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I? 卫星通信技术/Satcom {卫星通信基础/Satcom ABC 通信卫星资源/Comsat resource 卫星通信网/Network 链路设计/Link
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atten 工作频段/Freq bands 轨位协调/Coordination 中国广播卫星/China DBS 常用数据表/Tables 友情参与/Visitor's
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生命的延续/My family
降雨衰耗为无线电波在穿过雨区时所受到的衰减量。无线电波的频率越高，波长就越短。频率为10 GHz以上的Ku和Ka等高频段微波的波长仅为10到30毫米，与直径为数毫米的雨滴有一定的可比性。因此，密集的雨滴将使Ku以上的高频段电波在穿越雨区时遭受严重的传输损耗。除了信号强度会因降雨而遭衰耗外，地面接收系统的噪声温度会因降雨而增加，电磁波的极化角也会因降雨而被改变
由于降雨这一自然现象在发生时间和地域上的不确定性，对降雨衰耗的精确量化计算是不可能的。ITU-R及其前身CCIR经过数十年的观测和研究，总结出针对不同的时间概率，估算最大雨衰量统计值的方法。我国的有关部门据此制定了相应的通信行业标准。除此之外，R. K. Crane等专家和专业机构也提出了多种雨衰估算模式。采用相关方法估算得到的降雨衰耗值可用于为通信链路预留降雨备余量。
返回页首每次降雨的雨量都不相同，大小不等的降雨在一年中的发生概率也不相同。通常，小雨下得多些，中雨较少，暴雨的发生概率很低。
量化的降雨衰耗是在平均年度的某个统计时间中可能超过的预测衰减量。统计时间用百分数表示。0.1%时间的雨衰量为5dB，意味着平均每年有0.1%时间（大约526分钟）的降雨衰耗可能超过5dB。降雨衰耗统计时间的百分数越小，相应于这个时间百分数的降雨衰耗值就越大。
与此相对应的是降雨可用度的概念。等效于0.1%时间雨衰量的降雨可用度为99.9%。99.9%时间可用度的降雨衰耗为5dB，意味着在平均年度中的99.9%时间内，降雨衰耗通常不高于5dB。降雨可用度的时间百分数越大，所对应的降雨衰耗值也就越大。
不同通信业务的用户对通信中断的时间概率有着不同的要求。在卫星通信的链路计算中，降雨可用度通常选在99.5%与99.99%之间，所对应的降雨衰耗时间百分数为0.5%到0.01%。
返回页首雨衰量的计算方法、计算参数和计算结果都很具争议性。在没有更权威的计算方法和计算参数之前，不妨采用ITU-R所建议的算法。由雨衰计算流程图可见，雨衰量为单位距离的雨衰值和倾斜穿越距离的乘积。前者可由降雨强度和频率极化等因素折算出，后者则由降雨高度和天线仰角所决定。由于ITU-R和我国的通信行业标准YD/T 984-1998所提供的雨区分布和降雨高度都较粗略而不可靠，这两项对计算结果的影响又很关键，因此，计算结果仅具参考作用。
在ITU-R和我国通信行业标准的雨区分布图中，中国东南地区被列为N区，西北地区被列为A区、C区、D区和K区。从一些气象专著中可以了解到，中国的东南沿海地区的降雨极值与世界极值相近，西北部分地区则降雨量极低。中国电波传播研究所的一篇论文（我国分钟降雨率分布，仇盛柏，通信学报96年5月）也表明，我国东南部分地区应列为P区，而西北的大片地区应列为B区。
质疑雨区分布图粗略而不可靠的证据之一为：比对CCIR的早期雨区分布图,与ITU-R和我国通信行业标准在1990年代中期的新版雨区分布图可以发现，后两者在东经84度到135度、北纬20度到50度的范围内新添了一块类似于中国版图的区域。如果该叶状区域确为新添的中国版图，则有关部门似乎在认真查对版图覆盖区域的准确与否方面，有失职之嫌。因为，中国的新疆西起东经74度，黑龙江则北至北纬53度。如果该区域并非对应我国国土，则位于东经84度/北纬40度以南的塔克拉玛干沙漠年降雨量近于0，雨区分布图不该将该处标为K区，因为新疆沙漠的降雨量肯定远低于也被标为K区的河北与辽宁。
根据ITU-R的雨高模拟曲线，中国所在纬度的雨高大致为三到五千米。而在我国的通信行业标准中，中国所在纬度的雨高大致只有三 、四千米。若据此计算，青藏高原的大部分地区将没有雨衰。 有气象专著介绍说，强降雨和持续性降雨的云层出现高度通常在数百米到二千米之间，弱到中等降雨的云层高度则要高很多。但是，ITU-R和我国通信行业标准的雨高模拟曲线则在不同的降雨条件下都恒定不变。
具体的计算步骤请见《雨衰估算方法的演变和问题》。文章的结论为：在专家学者提供 更科学的计算参数和计算方法之前，雨衰量的精确计算是无法做到的。
返回页首下面提供的是中国各地对常用中国Ku卫星的雨衰分布图表，谨供业内人士参考和比较。雨衰值根据ITU-R和中国通信行业标准的建议算法，按照99.9%的年可用率，水平极化，上行频率14.5GHz和下行频率12.75GHz等参数计算。
卫星公司通常为用户提供某些城市或特定地点的雨衰表。由于中国的城市大多集中在东部和中部，其中的部分城市相距很近，雨衰估算结果相差很小；而中国西部的广大地区则因没有大中城市，雨衰资料大致为空白。为此，本网页所提供的雨衰分布图表采用为中国版图内的所有整双数经纬度交叉点提供雨衰估算结果的方法，使边远地区的潜在用户也能大致了解当地相关数据。
亚太2R卫星（APSTAR-IIR，76.5E轨位）的上行雨衰分布图和下行雨衰分布图
中卫一号卫星（ChinaStar-1，87.5E轨位）的上行雨衰分布图和下行雨衰分布图
亚洲二号卫星（AsiaSat-2，100.5E轨位）的上行雨衰分布图和下行雨衰分布图
亚洲3S卫星（AsiaSat-3S，105.5E轨位）的上行雨衰分布图和下行雨衰分布图
鑫诺一号卫星（SinoSat-1，110.5E轨位）的上行雨衰分布图和下行雨衰分布图
亚洲四号卫星（AsiaSat-4，122.2E轨位）的上行雨衰分布图和下行雨衰分布图
亚太五号卫星（APSTAR-V，138E轨位）的上行雨衰分布图和下行雨衰分布图
返回页首1） 从地图上查找中国版图内的所有整双数经纬度交叉点的海拔高度。为了避免出现降雨高度低于海拔高度(这将使求得的雨衰量成为负值 ）的尴尬局面，图表中的最大海拔高度取值为3000米。
2） 采用九宫或十字加权平均法，用邻近坐标点的高度值，对直接从地图中查得的坐标点海拔高度作加权处理。经过处理后，海拔高度图表中的 坐标点高度值可以避免直起直落式的台阶状变化。
3） 计算各个坐标点指向特定卫星轨位的天线仰角值。
4） 由降雨高度和海拔高度的差值、以及天线仰角计算各个坐标点的雨区穿越斜距。其中，降雨高度采用新版ITU-R建议中的估算公式。与抄自前一版ITU-R建议的中国通信行业标准中的估算公式相比，北纬35度以北地区的雨高大致相同，北纬35度到20度之间的雨高差值为200米到1400米，新版本中的更高些。
5） 由雨区分布图求得各个坐标点对应于不同可用度(99.9%或99.99%)的降雨强度。采用图表作业法，由降雨强度、工作频率和极化求得各个坐标点的雨衰率（详见《雨衰估算方法的演变和问题》与雨衰率推算图）。降雨强度分布图和雨衰率分布图也都经过加权平均法修正。
6） 由各个坐标点的雨区穿越斜距在地面的水平投影距离、以及对应于不同可用度的降雨强度等参数，计算路程缩短因子。
7） 各个坐标点的雨衰率、穿越斜距、与缩短因子的乘积为该点在特定频率、极化和可用度条件下的降雨衰耗值。
返回页首降雨对Ku频段卫星通信的影响不仅仅限于上表中所列出的降雨衰耗值。笔者曾经工作过的地球站对某卫星的Ku信标所作的长时间观察表明，华南地区在暴雨时所接收到的Ku信标的电平值，可能比晴空条件下所收到的低20到30dB。实际上，信标电平值的下降并不全是Ku频段信号在穿越雨区时所遭受的降雨衰耗。天线锅面和馈源口的积水造成天线效率的下降也是一个重要原因。由行波管螺流图可见暴雨对C频段上行功率的影响。图中所示六个卫星转发器的行波管螺流反映了相应行波管的输出功率。这些转发器上的电视载波分别由位于新加坡的四个地球站上行。局部暴雨在90分钟内先后笼罩这四个上行站，螺流的变化表明这些转发器的输出功率大约有2dB的衰减。从行波管输入输出关系曲线可知，降雨时的输入功率衰减量相应在6dB左右，这是C频段降雨衰耗所不能解释的。
下行雨衰可用加大天线口径补偿，上行雨衰则只能靠增加上行功率来补偿。考虑到成本限制，建站时一般不会为功放预留约20dB（100倍）的余量。也就是说，Ku频段卫星通信在华南高降雨区的雨衰中断几乎是不可避免的。对于整个转发器的业务都由一个地球站上行的特殊情况，有些卫星可采用星上自动电平控制的方法，补偿上行功率的不足。该方法也有其特殊的缺点。转发器输出带通滤波器的带宽通常会部分涵盖相邻转发器，自动电平控制的增益变化将会带动相邻转发器边缘部分的载波及其噪声底上下浮动。此外，上行功率和自动电平控制的初始配对设置也大有讲究，上行功率太高，晴空时对反极化信道和邻星的干扰过高；上行功率不足，降雨时自动电平控制的增益过高，将把转发器的噪声底也大大提高。
Ku频段信号在穿越雨区时将受去极化的影响，使极化隔离度变差，从而加重反极化干扰。通过对比某卫星的晴空Ku信标和雨天Ku信标频谱记录图可发现，大雨时的正极化信标电平比天晴时下降15dB以上，反极化信标电平则大致不变或略有上升，极化隔离度的恶化量为20dB上下。大雨时，还可观察到Ku频段的噪声底比晴空条件下提高2dB左右。
基于以上理由，对于不能忍受瞬时通信中断的用户，一般不建议使用Ku频段。
返回页首仇盛柏：我国分钟降雨率分布
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