1、 Ku 波段卫星通 信 雨 衰计算及 分 析 徐慨、向顺祥、黄林书 电子工程系 海军工程大学 中国武汉 摘要： 使用雨量计、频谱分析仪和其他设备，根据模拟结果，测量和分析了武汉市降雨率及雨衰对 Ku 波段卫星通信信号的影响。分析了降雨率和雨衰的关系，并将结果与国际电信联盟无线电通信部门（ ITU-R） 估计值进行了比较，分析了实际测量值与预测值之间的不同之处。利用测得的数据，对不准确的 预测模型，提出了一个改进算法，证明 ITU-R 提出的预测模型是正确的。实验结果表明，有必要通过长时间的测量，获得足够的数据，来确定不同站点雨衰与降雨率之间关系。 关键词： 频谱分析仪、卫星通信、雨衰、预测模型
2、 I 引言 在卫星通信链路设计，必须计算链路的效率和冗余。因为信号可能会被吸收和过滤，所以必须提供冗余或一些对抗措施，如自适应功率控制，通过分集接收来提高链路效率。然后有两个问题：应该提供多少冗余来满足链路的有效性要求；应采取什么措施来对抗雨衰。 虽然国内外已经做了许多理论的实验研究，但是对于 不同的地域链路的设计要求，实验结果不是很符合。 在论文中，通过一段时间测量武汉的降雨以及 Ku 波段卫星信号衰减，绘制了降雨和信号衰减之间的关系图。在比较获得的关系图和ITU-R 给出的模型曲线后，证明 ITU-R 预测模型在不同地区之间存在一些错误，因此有必要进行一些测试，对 ITU-R 预测模型做一
3、些修改。 II 测量系统的原理 图一显示了测量系统的原理。该图的左侧的是 降雨衰耗估算 。下行链路信号由天线接收，并且其频率被转增下来的低噪声 B转换，并且随后转到频谱。最后，通过 RS-232 接口，信号电压被保存到计 算机。菱形天线 :0.6m， LNB 振荡器频率 11300MHz ；输入频率： 12.25GHZ12.75GHZ；输出频率： 950MHZ1450MHZ；因为它是垂直极化测量信号 ,电源电路是采用 12.5 V 直流 ；光谱频率范围 :3KHZ 3GHZ,10 个值是每分钟收集。 右侧是降雨量的测量。这个雨量计的测量精度 :0.1 毫米 7 毫米 /小时 ,运行电压 :9
4、24 v 直流电源提供的收集器 .雨量计得到了降雨的每分钟 (毫米 ),并发送数据在计算机中的数据收集器。当数据乘以 60,那么降雨的小时是有 (毫米 /小时 )。 测试地点：武汉，纬度 :30.52；经度： 114.31；高度： 23.3 米测试频率： 12.333GHz；仰角的天线： 48.45 。 Fig.1 实验系统结构图 III 测试结果及建模分析 A. ITU-R 降雨衰减模型 A =g L （ dB） （ 1） g = a Rb （ dB/km） （ 2） 其中， L 是降雨的有效路径， g 是降雨衰减比， R 是雨量比， a， b 是相关系数，其值随频率不同变化。 B.阳光下计
5、算放的信号的参考电平 吸光度的衰减在雨天、云和大气的变化是缓慢的。大气吸收有氧气和水蒸气组成。其中水的蒸气在不同的天气变化最大。相比较而言，吸收衰减在慢衰减中是最主要的因素。 为了去除噪声和闪烁的影响，分析了在下雨之前三天和下雨之后三天的晴朗天气所有的信号电平，得到了晴朗天气的信号参考电平As。 C.计算雨衰 取在 1 分钟内获得的 10 个信号得平均值 ,就得到了雨中每分钟的信号电平。然后每分钟雨衰如下： A As Ar （ dB） 其中， A 是指雨衰， As 是晴朗天气的 信号参考电平， Ar 是雨 中的每分钟信号电平。 D.测量结果分析 图 2 表示的是武汉地区 2008-05-03 的降雨情况。水平轴是时间 ,垂直是雨衰减率。信号随时间衰减如图 3 所示。比较两个图， 可以得出以下结论： （ 1）降雨越大，雨衰也越大。最大的降雨发生在 5 月 3 号的 21:00，恰好信号衰减发生在那个时候 （ 2）信号衰减是不仅发生在下雨的时候，下雨后也有，因为在某些方面天空中的云也使信号发生衰减。例如， 5 月 3 日在 17:00-18:00，虽然不下雨，但很明显，仍然有信号衰减。 （ 3） 雨衰减率期间的降雨量是相对持久。在相同的降雨，信号由降雨 引起的为 20 的衰减分钟显然是大于一个或两分钟。
