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。这些是发射功率和接收功率计算。一般来说，这些计算称为链路预算计算。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
各向同性辐射器（天线）向各个方向均匀辐射。但是，它实际上并不存在。它只是一个理论上的天线。我们可以比较所有真实（实用）天线相对于该天线的性能。
功率通量密度
假设各向同性辐射器位于半径为 r 的球体中心。我们知道，功率通量密度是功率流与单位面积的比值。
各向同性辐射器的功率通量密度$\Psi_i$为
$$\Psi_i = \frac{p_s}{4\pi r^2}$$
其中，$P_s$是功率流。一般来说，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的最大功率通量密度与各向同性天线的功率通量密度之比。
因此，天线增益或天线增益G 为
$$G = \frac{\Psi_m}{\Psi_i}$$
其中，$\Psi_m$为实际天线的最大功率通量密度。其中，$\Psi_i$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) 是用于测量链路预算的主要参数。从数学上来说，它可以写成
$$EIRP = G\:\:P_s$$
我们可以用分贝表示 EIRP ：
$$\left [ EIRP \right ] = \left [ G \right ] + \left [ P_s \right ]dBW$$
其中，G为发射天线增益，$P_s$为发射机功率。
传输损耗
一端发送的功率与接收站接收的功率之差称为传输损耗。损失可分为 2 种类型。
- 持续亏损
- 可变损失
诸如馈线损耗之类的恒定损耗被称为恒定损耗。无论我们采取什么预防措施，这些损失仍然不可避免地会发生。
另一种类型的损失是可变损失。天空和天气状况就是此类损失的一个例子。意味着如果天空不晴朗，信号将无法有效到达卫星，反之亦然。
因此，我们的程序包括计算由于晴朗天气或晴空条件造成的损失作为第一，因为这些损失是恒定的。它们不会随着时间而改变。然后在第二步中，我们可以计算由于恶劣天气条件造成的损失。
链路预算计算
由于存在两个链路，即上行链路和下行链路，因此存在两种类型的链路预算计算。
地球站上行链路
这是地球向卫星发送信号并卫星接收信号的过程。其数学方程可写为
$$\left(\frac{C}{N_0}\right)_U = [EIRP]_U+\left(\frac{G}{T}\right)_U - [损失]_U -K$$
在哪里，
- $\left [\frac{C}{N_0}\right ]$是载噪比
- $\left [\frac{G}{T}\right ]$是卫星接收器 G/T 比，单位为 dB/K
这里，损耗代表卫星接收器馈线损耗。取决于频率的损耗都被考虑在内。
为了有效的上行链路，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（下标）符号“U”，它代表上行链路现象。
卫星下行链路
在这个过程中，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”而不是“U”来表示下行链路现象。
其数学方程可写为；
$$\left [\frac{C}{N_0}\right ]_D = \left [ EIRP \right ]_D + \left [ \frac{G}{T} \right ]_D - \left [ 损失 \right ] _D - K$$
在哪里，
- $\left [\frac{C}{N_0}\right ]$是载噪比
- $\left [\frac{G}{T}\right ]$是地球站接收机 G/T 比，单位为 dB/K
这里是地球站周围存在的所有损耗。
在上面的方程中，我们没有包括信号带宽 B。但是，如果我们包括信号带宽 B，则方程将修改如下。
$$\left [\frac{C}{N_0}\right ]_D = \left [ EIRP \right ]_D + \left [ \frac{G}{T} \right ]_D - \left [ 损失 \right ] _D-KB$$
链路预算
如果我们考虑地面卫星，那么还应该考虑自由空间扩散损耗（FSP）。
如果天线未正确对准，则可能会发生损失。因此我们考虑了AML（天线失准损耗）。同样，当信号从卫星传向地球时，它会与地球表面发生碰撞，其中一些信号会被吸收。这些由“AA”给出的大气吸收损耗来处理，并以 db 为单位测量。
现在，我们可以将自由天空的损失方程写为
$$损失 = FSL + RFL+ AML+ AA + PL$$
在哪里，
RFL代表接收馈线损耗，单位为db。
PL 代表偏振失配损耗。
现在接收功率的分贝方程可以写为
$$P_R = EIRP + G_R + 损失$$
在哪里，
- $P_R$代表接收功率，以 dBW 为单位。
- $G_r$是接收器天线增益。
下行链路的设计比上行链路的设计更为关键。由于发射所需功率和天线增益的限制。