卫星通信链路预算之二：带宽和功带平衡

在上一个章节卫星通信链路预算之一：信噪比分配 中，我们介绍了卫星通信链路中最核心的概念：信噪比分配，并给出了卫星通信链路总信噪比的计算公式。

本篇文章，我们将介绍卫星通信链路中的另外一个基本概念：带宽和功带平衡。

卫星通信中的几个“带宽”

信息速率和符号速率

信息速率

编码

卫通调制解调器也有不同的调制方式，比如：BPSK、QPSK、8PSK，16APSK等。不同的调制方式的调制阶数不同。调制阶数表示为N。

调制

在这里我们不会具体介绍每种编码方式和调制方式的原理，那是通信原理书本上讲解的内容。

调制方式	调制阶数N	编码后传输速率Rt=Rb/r	符号速率Rs=Rt/log2(N)
BPSK	2	2.000 Mbps	2.000 Msps
QPSK	4	2.000 Mbps	1.000 Msps
8PSK	8	2.000 Mbps	0.667 Msps
16APSK	16	2.000 Mbps	0.500 Msps
16QAM	16	2.000 Mbps	0.500 Msps
64QAM	64	2.000 Mbps	0.333 Msps

载波占用带宽

载波占用带宽的意思是：卫通站发射的调制信号实际占用卫星转发器资源的多少MHz。一般定义为-26dB带宽，即载波从峰值下降26dB后所对应的双边频谱宽度。

备注：通用通信系统一般取-20dB带宽作为占用带宽，但是卫星通信行业，为了防止邻频干扰，采用-26dB带宽作为占用带宽。参考来源：国际通用标准 ETSI EN 302 307和IESS-308 规范。

这个数值可以通过频谱仪测量得到。

相同的数据符号率，不同厂家的调制解调器的滚降系数不同，最终产生的调制信号的占用带宽也会不同，而这个是各个厂家产品的核心指标之一。

我们可以用下面这个图来表示符号率和载波占用带宽的关系：

符号率和载波占用带宽

载波占用带宽跟卫星转发器的资源密切相关，而卫星转发器资源是需要花钱购买的。如果厂家的调制解调器的滚降系数小，相同符号率占用的卫星转发器带宽资源就少，需要花费的钱就少。

常规的调制解调器的滚降系数在0.25左右，做的比较好的调制解调器，滚降系数可以造0.2以内，个别厂家的调制解调器的滚降系数据说可以做到0.15以下。

载波分配带宽

前面介绍的载波占用带宽是卫通站发射信号占用的频谱带宽。卫通公司在分配卫星资源的时候，为了防止对相邻频带的其他用户信号产生干扰，一般都会在载波占用带宽的基础上留出一些保护带宽，这就产生了载波分配带宽的概念。

占用带宽和分配带宽

这个保护带宽取多少呢？毕竟卫通公司最终是按照载波分配带宽来计算资源费用的。保护带宽取值的大小，保守一点，激进一点，都对应着钱啊。

保护带宽的选择根占用带宽的大小相关，小带宽载波采用固定保护带宽，大带宽载波按照比例。根据ITU-R S.1557《卫星固定业务中数字载波的频谱效率》的规定，

对于带宽≤8 MHz的载波，保护带宽固定为200 kHz；带宽>8 MHz的载波，保护带宽按比例分配，比例值（1-2.5%）；

举例说明：

例子1：占用带宽1.25MHz，分配带宽1.25+0.2=1.45MHz；

例子2：占用带宽36MHz，分配带宽36*1.025 = 36.9 MHz；

不同的卫通运营商和卫星通信设备制造上，对保护带宽的计算方式也有差异，主要体现在

1.大小载波带宽的定义不同， 比如Intelsat IESS-601以5MHz作为门限，小于5MHz的是小带宽，大于5MHz的是大带宽。

2.小带宽载波的保护带宽不同， 比如Intelsat IESS-601把150KHz作为保护带宽；

3.大带宽载波的分配比例不同，比如Comtech EF Data Modem Manual的保护带宽比例是1.5%。

带宽和资费

上面的内容介绍了，如何根据实际的业务速率，一步步对应到需要占用多少卫星资源，卫通公司会分配多少资源，我们需要为多少资源付费。

在用最简单的文字介绍通信卫星有哪些类型。中，我们介绍了通信卫星按照资费方式可以分为2类：

• • 按照频谱带宽收费，单位是MHz/每小时；

• • 按照业务数据流量收费，单位是Mbps。

对于大波束卫星通信来说，卫星相当于转发器，卫通公司是按照频谱带宽收费的，收费的单位是MHz/每小时。

卫星公司作为卫星通信的运营商，收费方式和移动通信运营商（移动、联通和电信）是类似的。

如果用户是短期使用，临时使用，使用的频次、时长都不固定，卫通公司提供的是临时业务，按照临时业务的资费标准收取费用。临时业务按照MHz/每小时收费。

如果是大客户，需要长期使用，可以采用包年的方式，一年承诺使用多少带宽，多少时长的卫星资源，卫通公司会给一个包年的套餐价格。

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在上一个文章卫星通信链路预算之一：信噪比分配 我们介绍过，为了提高卫通接收站的信噪比，我们可以采取增大接收天线口径或者增大发射功率的方式。那么每个用户为了提高信噪比，为了获得质量更稳定，速率更高的通信业务，都会想着增大自己的发射功率。

而卫星转发器的功率是有限的，我们可以简单理解：用户功率之和不能使得卫星转发器饱和，所有用户上行EIRP总和需保证转发器工作在线性区。

如果所有用户都都增大发射功率，卫星转发器就会饱和，进入非线性区，信噪比恶化，最终导致所有用户都不能正常使用。就像交通十字路口，所有的车辆都想先过，如果没有红绿灯的规则，最终的结果是所有车辆都挤在一起，谁也过不了。

所以，跟交通红绿灯规定了车辆的行驶规则一样，卫通公司也制定了规则，对不同用户的发射功率进行了规定和限制，这就是“功带平衡”原则。

功带平衡原则

功带平衡原则，简单说就是：你占用的卫星转发器功率，跟 你占用的卫星频带宽度 成正比。

不要心存侥幸，卫通公司地面站实时监测卫星上资源的使用情况，哪个用户超功率发射信号了，卫星公司是很清楚的。

写在最后

卫星通信的矛盾：

• • 有限的卫星通信资源和无限的用户业务需求之间的矛盾。

• • 昂贵的卫星通信资费和用户业务预算之间的矛盾。

功带平衡原则，就像十字路口的红绿灯一样，是一种兼顾用户利益和卫星资源的折中的方法，也是系统效益最优化的一种方法。

就像我们每个人都应该做遵纪守法的公民，应该遵守交通规则一样。我们在测试、使用卫通设备的时候，也应该遵循功带平衡原则，占用多大的带宽就发射多大的功率，不要违规。