卫星通信链路预算之六：输出回退

在卫星通信链路预算之五：输入回退中我们介绍了卫星通信中的重要概念：输入回退。

卫星天线接收信号功率饱和通量密度SFD定义了地面卫星通信终端发射的信号，到达卫星接收天线口面的时候，如果功率通量密度=SFD，则此时卫星转发器会饱和。

SFD针对的是单个载波信号，也就是单个地面卫星通信终端，而且这个通信终端发射的还是单个载波。单个载波信号通过转发器时，如果功放工作在饱和点附近，会引起信号的增益压缩和相位失真。

实际应用中，肯定有多个卫星通信终端同时向卫星发射信号，而且单个卫星通信终端也可能发射多个载波信号，所以一定是有多个载波同时通过卫星转发器。由于功放的非线性特性，不同载波之间的信号会相互作用，产生新的频率分量，这就是互调信号。互调信号可能会落在有用载波的频带内，从而对真实信号造成干扰，降低了信噪比。

为了抑制这些非线性的效应，特别是互调干扰，需要降低输入到转发器的载波功率，将转发器的工作点从饱和区域“回退”到非饱和区，使得转发器工作保持线性。

这就是输入回退的由来。

什么是输出回退OBO

输出回退（Output Back-off, OBO）是指卫星转发器在实际工作时，其输出等效全向辐射功率（EIRP）相对于其最大饱和输出功率（Saturation EIRP）所减少的 dB 数值。

OBO 的产生同样源于转发器功放的非线性和多载波之间的互调干扰。

刚开始了解链路预算的时候，很多人经常会想：已经有了输入回退，控制地面终端的发射EIRP，保证卫星转发器工作在线性区，不就行了，为什么还有专门提输出回退？

输入回退与输出回退的关系

• • 输出回退OBO是通过输入回退IBO来实现的，输入回退IBO是手段，输出回退OBO是结果。

只有当输入载波功率通量密度小于SFD，所以转发器输出EIRP才会小于饱和EIRP,sat。

• • 输入回退是针对转发器“输入端”的调整，输出回退是功放“输出端”的实际表现。

转发器输入功率降低多少dB，才能使得转发器不会饱和，能够工作在线性区。地面站通过调整上行发射功率EIRP，来控制到达卫星接收天线口面的信号通量密度PFD，从而实现PFD≤SFD-IBO。

输出回退的意思是满足输入回退的指标的条件下，转发器实际输出功率相对于转发器最大饱和输出功率降低了多少dB。OBO反映了转发器的实际输出能力，是下行链路预算中，计算卫星实际发射EIRP的关键参数。

• • 输入回退用于上行链路设计，输出回退则直接影响下行链路预算中卫星的发射能力。

在链路预算中，我们关心的其实是卫星能以多大的功率发射信号（也就是实际的下行EIRP是多少dBW）。OBO其实回答的就是这个问题。

在卫星链路预算中，卫星实际发射的EIRP就是用卫星的饱和EIRP减去实际的OBO来确定的。

输入回退和输出回退是线性关系吗？

输入回退和输出回退之间并不是简单的线性关系。因为功放在接近饱和区时，传递函数呈现出非线性，输入功率增加1dB，输出功率的增加会小于dB，甚至不再增加。

• • 当输入功率增加 1 dB，输出功率的增加可能少于 1 dB，甚至不再增加；
• • 为了让输出功率回退 1 dB，可能需要输入功率回退 2 dB 或更多。

输出回退的取值

在卫星通信中，**输出回退（OBO）**的取值并没有一个固定的“标准值”，取值依赖于很多因素，包括：

• • 调制方式和编码方式

  恒包络调制（如QPSK、8PSK），对非线性的容忍度较高，因此可以工作在更接近饱和的区域，OBO通常较小，可能在0.5 dB到3 dB之间。

  非恒包络调制（如16APSK、32APSK、64QAM等高阶调制），其信号的包络（幅度）是变化的，对功放的非线性特性非常敏感，需要更大的线性度，因此OBO通常会更大，可能在3 dB到10 dB甚至更高。

• • 载波数量

  单载波情况下，OBO主要用于抑制功放自身的非线性，OBO较小；

  多载波情况下，OBO的主要目的是抑制互调失真，载波数量越多，互调产物越复杂、能量越大，通常就需要更大的OBO来将功放推到更线性的区域，因此在多载波场景下，转发器总的OBO可能在 3-6 dB 左右，

• • 功放类型

  **固态功率放大器（SSPA）比行波管放大器（TWTA）**线性度好，需要的OBO也较小。

• • 性能和效率的平衡

  输出回退大，转发器功放处于更优的线性区，信噪比高，性能好，但是效率低，需要的资源多，成本高，实际选择输出回退的时候，需要在性能和效率之间取得平衡。

结合卫星运营商（如Intelsat, Eutelsat, SES等）和国际电信联盟（ITU-R）的建议书，有以下的参考取值：

• • 单载波 QPSK/8PSK (接近饱和): 0.5 - 3 dB
• • 单载波高阶调制 (如16APSK, 32APSK, 64QAM): 3 - 6 dB 或更高
• • 多载波（总输出回退）：3 - 6 dB (取决于载波数量和所需C/IM)

而在我们平时的卫星通信链路预算中，一般取值是IBO=6dB，OBO=3dB。

IBO和OBO

载波回退

载波回退（Carrier Back-off, CBO）：指在多载波场景下，单个载波的输出功率相对于转发器总输出功率的降低量。

当多个载波共用卫星转发器的时候，卫星转发器总功率需按各载波占用带宽占比分配，避免大带宽载波挤占小带宽载波功率资源。各个载波的输出功率除了需要统一回退一个共同的转发器回退OBO之外，还需要按照每个载波占用带宽的多少，进行等比例回退CBO。

载波回退

这里的CBO在卫星通信链路预算之五：输入回退中对单个载波输入回退的的计算中也有用到。

卫星转发器的总带宽是BWs，地面站发射载波的占用带宽是BWa，那么该载波回退应该是CBO=10*log10(BWs/BWa)。

举例：

卫星转发器带宽是54MHz，地面站发射载波的占用带宽是4MHz，那么载波回退CBO=10*log10(54/4)=11.3dB。

总的载波输出回退

计算某个载波的总的输出回退COBO。

首先确定转发器输出回退（OBO），这个OBO是针对转发器所有载波总功率而言的，用来控制总的互调失真。

然后根据某个载波占用带宽占转发器带宽的比例的多少，进行等比例回退CBO。

总的载波输出回退COBO=OBO+CBO；

举例说明：

卫星转发器的饱和发射功率是EIRP,sat=54dBW，转发器输出回退预设值OBO=3dB，根据带宽比例回退原则计算的载波回退CBO=11.3dB，那么总的载波回退COBO=3+11.3=14.3dB。该载波信号能够分配到的卫星转发器下行发射功率**EIRP,sl=EIRP,sat-COBO**=54-14.3=39.7dBW。

总结

输出回退（OBO）是卫星转发器在多载波场景下为抑制互调干扰而采取的重要措施。它直接决定了卫星下行链路的发射能力。在实际链路预算中，合理设置 OBO 与 CBO，有助于在性能与资源利用率之间取得平衡。

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