ITU-R 전파 모델을 사용한 위성 링크 예산: 빗물, 기체 흡수 및 몬테카를로 가용성

위성 링크가 다른 이유

두 고정 타워 사이의 지상 마이크로파 링크는 경로 손실을 예측할 수 있습니다.몇 dB의 레인 마진을 더하면 끝입니다.10GHz 이상의 위성 링크는 다른 문제 범주입니다. 20GHz에서의 빗물 감쇠는 열대성 폭우 시 20dB를 초과할 수 있고, 산소와 수증기의 기체 흡수는 고도 각도에 따라 0.5—3dB를 증가시키고, 구름의 액체 물은 높은 고도에서 추가로 1-2dB에 기여하며, 전체 시스템이 지정된 가용성 (예: 연간 8.76시간 이하의 정전 발생) 을 달성해야 합니다.).

ITU-R은 강우량 통계를 감쇠 초과 확률로 변환하는 전파 모델을 발표했습니다.위성 링크 버짓 분석기는 외부 라이브러리가 필요 없는 P.618-13 (강우 및 신틸레이션), P.676-13 (기체 흡수) 및 P.840-8 (구름 감쇠) 을 직접 구현하고 이를 몬테카를로와 결합하여 강우량, 포인팅 손실, EIRP 변동 및 G/T 변동에 대한 연간 가용성 곡선을 생성합니다.

예제: Ka 대역 다이렉트 브로드캐스트 다운링크

대상 시스템은 온대 해양성 기후 (ITU-R 레인 존 K, R.= 30mm/hr) 의 60cm 소비자 요리에 대한 Ka 대역 (19.7—20.2GHz) 직접 방송 위성 다운링크입니다.

다음 링크 파라미터를 입력합니다.

명목상의 클리어 스카이 버젯 계산

GEO 거리에서 20GHz에서의 여유 공간 경로 손실은 다음과 같습니다.

“매스블록_0"

이 툴은 첫 번째 원칙에서 받은 C/N0을 계산합니다.

“매스블록_1"

여기서 k = −228.6 dBW/k/Hz (볼츠만 상수).35° 고도 각도에서 P.676 기체 흡수 모델은 약 0.8dB의 산소 및 수증기 흡수율을 제공합니다 (이는 표면 습도에 따라 크게 달라지므로 도구는 표준 기준 대기를 사용합니다).P.840은 10g/m²의 액체 수로에 0.3dB의 구름 감쇠를 추가합니다.

클리어 스카이 C/N0 = 52 − 209.5 − 0.8 − 0.3 + 12.8 + 228.6 = 82.8 dBHz.심볼 레이트가 45Msps (75.5dBHz 노이즈 대역폭) 인 경우 Eb/N0 = 82.8 − 75.5 = 7.3dB입니다.맑은 하늘에서는 0.1dB의 여백으로 링크가 닫힙니다. 즉, 맑은 하늘의 여백은 기본적으로 없습니다. 즉, 모든 기상 여백은 가용성 사양에 따라 결정되어야 합니다.

ITU-R P.618 빗물 감쇠

P.618-13 빗물 감쇠 모델은 주어진 강우 지역에서 해당 연도의 p%에 대해 초과한 감쇠량을 계산합니다.계산:

1.특정 브레인 감쇠량을 계산합니다. γ_R = k × R.^α 여기서 20GHz 수평 폴에서는 k ≈ 0.0751, α ≈ 1.099 2.비를 통과하는 효과적인 경사 경로 계산: L_S = H_R/sin (θ), 여기서 H_r ≈ 3.5km (중위도에서의 강우 높이) 및 θ = 고도 35° 3.수평 감소 계수 r.를 적용합니다. 4.A.= γ_R × L_S × r.를 계산합니다 5.P.618 Eq. 6 거듭제곱 법칙을 사용하여 다른 가용성 백분율로 확장할 수 있습니다.

R.= 30 mm/hr에서 도구는 A.≈ 12.8dB를 계산합니다. 이는 빗물 감쇠량이 연중 0.01% 를 초과한 수치입니다 (연간 약 52분).0.1% 가용성 (99.9% 링크 가용성) 의 경우 스케일링을 통해 약 6.4dB의 빗물 감쇠 효과를 얻을 수 있습니다.

0.1dB의 클리어 스카이 마진과 6.4dB의 레인 마진이 필요하므로 더 높은 EIRP (위성 측), 더 큰 접시 또는 더 낮은 Eb/N0 (QPSK 1/2과 같은 보다 강력한 변조) 을 통해 총 6.5dB의 페이드 마진을 추가해야 합니다.

몬테카를로: 불확실성이 있는 가용성 곡선

공칭 빗물 감쇠 계산에서는 모든 것이 정확한 설계 값에 있다고 가정합니다.실제로 위성 EIRP는 위성 수명 기간 동안 ±1dB 변하고 (빔 엣지 대 중앙, 트랜스폰더 노후화), 포인팅 손실은 ±0.5dB (바람, 열 변형), 지역 강우량 분포는 불확실합니다 (ITU-R 우천 지역 경계는 근사치).

몬테카를로를 실행해 이 허용오차를 100,000회 이상 시험해 보세요.가용성 곡선 결과는 페이드 마진의 함수로 연간 가용성의 중앙값, 10번째 백분위수 및 90번째 백분위수를 보여줍니다.주요 결과:

시스템 성능의 10백분위수에서 99.9% 의 가용성 (사양) 을 보장하려면 3dB의 추가 페이드 마진이 필요합니다.즉, 접시의 크기를 60cm에서 약 75cm로 키우거나 (3dB 게인 증가) 더 높은 출력으로 트랜스폰더를 작동시키는 것을 의미합니다.

지상파 모드와 위성 모드

링크 유형을 “지상파”로 전환하여 동일한 레인 모델 (이제는 경사 경로가 아닌 단일 레이어 레인 셀) 을 사용하여 고정된 포인트-투-포인트 마이크로파 링크를 모델링할 수 있습니다.P.838 계수는 동일합니다. 비를 통과하는 경로 길이는 궤도 기하학에서 계산되지 않고 링크 거리로 고정됩니다.이 모드는 위성 경로를 대체 지상 백홀 경로와 비교할 때 유용합니다.

숫자가 운영상 의미하는 바

상용 방송 사업자의 경우 연간 가용성이 99.9% 라는 것은 연간 8.76시간의 서비스 중단을 의미하며, 이는 중요하지 않은 엔터테인먼트 서비스의 경우 괜찮은 수준입니다.항공 안전 또는 금융 거래의 경우 99.99% (연간 52분) 또는 99.999% (연간 5분) 가 필요하며, 각각 3~4dB의 추가 마진 투자에 해당합니다.

몬테카를로 출력은 단일 공칭 시스템뿐만 아니라 설치된 여러 터미널과 위성의 궤도 수명 전체에 필요한 마진을 제공합니다.이것이 종이 링크 버짓과 배포 신뢰 구간의 차이입니다.

[위성 링크 버짓 분석기] (/tools/sat-link-budget)