設(shè)計衛(wèi)星通信線路時，通常先選定通信衛(wèi)星和工作頻段，根據(jù)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的性能參數(shù)和用戶需求，選擇系統(tǒng)所用的天線口徑、調(diào)制和編碼方式，然后通過鏈路計算，驗證所設(shè)計線路的可行性與合理性。合理的設(shè)計應(yīng)保證系統(tǒng)略有余量，同時使系統(tǒng)所占用的轉(zhuǎn)發(fā)器功率資源與帶寬資源相平衡。如果鏈路預(yù)算結(jié)果表明，在功率與帶寬相平衡時所得的系統(tǒng)余量過大或不足，可以改變天線口徑，或調(diào)制、編碼參數(shù)，對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。
考慮到目前的話音、數(shù)據(jù)通信和電視廣播的主流是數(shù)字化，這里只介紹數(shù)字載波的鏈路預(yù)算表。表中列舉了幾種不同類型的業(yè)務(wù)，它們共用一個36MHz帶寬的C波段轉(zhuǎn)發(fā)器。
計算載波帶寬時，通常按下式先從被傳輸?shù)男畔⑺俾?、糾錯碼率和調(diào)制方式，求出符號速率。
符號速率 = （信息速率 / FEC編碼率 / R-S編碼率）* 調(diào)制因子
如果有報頭的話，應(yīng)將其計入信息速率中。前向糾錯(FEC)編碼率通常為1/2、2/3、3/4、5/6和7/8，Reed-Solomon編碼率常用188/204。BPSK、QPSK、8PSK和16QAM的調(diào)制因子分別為1、1/2、1/3和1/4。
載波噪聲帶寬和占用帶寬的取值應(yīng)分別為符號速率的1.2倍和1.4倍。部分設(shè)備商強(qiáng)調(diào)其調(diào)制波的占用帶寬可壓縮到符號速率的1.35倍甚至1.3倍，但通常不被衛(wèi)星操作者所接受。
在鏈路預(yù)算中，載波噪聲帶寬將被用于計算C/T、C/N和Eb/N0之間的關(guān)系，占用帶寬將被用于決定載波工作頻率，以及計算載波的輸出和輸入回退量。
通信轉(zhuǎn)發(fā)器的功放級多采用行波管放大器(TWTA)或固態(tài)功率放大器(SSPA)。這兩種放大器在最大輸出功率點(diǎn)附近的輸出/輸入關(guān)系曲線為非線性。多載波工作于同一個轉(zhuǎn)發(fā)器時，為了避免非線性放大器產(chǎn)生的交調(diào)干擾，必須 使使放大器工作在線性狀態(tài)。這時，整個轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率遠(yuǎn)低于最大功率。采用TWTA的轉(zhuǎn)發(fā)器在線性工作狀態(tài)時的輸出功率，通常比最大功率低4.5dB。也就是說，整個轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出線性回退約為4.5dB。
轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入回退量可根據(jù)輸出回退量，在放大器輸出/輸入關(guān)系曲線中查得。對于采用TWTA的轉(zhuǎn)發(fā)器，輸入回退量一般比輸出回退大6dB上下。對應(yīng)于4.5dB的輸出線性回退，轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入線性回退約為10.5dB。
在鏈路預(yù)算中，載波輸出回退和輸入回退將分別被用于計算載波的下行和上行EIRP。
功率和帶寬同為轉(zhuǎn)發(fā)器的重要資源。用戶所能占用的轉(zhuǎn)發(fā)器功率應(yīng)與他向衛(wèi)星公司租用的轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬相平衡。在一般情況下，用戶載波所占用的轉(zhuǎn)發(fā)器功率與轉(zhuǎn)發(fā)器總功率的比值，應(yīng)該和用戶租用帶寬占轉(zhuǎn)發(fā)器總帶寬的比例大致相等。
載波功率的輸出回退值與轉(zhuǎn)發(fā)器線性回退之差值，即為載波占用轉(zhuǎn)發(fā)器功率的比例。當(dāng)載波在轉(zhuǎn)發(fā)器中的功率占用率與帶寬占用率相平衡時，
OBOC = OBOXpd + 10 lg (BWXpd / BWC)
式中，OBOC為載波的輸出回退值，OBOXpd為轉(zhuǎn)發(fā)器的線性輸出回退值，BWXpd和BWC分別為轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬和載波租用帶寬。上式表明，轉(zhuǎn)發(fā)器的線性 輸出回退值越低，或者載波帶寬越寬，載波所分配到的功率就越高；轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬越寬，載波所分配到的功率就越低。
SFD與上行EIRP
轉(zhuǎn)發(fā)器的飽和通量密度SFD反映衛(wèi)星信道的接收靈敏度。接收靈敏度越高，所要求的上行功率就越低。不過， 一味提高SFD并不是好事。因為降低上行功率的同時，也將相應(yīng)降低上行載噪比和上行抗干擾能力。
值得一提的是，通過調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)器信道單元中的可變衰耗器，可以改變SFD的數(shù)值。因此，在轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù)表中，一般會注明SFD是某個衰減檔的對應(yīng)值。在取用SFD參數(shù)時，應(yīng) 該根據(jù)參數(shù)表中的參考衰減檔與轉(zhuǎn)發(fā)器當(dāng)前所用衰減檔的差值，對參數(shù)表中的SFD數(shù)值加以修正。
上行載波的EIRP可按下式求得，
EIRPE = SFD - 載波輸入回退 - G0 + 上行傳輸損耗
式中的G0為單位面積的標(biāo)準(zhǔn)天線增益。
載波的上行EIRP用于計算上行G/T與上行站的天線發(fā)送增益和功放輸出功率。
上行和下行C/T
C/T為載波功率與等效噪聲溫度之比，上行與下行C/T的計算公式均為，
C/T = EIRP - 傳輸損耗 + G/T
計算上行C/T時，上式中的EIRP為載波的上行EIRP，傳輸損耗為上行損耗，G/T為轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù) 。計算下行C/T時，上式中的EIRP為載波的下行EIRP，傳輸損耗為下行損耗，G/T為地面接收系統(tǒng)的參數(shù)。
鏈路預(yù)算的對象也可以是C/N，它與C/T的關(guān)系為，
C/N = C/T - BWN - k
式中，BWN為載波噪聲帶寬，k為波茲曼常數(shù)。
在鏈路預(yù)算中，除了上行與下行的C/T或C/N外，通常還需考慮反極化干擾、鄰星干擾和交調(diào)干擾等因素。這三項干擾因素的計算，因數(shù)據(jù)不足而很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果。由于它們對鏈路預(yù)算結(jié)果的影響很有限，為此，通常只采用簡化的估算方法。
反極化干擾應(yīng)考慮被干擾信號與反極化干擾信號的功率譜密度之比，以及地面天線和衛(wèi)星收發(fā)天線的極化隔離度的綜合影響。假設(shè)兩個極化的轉(zhuǎn)發(fā)器的工作狀態(tài)相同，兩個極化的載波都只占用轉(zhuǎn)發(fā)器平均功率， 反極化干擾的載波干擾比C/I即可簡化為天線極化隔離度的綜合影響。
一般而言，在鄰星干擾中，下行干擾起決定作用。鄰星干擾的C/I大致由雙方載波在接收站點(diǎn)的下行EIRP譜密度之比與接收天線的偏軸增益差 （地面天線指向所用衛(wèi)星的最大接收增益與指向鄰星的偏軸接收增益之差值）決定。
衛(wèi)星操作者通常都要求用戶為發(fā)送多載波的上行站功放預(yù)留足夠的線性回退。因此，交調(diào)干擾可以只考慮由轉(zhuǎn)發(fā)器引起的部分。交調(diào)干擾的C/I大致由轉(zhuǎn)發(fā)器的線性回退量和相鄰載波與被計算載波的功率譜密度之比決定。
鏈路預(yù)算需要綜合考慮上行C/N與下行C/N、以及各種干擾所產(chǎn)生的C/I，最后求得相關(guān)載波鏈路的系統(tǒng)C/N。相關(guān)算式為
(C/N)Total-1 = (C/(N+I))Up-1 + (C/(N+I))Dn-1
= ((C/N)Up-1 + (C/I)XpdUp-1 + (C/I)AdjUp-1) + ((C/N)Dn-1 + (C/I)XpdDn-1 + (C/I)AdjDn-1 + (C/I)IM-1)
上式中，(C/(N+I))Up和(C/(N+I))Dn分別為上行和下行的載波與噪聲干擾比，(C/I)XpdUp和(C/I)XpdDn分別為上行和下行的載波與反極化干擾比，(C/I)AdjUp和(C/I)AdjDn分別為上行和下行的載波與鄰星干擾比，(C/I)IM為下行載波與交調(diào)干擾比。上式中，所有的原為對數(shù)形式的載波噪聲比和載波干擾比，都需在換算為真數(shù)后，再進(jìn)行倒數(shù)求和計算。由此得到的系統(tǒng)C/N，還得再次換算為常用的對數(shù)形式，單位為dB。
采用不同的調(diào)制和編碼方式的數(shù)字載波，都對應(yīng)有一個最低要求的Eb/N0值。通過換算，可以求得相關(guān)載波所需的最低C/N值。
載波鏈路的系統(tǒng)C/N估算值與載波所需的最低C/N值之差 ，為相關(guān)載波的系統(tǒng)余量。在不考慮降雨衰耗時，系統(tǒng)余量以1到2dB較為合適。余量太低時，系統(tǒng)工作將不夠穩(wěn)定；余量過高時，將增加不必要的設(shè)備成本。
上一節(jié)中，系統(tǒng)C/N也可通過綜合上下行C/N與上下行C/I求得。算式可以相應(yīng)變化為
(C/N)Total-1 = (C/N)Up&Dn-1 + (C/I)Up&Dn-1
= ((C/N)Up-1 + (C/N)Dn-1) + ((C/I)XpdUp-1 + (C/I)AdjUp-1 + (C/I)XpdDn-1 + (C/I)AdjDn-1 + (C/I)IM-1)
一般說來，載波噪聲比(C/N)Up&Dn的估算結(jié)果較為準(zhǔn)確，而載波干擾比(C/I)Up&Dn的估算結(jié)果較為粗糙。
實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)C頻段的接收天線口徑不小于3米時，(C/N)Up&Dn與(C/N)Total的差值通常為0.5到1dB；當(dāng)Ku頻段的接收天線口徑不小于1.2米時，(C/N)Up&Dn與(C/N)Total的差值通常為1到2dB。為此，在上述接收天線口徑條件下，可以省略本來就有些自欺欺人的載波干擾比估算。鏈路估算 時，可以只計算上下行鏈路的綜合C/N，然后減去0.5到2dB的干擾因素。如此的鏈路估算結(jié)果，與各家衛(wèi)星公司所算得的高低不同的結(jié)果相比，誤差多半在1dB以內(nèi)。
Ku頻段的雨衰備余和上行功率控制
上述鏈路預(yù)算表中，只計算晴空條件下的結(jié)果。用于C頻段時，系統(tǒng)余量可為1.5dB，或略高。用于Ku頻段時，還需考慮雨衰備余量。中國各地在99.9%可用度的雨衰量可參考Ku頻段雨衰表。
對下行站而言，對付雨衰只能用預(yù)留備余量的消極辦法。工作于Ku頻段的上行站應(yīng)盡可能采用上行功率控制，以抵消雨衰的影響。
衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的三個主要參數(shù)為G/T、SFD與EIRP。G/T和SFD反映衛(wèi)星接收系統(tǒng)在其服務(wù)區(qū)內(nèi)的性能，它們與衛(wèi)星接收天線的增益分布線性相關(guān)。EIRP反映轉(zhuǎn)發(fā)器的下行功率，它與衛(wèi)星發(fā)送天線的增益分布線性相關(guān)。
衛(wèi)星天線增益隨天線指向與工作頻率而變。因此，轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù)隨服務(wù)區(qū)內(nèi)的不同地點(diǎn)而變，同一地點(diǎn)的不同轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù)也有差異。特定地點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù)可從城市參數(shù)列表或等值線分布圖中查到 。
G/T為接收系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)（figure of merit）。它是接收天線增益G與接收系統(tǒng)噪聲溫度T之比值，單位為dB/k。G/T的計算公式為
G/T = GR / TS
式中的GR為衛(wèi)星天線的接收增益，TS為衛(wèi)星接收系統(tǒng)的噪聲溫度。
飽和通量密度SFD為，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器被推到飽和工作點(diǎn)時，上行載波在接收天線口面所達(dá)到的通量密度。它反映衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器對上行功率的需求量，單位為dBW/m2。SFD與G/T的關(guān)系為
SFD = constant + attn – G/T
式中的constant為反映轉(zhuǎn)發(fā)器增益的計算常數(shù)，其數(shù)值多在-100與-90之間，constant越小，轉(zhuǎn)發(fā)器的增益就越高；attn為轉(zhuǎn)發(fā)器的增益調(diào)整量，它可由地面遙控改變，用于調(diào)整SFD的靈敏度。用戶在作鏈路計算時，應(yīng)向衛(wèi)星公司了解相關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)器attn的當(dāng)前設(shè)置值，并且據(jù)此對從圖表查到的SFD數(shù)據(jù)作修正。
有效全向輻射功率EIRP為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器在指定方向上的輻射功率。它為天線增益與功放輸出功率之對數(shù)和，單位為dBW。EIRP的計算公式為
EIRP = P – Loss + GT
式中的P為放大器的輸出功率，Loss為功放輸出端與天線饋源之間的饋線損耗，GT為衛(wèi)星天線的發(fā)送增益。
由對比同一顆通信衛(wèi)星的C頻段EIRP分布圖和Ku頻段EIRP分布圖可知，C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器的服務(wù)區(qū)大，通常覆蓋幾乎所有的可見陸地，適用于遠(yuǎn)距離的國際或洲際業(yè)務(wù)；Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器的服務(wù)區(qū)小，通常只覆蓋一個大國或數(shù)個小國，只適用于國內(nèi)業(yè)務(wù)。C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器的EIRP通常為36到42dBW，G/T通常為-5到+1dB/k，地面天線的口徑一般不小于1.8米；Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器的EIRP通常為44到56dBW，G/T通常為-2到+8dB/k，地面天線口徑有可能小于1米。另一方面，C頻段因為電波傳播通常不受氣候條件的影響，適用于可靠性較高的業(yè)務(wù)；Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器則因電波傳播可能遭受降雨衰耗的影響，只適用于建網(wǎng)條件較差、天線尺寸和成本受限的業(yè)務(wù)。
