Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

9.2
Performance Requirements
The performance requirements of the Earth station mirror those of the satellite.
That is to ensure that there is a satisfactory RF link between the ground and the
space segments under all expected conditions and for the range of required services.
In addition, the Earth station determines the baseband quality and much of the
end-to-end communication performance of the services being provided. We first
consider the key parameters of EIRP and G/T as they relate to the ground.
9.2.1
Transmit EIRP
The Earth station EIRP simply is the value that applies to the uplink. As with the
satellite (downlink) EIRP, it is obtained by multiplying the antenna gain (as a ratio)
by the transmit power at the input to the antenna. In decibel terms, it is the antenna
gain plus the transmit power in decibels relative to 1W (dBW). As shown in
simplified block diagram in Figure 9.2, the EIRP also considers any RF loss between
the HPA and the antenna. The loss factor,
l
t
, is a number greater than 1, and the
ratio 1/
l
t
is actually the transmission factor (e.g., a gain less than 1). Major Earth

---

9.2
Performance Requirements
295
Figure 9.2
Definition of Earth station transmit EIRP, indicating the primary contributors to
performance.
stations typically are designed for reliable uplink operation with low outage due
to rainfall. Therefore, the required uplink EIRP is substantially higher than that
of the downlink (possibly including uplink power control). That may require the
use of vacuum tube HPAs capable of transmitting several kilowatts or at least a
substantial fraction of 1 kW. The antenna gain will, of course, depend on the
uplink frequency and the size of the antenna. While the behemoth 30-m antennas
of the early INTELSAT system no longer are being constructed, it is common to
find antennas in the 7-m to 13-m class for service at C-, X-, Ku-, and Ka-bands.
VSAT networks are designed to not require vacuum tube HPAs at the remote
sites, favoring instead lower power SSPAs. EIRP for a hand-held UT is going to
be low because of low transmit power and low antenna gain. In non-GEO systems,
the satellite can be literally anywhere in the sky, so the UT antenna should provide
nearly uniform radiation in all directions. The expected elevation angles toward
the satellites as they pass overhead, as well as the variety of physical orientations
that the user might impose, must be considered.
High-power uplinks bring with them a conern about radiation hazard to
humans and other living things. That is one of the reasons major Earth stations
are not located in highly populated areas or are shielded from such exposure.
Careful consideration must be given to that aspect of safety. Low-power uplinks
in VSATs and MSS terminals may pose less of a risk but still should be considered
potentially harmful to humans. Handheld UTs expose the user to direct radiation,
but power is kept to levels as low as typical cell phones. This is an area of active
research and is still controversial with regard to the operation of common cell
phones, which transmit similar power levels. In all cases, appropriate research and
testing are prudent.