Budget für Satellitenverbindungen: ITU-R-Modelle und Monte Carlo

Warum Single-Point-Link-Budgets vor Ort scheitern

Ein Link-Budget ergibt eine Zahl: den Abstand zwischen dem C/N0, das Sie erhalten, und dem C/N0, das der Demodulator benötigt. Positiv bedeutet, dass der Link funktioniert, negativ bedeutet, dass er nicht funktioniert.

Echte Satellitenverbindungen befinden sich nicht an einem Punkt. Regen schwächt das Signal ab, die Übertragungsleistung schwankt mit der Temperatur, die Antenne zeigt leicht von der Achse ab, und das Wetter am Standort ist eher eine Statistik als eine Konstante. Ein Budget von nur einem Punkt sagt nichts darüber aus, wie viel davon der Link aufnehmen kann.

In dieser exemplarischen Vorgehensweise wird das Satellite Link Budget-Tool verwendet, um einen Ku-Band-VSAT-Uplink zu entwerfen. Die erste Lektion ist weniger glamourös als Regenverblassen: Überprüfe vor allem anderen die Arithmetik bei klarem Himmel.

Das Referenzdesign: Ku-Band VSAT-Uplink

Das Terminal lädt 10 Mbit/s aus München (48,14° N, 11,58° E) mit 14 GHz auf einen GEO-Satelliten hoch.

Eine 1,2 m-Schale mit einem Wirkungsgrad von 60% hat eine Verstärkung von 42,7 dBi bei 14 GHz, und 4 W entsprechen 6,0 dBW. Nach Einspeisung und Verlust des Hohlleiters sind 48 dBW ein angemessener EIRP-Wert für Endgeräte. Der Neigungsbereich ergibt sich aus der GEO-Geometrie bei 38° Höhe, nicht aus der Höhe von 35.786 km.

Die Link-Budget-Tabelle lesen

Die Verbindung wird nicht geschlossen und Regen hat wenig damit zu tun. Entferne alle atmosphärischen Begriffe und das Budget ist immer noch um 4,7 dB knapp:

Dies ist der häufigste Fehler bei handgefertigten Budgets: ein Schild oder ein abgebrochener Begriff, der eine thermisch unmögliche Verbindung bequem aussehen lässt. Vergleichen Sie den Wert C/N0 bei klarem Himmel mit der Anforderung, bevor Sie sich auf die Ausbreitung konzentrieren.

99,5% Regen in München

Das Tool liest das Münchner Klima anhand der ITU-R-Karten: $R_{0.01}$ = 32,1 mm/h (P.837-7), Regenhöhe 3,61 km (P.839-4), Stationshöhe 0,51 km (P.1511-1). Mit den P.838-3 -Koeffizienten bei 14 GHz und der P.618-13 -Slant-Path-Methode:

Beim Entwurfspunkt von 99,5% kostet Regen weniger als 1 dB. Darüber hinaus wächst es steil an — achtmal so viel mit 99,99% — weshalb das Verfügbarkeitsziel mehr als die Frequenz festlegt, wie viel Regenmarge eine Ku-Band-Verbindung benötigt.

Korrektur des thermischen Budgets

Bei jeweils zwei Änderungen wird die Verbindung bei 99,5% geschlossen:

Wenn Sie den Wert um das Fünffache reduzieren, werden 7,0 dB gekauft. Das größere Terminal kauft 7 dB EIRP: 3,5 dB von der größeren Antenne und 3—4 dB von einem 8—10 W BUC.

Wir überprüfen die Monte-Carlo-Bänder

Monte Carlo (10.000 Versuche im kostenlosen Tarif) variiert EIRP und G/T (σ = 0,3 dB), fügt einen Punkteverlust hinzu (exponentiell, Mittelwert 0,2 dB), verteilt die Regenrate logarithmisch (σ = 0,5) und fügt einen Abklingwert hinzu (|normal|, σ = 0,4 dB). Es handelt sich um ein Unsicherheitsmodell, das auf dem ITU-R-Budget basiert, und nicht um eine ITU-R-Methode.

Bei beiden Korrekturen liegt die p5-Marge bei etwa −1,2 dB, während der Nennwert bei +0,9 dB liegt: 5% der Versuche liegen am Ende 1,2 dB oder mehr unter dem Schwellenwert am 99,5-%-Punkt. Der Median liegt unter dem Nennwert, weil durch Zeigen und Verblassen nur subtrahiert wird.

Wenn der Link seine Verfügbarkeit zuverlässig erfüllen muss, muss das Design auf den Rand p5 und nicht auf den Nennwert ausgerichtet sein.

Was es braucht, um 99,9% zu erreichen

Bei 99,9% steigt der Regen auf 2,61 dB an und beide 99,5 %-Fixes fallen erneut nicht aus (−0,70 dB mit 2 Mbit/s, −0,69 dB mit dem 55-dBW-Anschluss). Zwei Durchgänge:

Der Satelliten G/T ist nicht etwas, das der Terminaldesigner steuert, aber er variiert über einen Strahl hinweg um mehrere dB. Prüfen Sie die G/T -Kontur an Ihrem Standort, anstatt den Strahlspitzenwert zu verwenden.

Standort und Höhe

Das gleiche 2-Mbit/s-Design mit 99,9%, wurde auf andere Websites verschoben:

Das Klima am Standort bestimmt die Regengrenze, der Breitengrad allein nicht.

Eine Erhöhung des Höhenwinkels hilft weniger als es scheint. Durch die Verlegung des Münchener Terminals von 38° auf 55° (ein Satellit weiter östlich auf dem Bogen) wird die Regenmenge mit 99,5% von 0,97 auf 0,82 dB reduziert. Durch den kürzeren Neigungsbereich und den dünneren Gas- und Wolkenweg verbessert sich der Rand insgesamt um etwa 0,5 dB.

Die wichtigsten Konstruktionsregeln aus dieser Analyse

Schließen Sie zuerst das Clear-Sky-Budget. Bei Ku-Band in Mitteleuropa entscheidet das Wärmebudget — EIRP, G/T und Datenrate — darüber, ob eine Verbindung zu 99,5% geschlossen wird. Regen liegt bei 99,5% bei etwa 1 dB. Verfügbarkeit ist da, wo Regen beißt. In München steigt der Regen bei 14 GHz von 0,97 dB bei 99,5% auf 2,61 dB bei 99,9% und 7,99 dB bei 99,99%. Jede weitere Neun benötigt einen neuen Blick auf das Design. Design bis zum Rand von p5. Der nominale Spielraum gilt nur unter Durchschnittsbedingungen. Verwenden Sie den Standort, nicht die Zone. Houston und Kopenhagen unterscheiden sich um 3,8 dB Regen, bei 99,9% für dasselbe Terminal.

Führen Sie das Referenzdesign aus und ändern Sie dann eine Sache nach der anderen — die Szenario-URL behält jede Variante bei.

2026-09-19aktualisiert. In einer früheren Version dieses Artikels wurde C/N0 = 80,8 dBHz für dieses Design angegeben, was 16 dB zu hoch ist. Die daraus resultierende Spanne wurde auf 6,8 dB Regen aus einem Breitengradklima zurückgeführt. Alle oben genannten Zahlen stammen jetzt aus dem korrigierten Tool.

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Verwandte Tools: Link Budget Calculator, EIRP Calculator, Noise Figure Cascade