STK通信模块教材

1SatelliteToolKit®CommModule通信模块STK中国技术支持中心北京宏宇航天技术应用公司地址：北京海淀知春路82号，航天大厦0715室电话：[phone]模块功能„通过模拟通讯链路提高现有STK的性能„两个主要目的:–支持链路预算分析–生成Gain增益、EIRP有效各向同性辐射功率、BER误码率的轮廓图„灵活性可以满足用户特定的需求设计3特性„内建了许多现成的工具–用于设计GEO系统–当分析模型存在时进行评估„设计为处理LEO系统及传统的GEO应用–地面站到卫星–卫星交叉链路（cross-links）4产品„Comm2.0版功能–来自其它通信天线的干扰–斯坦福电信的PMOD传播模型–基于数据文件—仰角由电磁传播的损失程度来确定5通信术语„Power功率–Watt瓦特:基本功率单位–Milliwatt毫瓦:千分之一瓦特–dB分贝:–dBW瓦分贝:100瓦特=20dBW.–dBm毫瓦分贝:100Watts=50dBm.„Gain–信号增益。例如：天线的增益是10。则从天线发出的信号强度是进入天线强度的10倍6通信术语„EIRP有效各向同性辐射功率–有效各向同性辐射功率。一种用来比较发射机的性能指数。相当于功率增益的输出倍数。一个功率10瓦特的发射机天线增益为10，则EIRP值为100瓦。EIRP更常用的表述单位是瓦分贝。„RIP各向同性辐射功率–各向同性辐射功率。它是EIRP减去从发射机到接收机的所有损耗。7通信术语„FluxDensity流量密度–每单位面积的功率。标准是分贝（瓦特/M2）„g/T接收增益/噪声温度–接收增益除以等量的噪声温度。一种通用的比较接收机性能的参数。„C/N0载波/噪声密度–载波与噪音密度之比。它的好处是与带宽独立。接收的载波功率除以背景噪声功率密度。所有的系统都有一些背景噪声，C/No比越大接收的信号越好。8通信术语„C/N载波/噪声–载波噪声比。也缩写为CNR。与C/No相似，但它包含了接收机的带宽。„Eb/N0比特能量/噪声–每比特能量与噪声之比。用于数字通信系统，相当于通信系统的信躁比，Eb/No比值越高信号越好。„BER误码率–误码率，错误码与总码数之比。典型的通信链路误码率需要10^-6或更高。9通信术语„LinkBudget链路预算–给出一条已知链路的所有增益和损耗的详细数据–可输出为电子表格–电子表格解决方案不考虑时间或几何变化参数„ContourPlots等值线图–最常用的是EIRP图。给用户提供即时的概念显示哪些区域被覆盖和没有覆盖。10增强STK的功能„在STK中增加了两个新的对象类:–接收机和发射机–可附属于任何现有的交通工具、地面站、点目标、飞行器或传感器上。„用户定义接收机和发射机特征–使用用户已确定的参数来建模„完整的环境模型–大气吸收模型和两种雨衰模型–可模拟太阳和地球射频干扰(RFI)11STK对象增强„场景Basic属性–Environment环境•雨衰模型•大气吸收模型„地面站、点目标、行星和卫星Basic属性–Atmosphere大气12建模„接收机和发射机有三种不同级别的建模方式–Simple–Medium–Complex„选择的模型取决于用户提供的参数„用户也可输入数值来计算未知事物或未建的模型13源发射机定义„参数–Frequency:传输频率–EIRP:有效等方性辐射功率–Gain:发射机天线增益，单位dBi.(M)–Power:发射机射频输出功率作为标准天线输入–DataRate:发射机数据速率，单位为千比特(kbps)/秒14源发射机定义Modulation调制类型:-BPSK-QPSK-MSK-FSK-DPSK-NFSK-External„AdditionalGainsandLosses附加增益和损耗–Post-transmit值–典型损耗为指向损耗-1dB.15源发射机原理图EIRP有效各向同性辐射功率天线增益传播增益和损耗数据源调节器放大器数据速率调制类型功率天线16源发射机定义„ModulationTypes调制类型–用于变换Eb/N0为误码率–每种类型的带宽效能，常用于支持接收机带宽的自动定标–使用理论误码率曲线–使用外部调制类型可模拟其他的调制类型–外部文件可提供ES/N0对符号错误比、每符号误码数、及带宽效能17图形属性„Contour等值线–LevelAdding增加数值–LevelAttributes数值属性„Pattern天线图„Boresight视轴18图形属性„图形属性仅适用于复杂模型对象–需要定义一种天线图来绘制等值线„Contours等值线–用来定义显示的数值级别和数量–每个等值线数值都可修改图形属性19等值线图20图形属性„Pattern天线图栏–允许用户控制天线图的坐标方格大小和分辨率–坐标方格越好，图形看起来就会越平滑（但是会减慢速度）„Boresight视轴栏–调节天线视轴标记的类型和颜色„未看到天线图形?–确保卫星和天线方向的正确–二维地图能看到视轴的标记吗？21天线„Gaussian高斯–一种简易的近似抛物面天线的天线图，视轴内大约6分贝偏差。–和半功率型传感器图形相同„Parabolic抛物面–旁瓣模型。第一个旁瓣顶点与视轴偏差约17.5分贝。„SquareHorn角喇叭–类似于抛物面天线，也包含了旁瓣„所有类型都使用近似的性能参数–Efficiency功效(0to1);典型值:0.5to0.75–碟型天线直径(对角喇叭天线,指单侧长度)22天线„IntelSat国际通信卫星机构–国际通信卫星机构定义的文件格式，定义增益为方位角和仰角的函数。„External外部文件–使用AGI文件格式来定义增益•Theta-Phi•Azimuth-Elevation•Symmetric23Theta-Phi坐标„Theta-θ–距视轴的角度–范围从0－180度„Phi-φ–绕视轴旋转的角度–范围从0－360度„通常用于传统天线建模，比如抛物面天线yφθx24方位角-仰角坐标„Azimuth方位角–绕-y轴的旋转角–范围从-180－180度„Elevation仰角–绕+x轴的旋转角–范围从-180－180度„通常用于地球静止轨道卫星，其方位角是从视轴往东，仰角是从赤道往北极AzimuthElevationxy25对称坐标„Theta-θ–偏离视轴角度–范围从0到180度„图案对称于视轴„通常用于传统天线建模，如抛物面天线yθx26接收机定义„关键参数„模型相关27接收机定义„参数–g/T:接收机增益除以系统噪音温度–Gain:接收机天线增益，单位为分贝–NoiseFigure（噪声系数）:根据接收天线输出测算–Bandwidth（带宽）:–Polarization（极化方式）:通过两种因素来减少背景噪音28接收机原理图g/T噪声系数发射机调制类型增益带宽电缆损耗低噪声放大器解调器射频干扰接收机接收的增益和损耗29噪声„任何物体温度高于0K时都会因为热而产生噪音„NoiseTemp噪声温度–噪声源可由与之相等的噪声温度来表示，即物体有多热就会产生相同数量的噪声。„ExternalSources外部噪声源–Sun–Earth30接收机功能„AntennaNoiseTemperature天线噪声温度–地基接收机:•计算:基于大气噪音模型和地球射频干扰•External:插值基于噪音温度对应的仰角数据–天基接收机:•地球射频干扰:结合天线类型来确定总的噪音温度–全体•太阳射频干扰:结合天线类型确定总的噪声温度31接收机功能„AntennaNoiseTemperature天线噪声温度„RainModel雨衰模型32接收机功能„RainModel雨衰模型–可以激活应用于特殊链路的分析–OutagePercentage损耗百分比•年损耗百分比•基于地面站位置、频率、以及选择的雨衰模型计算雨量33约束„发射机–Basic,Sun,Temporal„接收机–Comm,Basic,Sun,Temporal34传播影响–自由空间损耗„距离越远信号衰减越大35传播影响-大气吸收„大气中的分子和微粒具有固有的震动方式会吸收信号„影响某些频率的信号，造成传播损耗„损耗程度取决于水蒸气的浓度和温度„通常用于低仰角的天线（会穿过更多的大气）36传播影响-雨衰模型„雨滴也吸收信号„损耗程度取决于频率和降雨量„通常使用统计模型，基于全球平均降雨历史数据。„两种通用雨衰模型:–Crane–CCIR(a.k.aITU)„用户定义链路损耗需求37链路分析„计算发射机与接收机的可见性„按照想要的链路性能来定义接收机和发射机链路性能约束条件（如BER误码率、C/N等）„生成链路预算报告/图表，获得时间曲线38通信链路接收机噪声传播影响源发射机载波39链路性能参数„FluxDensity-流量密度，接收机单位面积内接收的功率。„C/No-载波与噪声密度比，与带宽无关。„Eb/No-信躁比„BER-误码率，典型值为10-6到10-9。40转发器„转发器–用于建模多级传递通信链路–通常应用于通信链路–需要链路模块„基本性能–指定放大器输出饱和状态时的输入功率–饱和EIRP-指定放大器最大输出功率–Transferfunctions转移函数-n次多项式•Frequency频率-AFSCNSGLSuses256/205ration•Power功率-通常为非线性(non-linear)41转发器原理图饱和EIRP增益低噪声放大器频率转换器放大器传播增益和损耗频率转移函数饱和功率功率转移函数天线42多级传递通信链路应答机接收机转发器源发射机接收机放大载波加放大噪声噪声噪声载波43创建多级传递通信链路„利用以下对象创建Chain链路对象–源发射机–接收机–转发器–接收机„可利用星座对象将发射机和接收机组成星座„生成链路分析结果报告44多级传递通信链路术语„输入补偿（IBO）–放大器工作功率与饱和输入功率的差距„输出补偿（OBO）–放大器工作功率与饱和输入功率的差距