卫星通信 - 链路预算
在卫星通信系统中，有两种类型的功率计算。分别是发射功率和接收功率计算。通常，这些计算被称为链路预算计算。功率的单位是分贝。
首先，让我们讨论链路预算中使用的基本术语，然后我们将继续解释链路预算计算。
基本术语
各向同性辐射体（天线）向所有方向均匀辐射。但实际上它并不存在。它只是一个理论上的天线。我们可以将所有真实（实际）天线的性能与该天线进行比较。
功率通量密度
假设一个各向同性辐射体位于半径为r的球体的中心。我们知道功率通量密度是功率流与单位面积之比。
各向同性辐射体的功率通量密度，$\Psi_i$ 为
$$\Psi_i = \frac{p_s}{4\pi r^2}$$
其中，$P_s$ 是功率流。通常，实际天线的功率通量密度随方向而变化。但是，它的最大值仅在一个特定方向上。
天线增益
实际天线的增益定义为实际天线最大功率通量密度与各向同性天线功率通量密度之比。
因此，天线增益或天线增益G为
$$G = \frac{\Psi_m}{\Psi_i}$$
其中，$\Psi_m$ 是实际天线最大功率通量密度。而$\Psi_i$ 是各向同性辐射体（天线）的功率通量密度。
等效各向同性辐射功率
等效各向同性辐射功率（EIRP）是链路预算测量中使用的主要参数。数学上，它可以写成
$$EIRP = G\:\:P_s$$
我们可以用分贝表示EIRP为
$$\left [ EIRP \right ] = \left [ G \right ] + \left [ P_s \right ]dBW$$
其中，G是发射天线的增益，$P_s$ 是发射机的功率。
传输损耗
一端发送的功率与接收站接收到的功率之间的差异称为传输损耗。损耗可分为两种类型。
- 恒定损耗
- 可变损耗
馈线损耗等恒定的损耗称为恒定损耗。无论我们采取了哪些预防措施，这些损耗都必然会发生。
另一种损耗是可变损耗。天空和天气状况就是这种损耗的一个例子。也就是说，如果天空不晴朗，信号将无法有效地到达卫星，反之亦然。
因此，我们的程序首先包括计算晴朗天气或晴朗天空条件下的损耗，因为这些损耗是恒定的。它们不会随时间变化。然后在第二步中，我们可以计算恶劣天气条件下的损耗。
链路预算计算
由于存在两个链路，即上行链路和下行链路，因此链路预算计算有两种类型。
地球站上行链路
这是地球向卫星发送信号，卫星接收信号的过程。其数学方程可以写成
$$\left(\frac{C}{N_0}\right)_U = [EIRP]_U+\left(\frac{G}{T}\right)_U - [LOSSES]_U -K$$
其中，
- $\left [\frac{C}{N_0}\right ]$ 是载波噪声密度比
- $\left [\frac{G}{T}\right ]$ 是卫星接收机的G/T比，单位为dB/K
这里，损耗表示卫星接收机的馈线损耗。所有依赖于频率的损耗都考虑在内。
为了有效地进行上行链路，EIRP值应尽可能低。当我们获得晴朗的天空条件时，这是可能的。
这里我们使用了（下标）符号“U”，表示上行链路现象。
卫星下行链路
在此过程中，卫星发送信号，地球站接收信号。该方程与卫星上行链路相同，不同之处在于我们到处使用缩写“D”代替“U”来表示下行链路现象。
其数学方程可以写成：
$$\left [\frac{C}{N_0}\right ]_D = \left [ EIRP \right ]_D + \left [ \frac{G}{T} \right ]_D - \left [ LOSSES \right ]_D - K$$
其中，
- $\left [\frac{C}{N_0}\right ]$ 是载波噪声密度比
- $\left [\frac{G}{T}\right ]$ 是地球站接收机的G/T比，单位为dB/K
这里，所有存在于地球站周围的损耗。
在上式中，我们没有包含信号带宽B。但是，如果我们包含它，则该方程将修改如下。
$$\left [\frac{C}{N_0}\right ]_D = \left [ EIRP \right ]_D + \left [ \frac{G}{T} \right ]_D - \left [ LOSSES \right ]_D -K-B$$
链路预算
如果我们考虑地面卫星，则还应考虑自由空间扩展损耗（FSP）。
如果天线未正确对准，则可能会发生损耗。因此，我们考虑AML（天线失准损耗）。类似地，当信号从卫星向地球传播时，它会与地球表面碰撞，其中一些会被吸收。这些由大气吸收损耗“AA”来处理，并以db为单位测量。
现在，我们可以为晴空写出损耗方程为
$$Losses = FSL + RFL+ AML+ AA + PL$$
其中，
RFL代表接收馈线损耗，单位为db。
PL代表极化失配损耗。
现在，接收功率的分贝方程可以写成
$$P_R = EIRP + G_R + Losses$$
其中，
- $P_R$ 代表接收功率，以dBW为单位测量。
- $G_r$ 是接收天线的增益。
下行链路的设计比上行链路的设计更关键。因为发射所需的功率和天线的增益有限。