Budget für Satellitenverbindungen: Regen, Absorption und Verfügbarkeit

Warum Satellitenverbindungen über 10 GHz anders sind

Ein terrestrischer Mikrowellensprung zwischen zwei Türmen ist fast langweilig, wenn der Wegverlust erst einmal bekannt ist: Fügen Sie ein paar dB Regenmarge hinzu und Sie sind fertig. Ein Satelliten-Downlink über 10 GHz ist das nicht. Das Signal durchquert die gesamte Troposphäre schräg, die Regendämpfung nimmt mit der Frequenz steil zu, und das Verfügbarkeitsziel — sagen wir 99,9% des Jahres, was immer noch 8,76 Stunden Ausfallzeit zulässt — wird durch die schlechtesten Wetterstunden an einem bestimmten Ort festgelegt.

Dieser letzte Punkt ist wichtiger als jeder andere. Regen, Wolken und Wasserdampf sind Eigenschaften des Standorts, nicht des Breitengrades, in dem es liegt. In dieser exemplarischen Vorgehensweise wird ein Ka-Band-Downlink direkt zum Haus für eine 60-cm-Schüssel in London entworfen und alle Zahlen angezeigt, die der Satellite Link Budget Analyzer unterwegs verwendet.

Was das Tool berechnet

Der Analysator liest das Klima des Standorts anhand der digitalen ITU-R-Karten aus und führt die ITU-R-Vorhersagemethoden darauf aus:

Die Implementierung ist eine Portierung der Open-Source-ITU-RPY-Bibliothek und stimmt ihr an zwölf Teststandorten innerhalb von 0,001% zu. Die troposphärische Szintillation ist nicht enthalten — P.618 benötigt dafür den Durchmesser und die Effizienz der Empfangsantenne — und das Ergebnis sagt es aus.

Das Beispiel: Direkt-to-Home-Downlink im Ka-Band

Drei dieser Zahlen werden abgeleitet, und es lohnt sich, sie einmal von Hand zu berechnen. Neigungsbereich. Ein GEO-Satellit in 35.786 km Höhe über dem Äquator ist von einer beliebigen Stelle außer dem Subsatellitenpunkt weiter entfernt als seine Höhe. Bei Erdradius $R_E$ = 6378 km und Orbitradius $r$ = 42.164 km: G/T. Eine 0,60-m-Schüssel mit 65% Wirkungsgrad hat eine Verstärkung von $10\log_{10}\left(0.65\,(\pi D f/c)^2\right)$ = 40,1 dBi bei 20 GHz. Bei einer Systemtemperatur von 150 K (21,8 dBK) gilt G/T = 18,4 dB/K. Erforderliches Eb/N0. ETSI EN 302 307-1 ergibt einen idealen Es/N0 von 7,91 dB für 8PSK 3/4. Jedes Symbol enthält 3 × 0,75 = 2,25 Informationsbits, also $E_b/N_0 = 7.91 - 10\log_{10}(2.25) = 4.4$ dB.

Das Klima des Standorts

Bevor die Dämpfung berechnet wird, misst das Tool das Klima bei 51,5° N, 0,1° W und listet alle verwendeten Werte auf:

Dieselbe Analyse in Singapur lautet $R_{0.01}$ = 100 mm/h. In Madrid sind es 25,1 mm/h — fast Londons Zahl, aber mit Regenhöhe, Wolkenklima und Höhenwinkel, die unterschiedlich genug sind, um die Antwort zu ändern, wie wir sehen werden.

Das Budget liegt bei 99,9%

Der Link wird bei 99,9% nicht geschlossen. Regen ist der größte atmosphärische Begriff, aber nicht in dem Maße, wie es die Folklore vermuten lässt: Gas und Wolken erhöhen den Unterschied zwischen ihnen um weitere 1,94 dB.

Warum werden Gas und Wolken mit einem Wert von 1% gemessen, obwohl das Ziel bei 0,1% liegt? Weil es in P.618-13 Absatz 2.5 so steht. Gas und Wolken wachsen in den seltensten Fällen nicht so stark wie Regen. Bei einer Überschreitung von unter 1% hält die Methode sie also bei ihren Werten von 1% und kombiniert sie mit der Regendämpfung bei der Zielwahrscheinlichkeit:

mit $A_S$ = 0 hier, weil die Szintillation nicht modelliert wird.

Die Verfügbarkeitskurve

Das Tool bewertet das gesamte Budget bei jeder Verfügbarkeit, nicht nur das Ziel:

Dieses 60-cm-Terminal schließt zu etwa 99,66% des Jahres. Ein Wechsel von 99,9% auf 99,99% kostet weitere 8,1 dB an Regendämpfung — jedes weitere neun dB ist weitaus teurer als das letzte.

Monte Carlo: Ungewissheit in Bezug auf das nominale Budget

Mit einem kostenpflichtigen Konto führt das Tool 100.000 Durchläufe im Rahmen des nominalen Budgets durch (10.000 im kostenlosen Kontingent). Es variiert EIRP und G/T (σ = jeweils 0,3 dB), fügt einen Punktverlust hinzu (exponentiell, Mittelwert 0,2 dB), skaliert die Regendämpfung um eine logarithmisch normale Streuung der Regenrate (σ = 0,5) und fügt einen Abklingterm hinzu (|normal|, σ = 0,4 dB). Dabei handelt es sich um ein Unsicherheitsmodell, das das Tool um das ITU-R-Ergebnis herum anwendet — es ist selbst keine ITU-R-Methode.

Für das 60-cm-Design bei 99,9%:

Der Median liegt unter dem Nennwert von −2,09 dB, da Ausrichtung und Verblassen immer nur subtrahieren. Der p5-Schwanz ist lang, weil die Streuung der Regenrate eine Dämpfung multipliziert, die bereits 4,2 dB beträgt: Ein regnerischeres Jahr als vorhergesagt tut weitaus mehr weh als ein trockeneres hilft.

Den Link schließen

Entweder eine 90-cm-Schüssel oder ein Herunterfallen auf QPSK 3/4 schließt die Verbindung nominell. Beides macht die P5-Marge nicht positiv — wenn Sie 95% der Terminals benötigen, um in einem Jahr, in dem es überdurchschnittlich viel Regen gibt, 99,9% abzudecken, benötigen Sie noch mehr. Adaptive Codierung und Modulation, die DVB-S2 unterstützt, gibt es genau dafür: 8PSK bei klarem Himmel laufen lassen und im Fade auf QPSK zurückgreifen.

Und 99,99%? Sogar die 90 cm große Schüssel ist dort 6,68 dB zu kurz, und es regnet 12,29 dB.

Der Standort ist wichtiger als der Breitengrad

Führen Sie dasselbe 60 cm lange 8PSK 3/4-Terminal an einer anderen Stelle aus (jeder Standort befindet sich auf seiner eigenen GEO-Höhe):

Madrid und London haben fast den gleichen $R_{0.01}$, doch aufgrund der höheren Lage und des trockeneren Wolkenklimas liegt Madrid um 2,15 dB vorne. In Singapur, wo ein Satellit fast über ihm liegt, fehlen immer noch 19 dB: tropische Ka-Band-Verbindungen benötigen ein völlig anderes Design.

Terrestrischer Modus

Wenn Sie den Linktyp auf terrestrisch umstellen, behandelt das Tool den Pfad nicht mehr als schräg durch die Regenschicht. Regen folgt der ITU-R P.530-17 Path-Reduction-Methode über die gesamte Pfadlänge, und Gas entspricht der bodennahen Dämpfung um ein Vielfaches dieser Länge. Bei einer Frequenz von 23 GHz, 15 km am gleichen Standort in London:

Die Gasabsorption erhöht sich über die 15 km um 5,1 dB: 23 GHz liegt direkt neben der 22,2 GHz-Wasserdampfleitung. Das terrestrische Ergebnis gibt auch an, was es nicht beinhaltet: Mehrweg-Fading, das P.530 aus geoklimatischen Daten und Geländedaten vorhersagt, über die das Tool nicht verfügt.

Was bedeutet das betrieblich

Für einen Rundfunkdienst sind 99,9% (8,76 Stunden Ausfall pro Jahr) typisch, und 99,7% werden im Ka-Band häufig akzeptiert. Flug- oder Finanzverbindungen benötigen 99,99% (52,6 min/Jahr) oder mehr, und in London bedeutet das bei 20 GHz einen atmosphärischen Verlust von weiteren 8,1 dB, der über dem geplanten Wert von 99,9% liegt.

Führen Sie das Szenario für Ihre eigene Website aus, bevor Sie eine Schale dimensionieren. Ein Breitengrad und eine „Regenzone“ reichen nicht aus — die Klimawerte in den Toollisten sind diejenigen, die deine Ausfallzeiten festlegen.

2026-09-19aktualisiert. In einer früheren Version dieses Artikels wurde das Klima in der Regenzone, eine ältere Tabelle mit den P.838 -Koeffizienten und ein Budget bei klarem Himmel verwendet, das dem Tool nicht entsprach. Alle oben genannten Zahlen stammen jetzt aus dem korrigierten Analysator. Budgetanalysator für Satellitenverbindungen