的载波所占用功率需要增加一倍(3dB)这个事实,直接推断出载波叠加尽管节省了带宽,但多占用了一倍的卫星功率,综合考虑,并没有节省什么转发器资源,或对该技术能否提高传输效率表示怀疑。
这两种声音反映了同一个“通信效率”问题的两个重要的侧面:转发器带宽和功率占用的问题。粗略的一看,好像都有一些道理,但是好像又不完全正确。严格地说,仅仅是如此简单地定性的分析,并不能够得出载波叠加技术是否能够节省带宽的结论,需要通过更加仔细的分析,得出定量的分析结果,才能给这个问题一个清晰的结论。
2.   传输效率分析方法
传输一定速率的用户数据(Mbps)需要花多少钱?这主要取决于需要租用多少MHz的卫星带宽。
衡量卫星信道的传输能力的主要技术指标有3个:带宽、信号功率、噪声功率。
香农定理指出,在卫星信道这种白噪声信道中,假设信号的功率为S,噪声功率为N,信道通频带宽为W(Hz),则该信道的信道容量C有:

则带宽效率可以表示为:bps/Hz

可以看出,只要我们能够计算出地面站接收的信噪比,马上就可以计算出该链路理想情况下的的带宽效率(bps/Hz)。而已知卫星参数、地面站天线口径和噪声参数的情况下,很容易就能够计算出能够获得的信噪比(S/N),从而马上就能得到这条链路的理想带宽效率。
比如,一条链路在晴天条件下,能够得到的信噪比是12dB,换算为真值是16倍,那么香农极限信道效率为4.1 bps/Hz,或是4.1 Mbps/MHz。
假设,这条链路在降雨条件下,能够得到的信噪比是7dB,换算为真值是5倍,那么香农极限信道效率为2.6 bps/Hz,或是2.6 Mbps/MHz。

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