高通量卫星（比如中星26/亚太6D)系统，终端业务速率大幅降低，能够更换小口径天线吗？

高通量卫星（比如中星26/亚太6D)系统，终端业务速率大幅降低，能够更换小口径天线吗？

很多工程师第一次给高通量卫星（HTS）终端选配天线时，都会做同一个"合理"的判断：

我的业务只需要1 Mbps，带宽要求很低，选个小口径天线就够了。

而且我们都知道，终端接收的信号是信关站发射的，信关站的天线一般都是十几米，20几米的大天线，发射功率EIRP非常大，对终端天线口径的要求也相应降低了。

这个直觉，在传统VSAT系统里是对的。但在高通量卫星的宽带TDM体制下，这个直觉绝对是一个坑。

那么我们怎么来选择高通量卫星系统下的终端天线口径呢？

我们先给出结论：

在宽带TDM体制下，即使终端B的业务速率只有1 Mbps，天线口径大概率也必须跟终端A的天线口径一样。

得出这个结论的时候，我们暂时把小口径天线，波束角度宽，引起的邻星干扰放在一边**，只讨论TDM体制带来的影响**。关于邻星干扰，我们在其他文章（具体文章，可以在公众号搜索 “邻星干扰”）中有专门的介绍，邻星干扰从另一个维度决定了终端天线的最小尺寸。

1.问题的根源：你接收的不是1 Mbps的信号

我们在上一个文章中提到过，目前主流的高通量卫星下行链路（卫星到终端）的信号采用的都是TDM体制，TDM体制的原理如下：

在传统 VSAT 系统中，如果你需要 1 Mbps 速率，卫星会单独给你分配一个小载波（窄带信号）。由于载波窄，终端只需要盯着那个窄窄的频率看就行，接收并解调信号所需的G/T可以降低，对应的终端天线口径可以减小。

但在中星 26 或亚太 6D 这样的大型高通量卫星 HTS 系统中，下行链路通常采用 DVB-S2X 标准的宽带 TDM 信号。在HTS系统中，卫星对整个点波束广播的是一个单一的宽带TDM载波——比如200 MHz。你的1 Mbps业务，不过是这个200 MHz载波里被分配给你的一小片时隙（约占0.5%）。

**终端天线必须接收的，是完整的200 MHz载波，而不是那0.5%的时隙。**因为终端不知道"属于自己的数据帧"藏在这200 MHz的哪个时间位置——它必须持续接收整个载波，解析每一帧的帧头（PLHEADER），才能找到信关站分配给自己的那几帧数据。

我们可以类比说明

• 卫星下行波束像一个不停旋转的"机关枪"，每秒钟射出数亿个符号（Symbol）。你的 1 Mbps 业务，可能只是每秒钟发出的 1000 个数据包中，仅有的 1 个属于你。
• 这 1 个包在 200 MHz 宽带信号中的出现位置是动态随机分配的。为了准确捕捉到属于你的这"一闪而过"的数据，终端的解调器必须全时刻、全带宽地对200MHz载波进行数字化采集和解析。

2.噪声底是按带宽算的，不是按速率算的

终端接收机的热噪声功率：

N = k T s y s B N = kT_{sys}BN=kTsys​B

• 热噪声功率公式告诉我们，噪声与带宽成正比。
  • 1 Mbps 对应带宽：约 1 MHz 左右。
  • 200 MHz 对应带宽：是前者的 200 倍。这意味着同样的接收环境下，宽带 TDM 终端感受到的热噪声功率比窄带终端高出约$ 10\lg200 \approx 23\ \text{dB}$ dB。
• 信关站虽然是大天线、高功率，但它的能量是被均匀撒在 200 MHz 的整个频段内的。对于终端来说，它面对的是一个底噪极高、有用信号被稀释在宽频段里的环境。
• 每一个数字符号要能被终端识别出来，其信号强度必须高出噪声底一定的比例（即 Es/N₀ 门限）。如果你缩减了天线口径，接收到的总能量就会大幅下降。当信号能量没入 200 MHz 产生的巨大噪声以下时，无论你的业务速率多低，解调器都会因为没法解调大载波而失败。

天线口径决定了终端能不能"解调"这个200MHz大载波。如果口径不够，你连这个 200 MHz 的载波都抓不住（由于噪声太大导致误码率 100%），那么隐藏在其中的那 1 Mbps 业务数据，根本无法提取。

所以，天线口径的选型基准，是200 MHz宽带载波的链路预算，不是1 Mbps业务的链路预算。

3.一个直观的类比：大楼里的快递件

你住在一家大型物流园区的员工宿舍楼里。每天，快递公司会开着一辆巨大的载重卡车（信关站发射的宽带载波），一次性拉来成千上万个包裹（200 MHz的总数据量）。

虽然你今天只买了一颗纽扣（1 Mbps的小业务量），但情况是这样的：

• 混杂堆放：你的这一颗"纽扣包裹"并没有被单独拎出来，而是和全大楼几百户人的几千个包裹混在一起，堆满了整个大厅。
• 必须逐一辨认：快递员不负责送货上门。你必须在大厅里，逐个查看每一个包裹上的编号和收件人（接收并解析每一帧数据的帧头），翻遍所有箱子，才能在某个角落找到你的那颗纽扣。
• 硬性门槛：无论你买的是纽扣还是大冰箱，卡车送来的包裹总量越多（带宽越宽），你为了从中"翻找"出自己的东西，所需要付出的**体力、视力和搜索能力（天线G/T值）**就必须越高。

所以，在大楼接收快递的模式下，你的体力消耗取决于"卡车载了多少货"，而不是"你买了多少货"。

4. 工程选型建议

在HTS宽带TDM系统中，终端天线口径选型的唯一基准是：该系统的波束大带宽载波（一般都是几百MHz）下，链路预算能否闭合最低阶MODCOD（通常为QPSK 1/4或QPSK 1/2）的Es/N₀门限。业务速率不是天线选型的参考依据。

这个结论虽然反直觉，但是由高通量卫星通信系统的硬件约束决定的。即使你的终端业务速率大幅降低，但只要它还需要从那个巨大的"宽带池"里捞数据，你就无法随意减小天线口径。理解了这一点，才能真正读懂HTS终端规格书里那些"看起来过于保守"的天线口径要求。

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/Vu5qEojVPqL1furomVNm6Q