雨衰值的卫星通信论文

【摘要】降雨会对Ku波段卫星通信系统的传输造成严重的干扰，其中降雨衰减是影响其传输质量及系统性能的一大重要参数。论述Ku波段卫星通信中降雨衰减产生的原理和影响，通过降雨量的大小进行雨衰估算。阐明能够有效降低Ku波段卫星通信系统传输中降雨衰减造成的不利影响及对抗措施。下面是小编为大家整理的《雨衰值的卫星通信论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

雨衰值的卫星通信论文 篇1：

卫星天线防雨剂

雨衰是卫星通信、卫星电视的一大天敌，特别是在C、Ku、Ka等频段中尤为突出，在高频段卫星信号传输中显得更加棘手，防不胜防。

如今，King’s Rain Shield成为解决雨衰的有效方案。King’s RainShield中的“Rain Shield”是防雨剂的商品名“雨盾”，即防雨的盾牌，再加上公司的名称“King”，就成为了这个非常形象、好听的名字——天王雨盾。天王雨盾是由位于美国俄亥俄州Hilliard的KINGS Control公司在2004年发明并制造的。

1、雨衰的形成原理

雨衰是因为降雨和积雨而造成信号衰减的现象。

当电波穿过降雨的区域时，雨滴会对电波产生吸收和散射，故而造成衰减。雨衰的大小与雨滴半径与波长的比值有着密切的关系，而雨滴的半径则与降雨率有关。另外，雨衰的大小还与雨滴的物理模型、电波的极化方向、工作波长，接收地点的位置及海拔高度等有关。

雨衰对电波产生的影响主要是吸收衰减，大部分表现为热损耗。

雨衰因频段不同对卫星通信产生的影响不一样。雨衰对C频段衰减比较少，对Ku频段和Ka频段衰减比较严重。

雨衰随着降雨率的增大而增大。

据测试报告显示：雨滴的半径约在0．025cm～0．3cm之间时，当Ku频段波长在2．5cm左右，短时间内(数分钟)降雨的衰减可高达20dB，衰减量将使广播信号明显衰减，甚至暂时中断。

2、雨衰的气象成因

雨衰主要由积雨云、下雨、积雨、下雪和积雪造成。雨雪量的大小、速度、方向和雨雪颗粒的大小直接影响着雨衰的形成及程度。积雨层的厚度、密度影响雨衰的形成，有时不下雨，浓厚的积雨层也可造成雨衰。而下雨的过程和雨水沾挂天线和LNB上，将直接造成雨衰。下雪和雪层融化的时候，产生的残雪和水将沾挂在天线和LNB上，也会直接造成雨衰。

3、雨衰形成的三个阶段

一般意义上的雨衰形成有三个阶段(如图2)。

雨衰形成阶段分析：

第一阶段——积雨层至天线接收面或反射面。从积雨层到天线是一个漫长、受各种因素影响的过程，是造成雨衰的主要因素。没有有效方法防止、避免和克服这一阶段的雨衰。

第二阶段——天线接收面或反射面。天线面受雨雪量的大小和沾挂雨雪的多少直接影响。一般测试认为，天线口径的大小、仰角的大小也直接影响雨衰形成。

第三阶段——高频头防水罩。防水罩可以防水，但不能防止雨水的粘挂：雨水的沾摧将直接影响信号传输。

4、雨衰的主观标准

数字电视系统预警标准分为三个级别：一级为信号质量、信躁比明显下降，但还未有马赛克；二级为画面出现马赛克；三级为黑屏。

模拟电视系统预警标准分为五个级别：一级为图像不觉察有损伤或干扰存在；二级为图像有稍可觉察的损伤或干扰，但不令人讨厌；三级为图像有明显觉察的损伤或干扰，令人感到讨厌；四级为图像损伤或干扰较严重，令人相当讨厌；五级为图像损伤干扰严重，不能观看。

5、雨衰预警级别

雨衰预警的级别可根据图像质量损伤的主观评价分级。

在天线设计时，应考虑到雨衰的影响；对天线的波束图进行优化设计；对所接收卫星、频段的雨衰曲线进行计算，建立数学模型；雨衰预警可计算、查询本地所接收卫星的雨衰储备参考值表；采用较大口径的接收天线，增加天线天线罩等方法，可在一定程度上解决雨衰的问题，而使用天王雨盾则能更好地防止雨衰。

6、天王雨盾简介

雨衰影响卫星通信和卫星电视的正常通信，困扰卫星通信专家和用户。一般，大型通信地面站的常规解决方案是安装外罩，或者向顶棚上喷涂一些硅脂油，以使积水、积雪从喷涂面上滑落下来，虽然也很有用，但缺点是容易沾灰积尘，同样影响卫星通信。而小型卫星地面站和普通用户通常则无计可施。所以防水、隔水、避水的技术、产品，一直是发达国家研发的重点，意义重大。

高科技的交叉运用，促进科学的发展，化学专家和卫星通信专家合作，诞生新的科技，天王雨盾就是这种合作的结晶。90年代，高分子化学理论、技术和制备工艺的提高，多种新一代隔水产品应运而生。新型的防雨产品被运用在许多领域，天王雨盾就是其中之一。

天王雨盾以压缩液化形式存在，喷雾方式使用，被称为天线的保护神，它为天线添加了一层膜，有效保护了天线增益不受雨雪造成的雨衰干扰，效果显著。天王雨盾为美国专利，其理论、技术、制备工艺都保密，受美国法律保护，属美国禁止出口项目。

有卫星通信专家这样评价天王雨盾：我从事卫星工作将近20年，从未见过像天王雨盾一样有效的产品，它实在是令人惊喜。

7、天王雨盾参数和使用方法

天王雨盾的有效范围是雨衰形成阶段的第二阶段、第三阶段，即针对天线接收面、反射面和高频头的防雨。对于第一阶段积雨层至天线接收面或反射面无效；而天线至高频头之间距离的雨衰，因为距离短，可以忽略不计。

天王雨盾每罐的重量是750g，防雨有效期为1年，每次使用量约142g，一般每罐能使用4～7次。天王雨盾是安全、清洁的，适合当气温在摄氏温度10°～40°之间时使用。使用时先用水清洁LNB和天线上的污垢．待表面彻底干燥后，将天王雨盾上下摇动10秒，充分搅拌均匀，然后将其均匀喷涂在天线和LNB上，雨雪较大的地区喷厚一些，雨雪较少的地区则可以喷薄一些。天王雨盾适用于发射天线的发射面、上变频器，接收天线的接收面、反射面、下变频器．尤其适用于车用天线、船用天线等野外环境下的各类卫星天线。

8、天王雨盾性能测试

测试参数

目标：天线、高频头、支架使用天王雨盾的防雨效果

情景：(1)模拟大暴雨；

(2)大雪实况

器材：天线60cm Ku天线

部位：天线中心线为界，左半边为

A区使用天王雨盾，右半边

B区不用：

高频头防水罩：

天线支架

仰角：40°

防雨剂：天王雨盾

(1)模拟大暴雨测试

用自来水管喷射成水幕，模拟大暴雨，雨水在天线上飞溅(如图3)。

大暴雨下，A区的雨水迅速凝聚、突起，形成水银样圆球水珠；B区沾挂大量雨水(如图4)。

天线支架上，喷有天王雨盾支架部分上水银样圆球水珠十分突出；没有喷天王雨盾支架的对照区，雨水粘连严重(如图8)。

未喷天王雨盾的支架，可见大面积雨水粘连(如图9)。

测试结果：

雨水不沾挂天线和LNB；大雨中信号质量衰减10～20％；大雨停后，信号质量恢复正常；大雨不影响卫星与地面站的信号传输；信号质量均在极限通信值之上。

天线造型与天王雨盾防雨功能的关系：天王雨盾适用于大部分天线——正馈天线、偏馈天线、锥管天线和网状天线；车用、船用天线根据顶部造型，效果有所不同，圆顶的天线效果好，信号质量衰减最大30％，不超过极限接收值，平顶天线独特、漂亮的平顶不容易驱散、掉落雨水；平板天线只要有一定的角度，就能发挥天王雨盾的防雨功能的功能。

(2)大雪实况测试

在天气预报降雪等级为大雪的气象条件下，天线接受天王雨盾的大雪防雪的测试(如图10)。

大雪1小时后，地面雪厚度5cm，天线A区没有积雪；B区天线下部开始有积雪(如图11)。

大雪2小时后，地面雪厚度10cm以上，天线A区与B

天线局部防雪效果比较：天线A区除与B区交界处受B区牵连有积雪外，其他区域没有残雪；B区中部开始触化，下部仍积雪严重(如图14)。

大雪2小时后，天线A区已完全没有残雪；B区积雪开始融化(如图15)。

测试结果：

大雪不沾挂天线和LNB，但A区与B区交界处易受B区牵连有积雪；在大雪的气象条件下天线信号质量衰减30％以上；B区积雪严重时信号质量衰减50％以上，并黑屏；大雪停后，信号质量逐渐恢复；大雪影响卫星与地面站的信号传输；信号质量不稳定，有时在极限通信值之下。

如天线面和LNB全部喷涂天王雨盾，天线不沾挂任何积雪；卫星与地面站的信号传输稳定，均在极限通信值之上。

天线仰角与大雪级别的关系：天线仰角与大雪级别成正比。天线仰角超过45°影响天王雨盾的功能和效果。

天线造型与天王雨盾防雪功能的关系：正馈天线的下部很难发挥天王雨盾的功能：平板天线的仰角超过45°效果不好；偏馈天线、锥管天线和网状天线效果比较好；车用、船用天线根据顶部造型的不同，效果有所不同，圆顶的天线效果好，信号质量衰减不大，超过极限接收值，平顶天线独特的造型非常漂亮，但漂亮的造型妨碍了防雪的效果。

作者：刘进军

雨衰值的卫星通信论文 篇2：

Ku波段卫星通信系统中雨衰影响及对抗措施

【摘要】    降雨会对Ku波段卫星通信系统的传输造成严重的干扰，其中降雨衰减是影响其传输质量及系统性能的一大重要参数。论述Ku波段卫星通信中降雨衰减产生的原理和影响，通过降雨量的大小进行雨衰估算。阐明能够有效降低Ku波段卫星通信系统传输中降雨衰减造成的不利影响及对抗措施。

【关键词】    降雨衰减    卫星通信    雨衰估算    对抗措施

引言：

衛星通信无论是在国内还是在国际上都已家喻户晓，当今发展迅猛，由于其通信容量逐步增大，尤其是应急指挥通信领域的很多业务早已从过往的C波段过渡到了Ku波段。Ku波段卫星通信系统不仅比C波段卫星通信系统带宽容量大、抗干扰性更强、地球站天线口径小且方便安装建设，大大节省了建站成本。应急指挥通信需要实时不间断才是整个工作过程的关键，但是卫星通信受到天气等自然条件的影响较大，尤其是降雨造成的衰减，Ku波段的降雨衰减相对于C波段更大。在卫星通信中Ku波段常用频段14.25/12.75GHz，频率高波长短且与雨滴的直径近似，因此在Ku波段卫星通信中降雨衰减格外明显，故迫切需要根据雨量的大小来进行雨衰估算，为了满足卫星通信站之间顺利工作和建站设计提供必要的参数信息。通过对雨衰的产生，对系统的影响以及雨衰估算的结果，采取相适应的对抗措施，减少降雨产生的不利影响。

一、降雨衰减的产生和影响

1.1 雨衰的产生

降雨是一种常见的自然现象，在对流层中近地高度约20Km左右为降雨区，电磁波是卫星通信传播的重要介质，但是电信号即电磁波在传输过程中若遇到降水区域时则会受到其影响。电磁波在穿过降雨区域时，雨滴不但能够吸取部分的电磁波能量，甚至对电磁波产生了散射，若降雨量大，散射还会造成大面积的电磁波干扰，甚至会对电磁波产生去极化现象。在二者共同的影响下，称之为降雨衰减。

应急指挥通信在卫星通信中常采用Ku频段，相较于C波段其波长更小只有十几毫米，又由于降雨的随机非选择性，雨滴直径的大小通常只有几毫米左右，与Ku波段发射的电磁波波长相差无几，因此Ku波段卫星通信受到降雨衰减的影响要比C波段卫星通信严重的多。降雨衰减会随着降雨量的逐步增高而趋之明显，过大的降雨衰减势必会导致实时通信的断线。在Ku波段卫星应用和地球站建设规划中就很有必要考虑降雨衰减的估算，采取相适应的对抗措施来降低对通信的干扰。电磁波穿过雨区时降雨衰减的强弱与雨滴的直径及波长息息相关，当雨滴的波长小于电磁波的波长时，此时的衰减主要是雨滴对电磁波产生的散射造成的;当雨滴的直径大于电磁波的波长时，此时的衰减主要是雨滴对电磁波吸取部分能量产生的损耗决定的。无论是上述何种情况，都是在电磁波行进方向上造成的衰减;雨滴直径越近似于电磁波波长，则所产生的降雨衰减就越大，通常情况下雨滴直径是远远小于电磁波波长的，因此，对于C波段卫星通信来说，频率相对较低，波长长，则降雨衰减近似于无。

根据国际无线电咨询委员会（CCIR）（现国际电信联盟无线电部门（ITU-R））绘制的降雨衰减量与工作频率、降雨量的关系曲线如图1中：实线表示降雨量从小雨到暴雨对电磁波产生的衰减;虚线表示云、雾引起的衰减。由图1观察得知，对于C波段（6/4GHz）卫星通信来说只有遇到大到暴雨时才会产生少量的降雨衰减，即使是暴雨造成的最大降雨衰减也小于1dB/Km;对于Ku波段（14.25/12.75GHz）不仅频率高，波长短甚至与雨滴直径近似，受到降雨衰减影响更严重。

以图1中的中雨（降雨量4mm/h）为例来观察Ku波段的降雨衰减量，假设电磁波穿过降雨区域的有效路径为15Km时，则上行链路衰减量为3dB左右，下行链路衰减量为1.5dB左右;若遇到暴雨（降雨量100mm/h）时，降雨高度通常集中在2Km以内，则上行链路衰减量为16dB左右，下行链路衰减量为14dB左右。可见降雨量逐渐增大，Ku波段降雨衰减量迅速升高，故可见降雨衰减量同降雨量的大小成正比关系。

1.2 降雨噪声

降雨不光对电磁波产生吸收损耗和散射，同时还会对整个通信系统产生热噪声，由于降雨会产生噪声，其会对地球站接收端产生干扰，这种干扰折合到天线接收端就会等同为天线的热噪声，故也称为降雨噪声，对地球站接收端的载噪比会造成较大的影响，产生的影响也跟天线结构和降雨衰减量的大小息息相关。据卫星通信现有的工程应用经验得出，产生0.1dB衰减，噪声温度会升高6.7K。通常来说，降雨噪声造成的影响与地球站天线的俯仰成反比，因为降雨时，即使雨量增大，雨滴呈扁平状，其纵轴长度小于横轴长度，地球站仰角越高就意味着电磁波在穿过雨滴时所经过其纵轴的路径越短，所以降雨衰减量就越小。降雨噪声可用公式（1）来计算：

式中：E为天线的有效全向辐射功率（dB）;A为降雨衰减值（dB）;W为天线的馈源到LNB之间的波导损耗（dB）;Train为雨的温度（K）。

式中可见噪声温度高低视降雨衰减值的降低而减小，如果不存在降雨衰减现象，噪声温度就不会增加。如果不存在波导损耗，噪声温度就主要是由降雨衰减产生的。噪声温度的大小主要影响天线接收端的载噪比，即G/T值，噪声温度越高，而信号的质量越低，地球站的可用性就降到了最低，因此，地球站建站规划时以及链路计算中这些参数是必须重视的。

1.3 降雨去极化现象

卫星通信中的应急指挥通信通常应用双极化系统即采用正交极化达到频率复用的目的，以此来提高系统的可用度和频带的利用率。降雨不仅会对Ku波段的电磁波造成吸收损耗和散射，还会引起交叉极化干扰即去极化，同时，入射波的极化波面也与之相关。因为随着降雨量的增强，雨滴是呈扁平状，在雨滴的纵轴和横轴两个方向上产生的交叉极化干扰称为微分衰减（图2），产生的相位偏移称为微分相移。去极化对于单极化系统的影响几乎可以忽略不计，但若采用双极化系统，因其会产生正交极化复用并导致极化隔离度大大降低，致使正交极化信号相互干扰。通常使用交叉极化鉴别度（用分贝（dB）表示）来衡量极化，其定义为在给定的信道上会产生主极化分量和交叉极化分量，二者取其比值。例如在给定的信道上主极化分量为垂直极化，则信号在该信道产生的交叉极化分量为水平极化，二者之比即为交叉极化鉴别度，其值越高，纯度越高，表示产生的交叉极化分量就越少。

在实际应用中，接收天线不可能完全没有交叉极化分量的产生，但对于C波段（6/4GHz）卫星通信来说去极化现象影响甚微，主要会对Ku波段卫星通信系统其工作频率在10GHz以上产生干扰。

1.4 雨衰估算

降雨量的大小随着地区和季节不同差别会很大，自然界中的降雨量在统计上也是不可预测的，所以测量降雨对实时通信产生的干扰要在不同的降雨情况下估算。降雨的不同情况用降雨率（mm/h，即每小时降雨量）来表示，指某地区雨水积蓄的速度。

某一地区的降雨情况一般描述为：降雨率超过的时间比例为P%（P通常取值为：0.001、0.01、0.1、1）。降雨衰减的估算需要收集大量的必要参数，此次估算以北京降雨情况为例，虽然没有当地降雨的实测数据，但可根据国际无线电咨询委员会（CCIR）（现国际电信联盟无线电部门（ITU-R））规划的雨区分布和降雨率情况得知，北京被列在平均降雨率为42mm/h（时间百分比为0.01%）的K地区，也就是说北京地区降雨率超过42mm/h的时间比率为0.01%，相当于每年有0.85小时的降雨率超过了此值。

以亚洲9号卫星（122.1°E）Ku转发器为例，设地球站为北京市区某站，地球站高度h0=0.049（Km），纬度We=39.9°，天线仰角EI=51°，经计算大致得到其降雨区的有效高度hr=3.7（Km），电磁波穿过雨区传播的斜路径长度，斜路径在水平方向上的投影LG=4.7cos51°=2.96（Km），根据以上数值查ITU-R给出的衰减因子表格可得，故电磁波经过降雨区域的有效路径长度L=4.7×0.88=4.14（Km）。综合上述各参数计算结果得到北京每年降雨量超过42mm/h所产生的总的降雨衰减量A=1.49×4.14=6.17（dB）。因此，降雨衰减对于Ku波段卫星通信会造成很严重的影响，甚至令地球站发射和接收功率降至正常通信要求的门限之下。又由于降雨衰减也与地球站天线的俯仰角有一定关系，例如天线仰角EI=19°，其他参数不变的情况下得到的降雨衰减量为11.21dB，故地球站天线仰角越大，电磁波穿过雨区的距离越短，降雨衰减量越小，否则越大。但是各个地区地球站天线対星的俯仰角通常是不会变化的，所以不同地区降雨衰减也是不同的。

二、针对降雨衰减的对抗措施

Ku波段卫星通信中的应急指挥通信考虑到对抗降雨衰减的策略时，应当根据某地量化的确切数据来确定待测算区域比如北京地区的降雨衰减量，它要求进行长期的观测量和长期的连续降雨实际测量数据，归结该地区精确的降雨统计特性，得出该地区在不同条件下降雨衰减量的实际情况，在此基础上针对降雨衰减的对抗措施如下：

2.1 通信链路的备余量

卫星通信链路中常用的传统方法就是备份余量。例如在C波段卫星通信链路中备份预留3-7dB余量，Ku波段卫星通信链路中备份预留6-10dB余量。在缺水或降雨稀少区域，如沙漠中降水极少，如有备份余量足，则以支撑系统的可用需求，但在降雨多发区，特别是夏季多暴雨时期，降雨衰减可达10dB以上，这种情况下备份余量可能完全不够用，就要考虑其他方法了。

综上所述，晴天时链路备份余量可能产生浪费，暴雨天时，也会出现不能满足系统需求的情况。

2.2 极化方式和天线口径的选择

降雨的随机性也造成了雨滴的形状大小不一，不同大小的雨滴对信号造成的衰减也不一。随着降雨的增大，雨滴不仅呈现扁平状，且在水平直径也变大。对于线极化而言，因雨滴水平直径大于纵向直径，水平极化方式的衰减大于垂直极化方式，也就是说在工作频率12GHz以上的卫星通信中，就抗雨衰性能而言，垂直极化方式优于水平极化方式。

根据公式可知，其中接收天线增益G与接收天面口径D呈对数函数关系，故大天面口径越大，接收天线的增益会随之提高。在降雨多发和地球站天线俯仰角低的地区，使用大口径天线，其接收天线增益越高，系统覆盖的范围就越大。

但是应急指挥通信中多采用的车载卫星天线受到其局限性，无法采用较大口径天线，一方面携带不便，另一方面加大了成本。

2.3 前向纠错技术及降速率技术

在大到暴雨时，降雨衰减量逐步增大，通常利用前向糾错（FEC）即一种编码方式，降低信息传输时的误码率。通过压缩编码速率换取更高的编码增益，例如采用编码速率为FEC 3/4的卷积码，例如常用维比特译码，系统的解调门限为7dB，若再适当减小编码速率，采用FEC 1/2的卷积码，此时系统的解调门限降为5dB。虽然其编码增益提高了，但是牺牲一定的编码速率换取来的，编码速率减小到一定限度，即使继续减小，换取的编码增益也微乎其微。

当下自适应速率降低技术（ARP）抗雨衰影响相对优越，通信信道在受到雨衰影响时降低数据速率来提高信道的容量，产生的增益与其成正比，例如数据速率减少至1/4时，增益为5dB。综上所述，以上两种技术，可以弥补不同降雨条件下产生的雨衰影响，但降雨量越大，系统有效的可用容量将减小，对于应急通信中的音视频传输过程会造成数据阻塞和卡顿等现象。

2.4 自动功率控制

自动功率控制是通过改变系统的功率来实现对卫星通信链路受到降雨衰减的有效补偿。对于设计较为复杂且建设集成繁琐的地球站，可以采用上行链路自适应功率控制（AUPC）和整个系统的自动功率控制（APC）。

在应急指挥通信中，降雨衰减对上行链路造成的影响大，对其链路的要求更严苛，在上行链路中都会配置功率控制器，对降雨衰减进行自动补偿，其工作原理是：遇到降雨时，地球站接收到卫星转发器传回的信号时，会同步的测算出链路的降雨衰减量，通过上行自动功率控制调整地球站的发射衰减从而控制功率的大小，达到动态补偿降雨衰减的目的，让信号功率保持在饱和或最大功率状态。但若变为晴天时，自动功率控制可能仍然保持在雨天时的衰减功率，从而造成功率严重超发。

但对于卫星通信的整个系统的自动功率控制（APC）而言，下行链也存在降雨衰减，因此也可以配置功率控制器，采用同时控制上下行链路功率即来对抗降雨衰减，这种动态控制就是以网管系统为基准的。该系统能够全天候不间断的监测出全网上星地球站的收发功率值，通过与晴好天气正常使用时的收发功率值进行比较，实时调整地球站的衰减从而控制功率大小。

比如网管系统软件中的卫星调制器模式选择自动功率控制参数配置（TPC on UFC on），这意味着自动功率控制功能已开启。综上，自动功率控制可以在阴、雨等甚至恶劣天气下稳定地球站的通信性能。

三、结束语

应急指挥通信是战时通信，地质灾害和紧急救援的重要措施，卫星通信是应急指挥通信的重要手段，因其不受距离、时间以及地点等外界因素的制约而广泛应用。

卫星通信系统的稳定和可靠以及实时通信是其重要指标，卫星通信会受到云、雨、雾，雪等自然因素的影响，通过以北京地区受到的降雨衰减为例，详细地解读了各公式含义以及相应地计算步骤，并根据北京地区量化的降雨量统计特性得出了降雨衰减的估算值。同时阐述了一些常用的对抗法及措施来降低雨衰造成的影响，提高了卫星通信系统的稳定性和可靠性。卫星通信的新技术还有待发展，相信经过日益的研发一定会有新的征程。

参  考  文  献

[1] 张更新.刘爱军.张杭.童新海.卫星通信（第三版）.解放军理工大学通信工程学院.2001

[2] 杨运年.降雨对Ku波段卫星通信系统的影响及其对抗措施[J].通讯世界.1998.（3）：33～36

[3] 刘国梁.荣昆璧.卫星通信.西安：西安电子科技大学出版社.1994

[4] 陈振國.杨鸿文.郭文彬.卫星通信系统与技术[M].北京：北京邮电大学出版社.2003

[5] 李志国.卫颖.卫星通信链路计算[J].指挥信息系统与技术. 2014.1（5）：73～76

作者：薛冬岑

雨衰值的卫星通信论文 篇3：

Ku波段卫星通信雨衰与抗雨衰问题的研究

摘 要 雨衰是影响Ku波段卫星通信质量和性能的主要因素之一，为提升卫星通信系统在Ku波段的通信性能就必须依照通信地区和通信系统的特点选用适当的抗雨衰措施增强通信链路的通信质量。本文首先对雨衰的形成机理进行了分析，然后就雨衰对Ku波段卫星通信链路的影响进行了讨论，重点对抗雨衰实现方式和措施进行了研究。

关键词 雨衰；Ku波段；卫星通信；通信质量

使用Ku频段进行卫星通信可以在发挥卫星通信覆盖区域广，机动性强等优势的基础上增强通信信号的功率，降低地面微波对通信信号的影响。但是Ku频段无线通信的一个重要缺点是该频段信号在穿越密集雨区时会受到严重的干扰，即会出现雨衰现象，使得通信可靠性与有效性大大降低。为增强Ku波段的卫星通信质量就必须对雨衰问题进行研究，并根据雨衰的成因和特点制定适当的抗雨衰措施，降低雨衰对通信信号的影响。

1 雨衰的形成机理及其对Ku频段卫星通信的影响

1.1 雨衰的形成机理

Ku频段无线信号穿越雨区时，密集的雨滴会吸收一部分无线信号的能量，还会对无线信号产生散射，散射后的无线信号进而会导致大面积的无线电干扰，使得无线电波出现去极化效应，这一现象即为雨衰。

Ku频段信号在穿越雨区中的衰减具有非选择性和缓慢的时变特性，雨衰由雨滴直径与无线信号的波长的比值决定，当无线信号波长大于雨滴直径时，雨衰主要体现为散射，当无线信号波长小于雨滴直径时，雨衰主要体现为吸收损耗。无论雨衰体现为哪种特性，都会影响无线信号在传播方向的传输特性。

理论分析和实践研究表明，在Ku波段的无线信号穿越中雨以上的降雨区域时所出现的衰耗会非常明显，当穿越长度为10 km时，衰耗可达2dB。当降雨区域为暴雨时，Ku波段无线信号的雨衰可达10dB，降雨强度与雨衰幅度成正比关系。

1.2 去极化现象

降雨除会对Ku波段信号产生衰减外，还会使得信号出现去极化现象，若无线信号为单极化传输系统，该现象的影响并不明显，但是对于采用正交极化复用的双极化传输系统而言，该现象会大大增强正交极化信号间的相互干扰。

相关资料表明，Ku波段无线信号穿越暴雨区（雨区高度为2 km）时所出现的微分衰减可达2dB，正交极化系统受其影响会出现极化隔离度降低等情况，进而使得信号间出现极化误差，干扰增加。

2 抗雨衰相关措施分析

2.1 增大链路备余量

预留一定的备余量是无线通信系统链路设计中的一种常见方法，Ku频段的卫星通信链路中的预留备余量通常为6dB左右。对于降雨较少区域，该余量完全能够满足抗雨衰要求，但是在某些降雨较多区域，则无法完全依靠该方法实现卫星通信的抗雨衰。增大余量的最大不足之处在于会占用过多的卫星通信资源，且在无降雨时会出现资源的浪费。

2.2 功率控制

依照通信系统特性为Ku频段卫星通信系统配置上行链路自适应功率控制或自动功率控制等功能可以有效降低雨衰对卫星通信系统带来的影响。

自适应的上行链路功率控制实现原理为：地球站对卫星信号强度进行监测，并根据监测结果计算出通信链路中的降雨损耗，依照该计算结果对地球站的发射功率进行动态调整，从而达到雨衰补偿的目的。该方法不仅能够提升系统的通信容量，还能够有效提升卫星通信信号的可靠性。具体的，上行功率控制又可以分为开环和闭环两种。开环功率控制是利用地面站所接收到的Ku频段无线信号的电平变化量来对下行链路的雨衰值进行测量，进而控制上行发送信号的衰减值，实现上行功率控制。该功率控制方法实现简单，但是控制精度有限。闭环功率控制是地面站接收到Ku频段无线信号后将该信号与参考信道信号的S/N的值进行比较，然后实现上行发送信号的功率控制。该功率控制方法控制精度较高，但是实现成本也比较高。

自动功率控制的实现原理为：以卫星通信的网管系统为参考基准，对地球站的接收电平值进行实时测量，并将测量值与参考点评进行比较，然后将比较结果返回给地球站，控制地球站更改发送信号的输出功率。这种方法不仅能够有效提升卫星通信系统的稳定性和可靠性，还能够在一定程度上节约无线资源，是一种高效的抗雨衰方式。

2.3 信道编码与传输速率控制

对信号进行编码能够有效降低无线信号在高衰减信道中的传输误码率。降低编码率还能够提升编码增益，但是编码率的降低是有一定限度的，超出该限度，即便再降低编码率也不会使得卫星系统出现大幅度的增益改善，反而会使得系统容量减小，影响通信效果和数据传输速率。传输速率自适应控制也是一类有效的抗雨衰措施，降低传输速率可等效为提升信道容量，实现Ku频段信号的抗雨衰。但是该方法同样存在一定的适用范围，不能无限制增强抗雨衰效果。

2.4 空间分集技术

空间分集技术是近几十年来所提出的一类重点技术，该技术的实现原理为相隔一定距离部署多个地球站，这些地球站既可以对信号进行单链路接收也可以进行分集接收，在雨衰较为严重时采用分集接收可有效提升卫星通信系统的抗雨衰效果。需要说明的是，该技术的实现成本较高，需要较为复杂的网络控制技术。

2.5 极化方式与天线选择

由于Ku波段信号穿越雨区时会出现去极化现象，故为提升卫星通信系统的抗雨衰性能，还可以从信号极化方式和接收天线选择方向进行考虑。理论分析可知，随着雨滴体积的增大，雨滴对水平极化波的衰减更大，故对于通信频段高于10GHz的无线信号而言，可以通过垂直极化的方式获得更好的抗雨衰性能。同时，接收天线的增益与其口径大小之间也存在着一定的联系，即大口径的接收天线可以获得更高的接收增益，在雨衰较为严重的地区可以通过适当增大接收天线口径的方式提升Ku波段通信链路的抗雨衰性能。

3 总结

Ku波段为我国卫星通信所采用的主要频段之一，但是该频段通信信号易受到降雨的影响出现衰减，甚至会造成通信中断。本文上行站、信道传输以及下行站等三个方面对Ku波段卫星通信的抗雨衰补偿措施进行了分析，综合应用上述措施可以有效提升卫星通信的通信质量和传输可靠性。

参考文献

[1]庞宗山，路平.Ku波段卫星通信雨衰分析及对抗措施[J].科学技术与工程，2007（9）.

[2]杨书奎，仇爱军，汤军.Ku波段卫星移动通信的关键技术分析[J].通信与广播电视，2007（9）.

[3]李琳，王杰.雨衰对Ku波段卫星的影响及消除[J].大众科技，2010（11）.

作者：岳昕