1. 课程导入与链路预算全景

星地通信链路预算，本质上是一套“把发射端到接收端之间所有增益与损耗逐项记账”的工程方法。它的目标不是算出一个漂亮数字，而是回答三个关键问题：接收机能否在噪声中正确解调？链路在雨衰、遮挡、距离变化等最坏条件下是否仍有足够余量？为达到目标误码率或吞吐量，发射功率、天线口径、调制编码方式该如何取舍？

从输入输出看，链路预算的输入包括发射功率、发射天线增益、发射馈线损耗、自由空间路径损耗、大气与降雨衰减、接收天线增益、接收馈线损耗、系统噪声温度、带宽、数据速率以及调制编码门限；输出则是接收载波功率、载噪比 C/N、每比特能量噪声密度比 Eb/N0、链路余量以及可用度。这些量并非孤立，而是通过一条清晰的信号链逐级传递。

上图给出的是链路预算的“信号链视角”：从发射功率出发，经过 EIRP 合成、传播路径损耗、接收端增益与噪声，最终落到解调门限判断。理解这条链，就能理解为什么链路预算不是简单加减，而是需要逐项确认每个参数的取值依据和适用条件。

典型场景与参数差异

GEO、LEO 与深空三类场景的链路预算逻辑相同，但参数量级和主导损耗截然不同。GEO 卫星距地面约 35786 km，自由空间损耗在 C 波段约 196 dB、Ku 波段约 206 dB，雨衰是可用度的主要威胁，通常需要预留 3～8 dB 的雨衰余量。LEO 卫星轨道高度约 500～1200 km，自由空间损耗比 GEO 低约 30 dB，但多普勒频移可达 ±40 kHz（L 波段）甚至更高，且单颗卫星可见时间仅 5～15 分钟，链路预算必须结合切换策略和动态仰角变化。深空链路距离可达数亿公里，自由空间损耗超过 280 dB，必须依赖大口径地面天线（如 34 m、70 m）和极低噪声接收机，同时采用 Turbo 码或 LDPC 码逼近香农限。

以 LEO 下行链路为例，假设卫星发射功率 5 W（约 7 dBW），发射天线增益 6 dBi，馈线损耗 1 dB，则 EIRP = 7 + 6 − 1 = 12 dBW。地面站接收天线增益 30 dBi，馈线损耗 0.5 dB，系统噪声温度 150 K，带宽 10 MHz。在仰角 30°、距离 1000 km、频率 2 GHz 条件下，自由空间损耗约为 158.5 dB。则接收功率 P_r = 12 + 30 − 0.5 − 158.5 = −117 dBW。系统噪声功率 N = kTB = 1.38×10⁻²³ × 150 × 10⁷ ≈ 2.07×10⁻¹⁴ W，即 −136.8 dBW。因此 C/N ≈ 19.8 dB。若采用 QPSK 1/2 码率，解调门限 Eb/N0 约 4.5 dB，对应 C/N 门限约 4.5 + 10log10(10×10⁶/2×10⁶) ≈ 11.5 dB，则链路余量约 8.3 dB。这些数字属于教学示例假设，实际工程中需根据具体星历、天线方向图和大气条件修正。

性能指标体系与课程路线图

链路预算的性能指标可分为三层。第一层是链路层指标：接收功率、C/N、Eb/N0、链路余量、误码率。第二层是系统层指标：可用度、中断概率、吞吐量、时延。第三层是任务层指标：覆盖范围、服务时间、容量密度。三层指标之间存在明确的映射关系：链路余量决定可用度，Eb/N0 决定误码率，误码率与协议效率共同决定吞吐量。

本课程后续将沿“参数—模型—计算—验证”的主线展开。先逐一拆解发射端、传播路径、接收端和噪声的建模方法，再进入 GEO、LEO、深空三类场景的完整预算流程，最后结合雨衰统计、多普勒补偿、自适应编码调制等专题，完成从手工估算到工具化计算的过渡。学习时建议始终抓住一条主线：每个参数如何影响最终 Eb/N0，以及该影响在什么条件下会成为瓶颈。