第二章衛(wèi)星通信系統(tǒng)

1、第二章通信系統(tǒng)第一節(jié)概述一、通信歷史回顧l1945年10月，英國人A.C.克拉克提出靜止通信的設想。l1957年10月4日，世界上第一顆人造升空。l1960年10月，美利用“信使1B”進行延遲中繼通信。l1963年11月，美日利用“中繼1號”地進行了橫跨太平洋的有源中繼通信。l1966年10月至1967年9月，4顆“國際通信”升空，通信容量為400個比問話路，通信能力遍及。l1975年至1979年，2顆“國際通信A”升空，每顆有20個轉發(fā)器，通信容量為6250個雙向話路和2路彩色電視， 為7年。l90年”升空，使用了大量的始，“國際通信窄波束，并開發(fā)應用了5種新技術。該雙向話路加4路彩色電視。

2、可同時傳送10萬個l1984年4月8日，我國發(fā)射“東方紅型”試驗通信(STW1)，4月6日定點于東經125度赤道上空。l1986年2月1日，發(fā)射“東方紅-型”實用通信廣播（STW-2），2月20日定點于東經103度赤道上空，用于部分電視、廣播及通信的傳輸。l1988年3月7日，我國發(fā)射又一顆實用通信(東方紅甲)，3月22日定點在東經87.5度赤道上空。l1988年12月22日，我國又發(fā)射1顆實用通信(東方紅甲)，12月30日定點在東經110.5度赤道上空，作為前一顆“東方紅甲”的后繼星。l1990年2月4日，我國再發(fā)射1顆實用通信（東方紅甲），2月13日定點在東經98度赤道上空。l1994年1

3、2月1日，我國發(fā)射由空間技術研制，達到國際80年代水平的“東方紅)實用廣播通信。二、我國通信現狀l1984年4月，我國第一顆同步通信發(fā)射并投入使用，標志著我國通信從研制轉入實用階段。l 在80年代中期，4顆東二甲同步通信的發(fā)射網 。與交付使用，建立了公用通信網和上個世紀末，我國通信所取得的成績：1、地球站、通信網與雙向話路等方面：l 37座大中型線路 。通信地球站，開通7萬條雙向l 建立了約80個低成本VSAT通信網，終端約1萬多個。涉及、煤炭、電力、石油、日報、公司及以三金工程公司。為代表的金字號工程等許多部門和2、在移動通信網方面 ：l 開通了約400500個國際海事M型站A型站和幾十個l

4、 將建立靜止軌道區(qū)域性移動通信系統(tǒng)。3、在通信技術體制方面：已研制生產了SCPC、CDMA、MCPC等通信體制的設備，并用于各種不同的通信系統(tǒng)中 。尚存不足之處：l VSAT小型地球站設備，除天線外，國內市場幾乎全被國外占據 。l 在軌運行的外制造的。，除東方紅三號外，都是國三、通信在廣播電視中的應用1.廣電行業(yè)應用的歷程 20世紀80年代初期，星技術應用的一個方面，列入決定將廣播電視業(yè)務做為衛(wèi)的發(fā)展計劃 。 1985年開始，研制和發(fā)射了“東方紅二號”，通過衛(wèi)星傳送CCTV1和CCTV2電視目。 進入90年代，以及的多路聲音廣播節(jié)紛紛申請用傳本省的廣播電視。 到1998年，的31個省級全部上星

5、傳輸，的9套，共有44套電視加在上傳輸。 于1999年初，中廣影視（CBSat）開始了衛(wèi)星電視（DTH）試驗集中打包在鑫諾，將和40多套（SINOSat）上。2.競爭不可避免，出路在于發(fā)展 滲透和反滲透 發(fā)展業(yè)務（BSS）的突出優(yōu)勢和重要意義：（1） 盡快占領軌道間權益；（2） 促進火箭、，使其產生效益，維護的空制造業(yè)、電子制造業(yè)、影視信息制作業(yè)協(xié)調發(fā)展，擴大內需，形成規(guī)模，創(chuàng)造新的增長點；（3）豐富電道，滿足觀眾需求，有效地縮小衛(wèi)星電視的市場空間，起到反滲透作用；（4）直接接收，不受地理條件的限制，可有效地提高以往難以覆蓋地區(qū)的人口覆蓋率；（5）采用最新的數字壓縮技術，通道的利用率將大大提高

6、，系統(tǒng)的造價和運行成本得以大大降低；（6）采用條件接收（CA）和綜合商務系統(tǒng)（IBS）管理，經營更加靈活高效，服務更周全。3.新世紀的展望 在今后5-10年的發(fā)展中確定建立中國的系統(tǒng)，開展用戶服務，力爭2015年達到5000萬用戶。 跟蹤國際上對Ka的研究，適時開展多交互技術試驗，為新技術的應用創(chuàng)造有利的條件和環(huán)境，讓中國的廣播電視應用跟上世界的發(fā)展四、互聯(lián)網技術1、VSAT（甚小口徑天線）的發(fā)展 VSAT是通信中的主流技術，它的應用相當和普及，一些在VSAT市場角逐的大公司投入大量的資金和人力正在進行一場提高網絡速度的競爭。傳統(tǒng)VSAT提供的業(yè)務速率：入向鏈路速率達到64kbs，出向鏈路速率

7、一般可達到512kbs。 目前最高網絡速率達到20Mbs或更高。 VSAT系統(tǒng)還不斷吸取各種最新IP Multicast、數字廣播技術、PUSH技術，支持TCPIP、UDPIP等協(xié)議，把高速寬帶廣播的特點擴展到網絡應用。2、VSAT系統(tǒng)在Internet接入方面的應用主要有以下幾種方式：(1)、為大型ISP提供Internet連接(2) 、擴展Internet到邊遠地區(qū)并在ISP間提供(3) 、直連到計算機（包括連接到LAN服務器3、Internet技術熱點(1)、提高鏈路TCPIP性能協(xié)議網關 同步軌道通信系統(tǒng)，存在時延長、誤碼率高和帶寬不對稱等問題，嚴重影響了TCPIP的性能。 優(yōu)化措施包

8、括：調整傳輸協(xié)議在鏈路應用中鏈路上TCP的負荷：使用協(xié)議轉換網關。的參數：減輕(2)、外交互通信技術 如果一種通信系統(tǒng)的收發(fā)信道彼此分離，并且可以實現一個發(fā)信道對應于一個或多個收信道這兩種特征，稱之為外交互通信。外交互技術組網靈活，系統(tǒng)用戶容量大，很容易適應于傳輸比例大范圍內變化的非平衡傳輸。 采用外交互通信技術，能將各為雙向網絡通信系統(tǒng),也是目前高速廣播系統(tǒng)改造通信領域中的一個熱點。外交互通信技術實現成本可以降得很低。如一套接收站，天）可在5000-6000元價格（包括天線、可以降到45厘米。線外交互技術來實現通信存在的問題：1） 系統(tǒng)與互聯(lián)網兼容性問題。2） 系統(tǒng)用戶容量低。3） 速率較低

9、。4、寬帶通信技術的未來系統(tǒng)，大多利用Ka頻段（20現代寬帶30GHz），至EHF或QF（405060GHz）的更高頻段。可以發(fā)展成為全球信息高速公路的重要組成部分，成為實現全球無縫個人通信、Internet空中高速通道必不可少的。而且最終進入家庭。1、1通信的 基本概念通信是指利用人造地球作為中繼站轉發(fā)或反射無線電波，在兩個或多個地球站之間進行的通信。通信屬于宇宙無線電通信。宇宙通信有三種基本形式：（1） 、地球站與宇宙站之間的通信；（2） 、宇宙站之間的通信；（3） 、通過宇宙站轉發(fā)或反射進行的地球站之間的通信。與其它通信相比，通信的主要優(yōu)點是：通信距離遠，且費用和通信距離無關；工作頻段寬

10、，通信容量大，適用于多種業(yè)務傳輸。通信線路穩(wěn)定可靠，通信質量高；以廣播方式工作，具有大面積覆蓋能力而通信靈活機動；可以自發(fā)自收進行監(jiān)測。靜止通信也存在某些不足：兩極地區(qū)為通信盲區(qū)，高緯度地區(qū)通信效果不佳；發(fā)射和技術比較復雜；存在日凌中斷現象有較大的信號延遲和回波干擾；通信需要有高可靠、長的通信；通信要求地球站有大功率發(fā)射機、高靈敏度和高增益天線總而言之，通信有優(yōu)點，也存在一些缺點，這些缺點與優(yōu)點相比是次要的，而且有的缺點隨著通信技術的發(fā)展，已經得到或正在得到解決。下圖是靜止與地球相對位置的示意圖。由此可見，只需三顆等間隔配置靜止就可以實現信。1、3通信系統(tǒng)的組成空間分系統(tǒng)通信地球站通信系統(tǒng)跟蹤

11、遙測及指令分系統(tǒng)管理分系統(tǒng)的組成和功能1、4通信通信由以下部分組成：1、天線分系統(tǒng)天線系統(tǒng)由兩部分組成：接受地球指令，發(fā)射遙測數據和信標的全向天線；通信用微波天線。2、通信分系統(tǒng)（轉發(fā)器）上的通信系統(tǒng)稱為轉發(fā)器，其主要功能是：接收上行信號，進行放大變頻，經功率放大后，作為下行信號發(fā)回地球。轉發(fā)器有兩類：透明轉發(fā)器處理轉發(fā)器（1） 透明轉發(fā)器：僅對信號進行放大、變頻、功放。單純完成轉發(fā)任務，不作其他處理。（2） 處理轉發(fā)器：轉發(fā)時還要進行多種形式的處理。3、電源分系統(tǒng)太陽能電池和蓄電池組成。4、遙測、指令分系統(tǒng)檢測、發(fā)射分系統(tǒng)信息。5、的各種運行、工作狀態(tài)。1、6通信工作頻段及電波特點1.6.1

12、 工作頻段的選擇工作頻段主要考慮電離層的反射、吸收；對流層的吸收、散射損耗等因數與頻率的關系。一般工作頻段選擇在1G10G；最理想的頻率在46G。1.6.2 電波的特點1、自由空間的損耗通信中電波的損耗主要有自由空間的損耗和一般位于34萬千米的太空，所以主的損耗。過程中，接收信號的功率為：大氣損耗。由于要考慮自由空間在自由空間PT 為天線；GG為發(fā)射天線增益；為接收天線增益。TRA R為接收天線開口面積；自由空間損耗為：以分貝為表示為：式中d為地球站到靜止的距離，可以取d=40000km電磁波在過程中除了與距離的平方呈反比衰減外，還要受大氣因數（如水分、電離層等）的影響，而衰減。各種因數的影響

13、見下圖：下圖為雨、霧、云引起的損耗：3、移動多徑通信電波的現象過程中，往往經過了反高頻電波在射、散射、 繞射等途徑，最后以波的形式到達接收天線，這種傳輸方式稱為多徑。多徑在多徑的過程中，由于現象稱為多徑途徑變化引起的。引起途徑改變的主要是通信雙方位置的改變。4、多普勒頻移由于通信雙方相對位置在移動時，由多普勒效應引起的附加頻移稱為多普勒頻移。1.6.3通信線路噪聲在通信中，由于信號十分微弱，對通信質量產生影響的主要是信道噪聲。（1） 宇宙噪聲（2） 大氣噪聲（3） 降雨噪聲（4） 干擾噪聲（5） 地面噪聲第2節(jié)通信體制概述通信的通信體制2.1通信系統(tǒng)的工作方式即面內容：通信體制。指以下兩方1、

14、式通信采用的信號傳輸方式多路復用方調制方式編碼方式多址連接方式2、信號處理和交換方式2.1.1基帶信號和復用方式基帶信號的形式模擬或數字、信源編碼方式（增量調制或脈沖編碼調制）、單路傳輸或多路傳輸。單路傳輸即單路單載波（SCPC）：一路信號去調制一個頻率的載波。多路傳輸即群路制（MCPC）：用多路復用的基帶信號去調制一個頻率的載波。多路復用的方式采用頻分多路和時分多路兩種。2.1.2通信調制方式由于不同的數字調制方式具有不同的功率利用率和頻帶利用率，綜合兩方面考慮，現在主要采用二相移相鍵控和四相移相鍵控調制方式。隨著轉發(fā)器線性技術的發(fā)展，也有采用正交調幅QAM方式，以提高頻率利用率。2.1.3

15、通信數字話音編碼方式1、編碼方式選擇的原則：保證話音質量有較高的信道利用率2、兩類編碼技術：數碼率越高越好數碼率越低越好波形編碼將時域信號直接編為數字代碼如PCM、ADPCM等。參量編碼抽取頻域特征參量或其它參量進行數字編碼的方式，如線性ADPCM 方式聲編碼器 LPC 等。一般常用2.1.4通信中的差錯與擾碼1、差錯（1）、前向糾錯（FEC）碼是一種無反饋的差錯方式，依靠在編碼過程中選用適當的糾錯碼，在接收端進行識別糾錯。特點：不需要重發(fā)，適合于傳輸時延大的白噪聲信道?？驁D如下：前向糾錯碼（FEC）分為分組碼和卷積碼兩大類。v 分組碼主要采用：循環(huán)冗長校驗（CRC）碼和循環(huán)（BCH）碼v 卷

16、積碼主要采用：代數譯碼和概率譯碼兩種方法（2）、重傳技術是一種反饋差錯方式，采向信道，當接收端收到信號被判有誤時，反饋NAK(negetive acknowledgment)信號要求重發(fā)，直到信號被確認，反饋ACK(acknowledge)信號時，再下一組信號。特點：由于信道時延太長（單邊時延為0.27秒），重傳方式適合于非實時的數據信息傳輸。框圖如下：重傳技術（ARQ）分三種類型：1、停止與等待ARQ2、連續(xù)ARQ3、有選擇的ARQ2.1.5多址聯(lián)接方式和信道分配技術1、多址聯(lián)接多址通信是指的任何地球站可以通過共同的接，常稱之為“多址聯(lián)接”。天線波束覆蓋區(qū)內進行雙邊或多邊通信聯(lián)頻分多址FDM

17、A時分多址TDMA多址聯(lián)接方式碼分多址CDMA空分多址SDMA2、信道分配制度信道對于不同的多址方式有不同的含義：FDMA轉發(fā)器頻段TDMA各地球站占用的時隙CDMA各站使用的碼型預分配方式（PA）常用分配制度按需分配方式（DAMA）隨機分配方式（RA）例如：曾經在國際種體制是：通信中傳輸多路采用最多的一模擬制頻分多路復用調頻頻分多址預分配記為： FDMFMFDMAPA 或FDM/FM/FDMA/PA當前發(fā)展最快的式為：數字制時分多路復用數字調相頻分多址預分配記為：TDMPSKFDMAPA或TDM/PSK/FDMA/PA多 址方式概述：通信的一個基本特點是，能進行多址通信(多址聯(lián)接)。系統(tǒng)中的

18、各地球站均向信號，將這些信號混合并作必要的處理(如放大、變頻等)與交換(如不同波束之間的交換)，然后向地球某區(qū)域轉發(fā)或向地球的某些區(qū)域分別轉發(fā)。多址通信示意圖多址聯(lián)接方式要解決的問題：（1） 、用怎樣的信號傳輸方式，才能使接收站從這些信號中識別出發(fā)給本站的信號并知道發(fā)自何站?（2） 、怎樣使轉發(fā)器中進行混合的各站信號間的相互干擾盡量小?在通信中，信號的分割和識別可以利用信號的任一種參量（如頻率、時間等）來實現?？紤]到實際存在的噪聲和其它因素的影響，最有效的分割和識別方法則是設法利用某些信號所具有的正交性，來實現多址聯(lián)接。2、2頻分多址（FDMA）方式：1、在多個地球站共用轉發(fā)器的通信系統(tǒng)中，按

19、不同配置的射頻頻率來區(qū)別地址(地球站)的方式，就是頻分多址(FDMA)。簡單、可靠、便于實現是FDMA突出的優(yōu)點頻分多址的特點：（1）、屬于功率受限通信系統(tǒng)，要求系統(tǒng)進行嚴格的功率。當地址或通路增加到一定程度時，的射頻功率已被占用無余，而頻帶還有富裕，這樣的功率受限系統(tǒng)。通信系統(tǒng)稱為（2）、 為了避免因載頻漂移致使各載波頻譜重疊，產生“鄰道干擾”在各載波占用的頻帶之間，要留有一定的間隙作為保護頻帶。干擾。（3）、要減小頻分多址示意圖：2.2.1預分配頻分多址方式：每個地球站預先分配一個的上行和下行載波頻率，其他地球站要接收某一地球站信號時，必須具備接收該站頻率的條件。優(yōu)點：技術成熟、工作可靠等

20、，適合用于站少而容量大的場合。缺點：轉發(fā)器同時放大多個載波，存在干擾。2.2.2單路單載波頻分多址方式（SCPC/FDMA）：每一載波上只傳送一路信號 的方式。特點系統(tǒng)設備簡單、靈活、線路易于改動，適用于站址多、業(yè)務量少的場合。2.2.3按需分配頻分多址（SPADE）式：SPADESCPC/PCM/DAMA/FDMA若某站（A）需要和另一站（B）通信時，首先隨機選擇一對空閑載頻通過公用信道向B發(fā)出 申請，B則根據該載頻是否空閑決定連接與否。2.2.4 數字制多路復用頻分多址方式：TDM/PSK/FDMA多路信號通過PCM調制后進行時分復用，以四相絕對移相鍵控（QPSK）對載波頻率調制。根據載波

21、頻率的不同區(qū)分站址。2.2.5頻分多址方式的干擾由于放大器存在非線性，在放大過程中不可避免地要產生諧波，而FDMA方式轉發(fā)器要同時放大多個載波，各個載波產生的諧波將互相影響，形成的干擾稱為干擾。2.3時分多址（TDMA）方式時分多址各地球站在定時同步系統(tǒng)的下，只能在指定的時隙內向發(fā)射信號，使各地球站的信號在時間上互相互不重疊。時分多址的特點： 由于用時隙區(qū)分地址，所以系統(tǒng)中各地球站可以使用相同的射頻，并且任何時刻通過轉發(fā)器的只有一個站發(fā)出的信號，因而轉發(fā)器處于單載波工作狀態(tài)·，不存在FDMA方式的干擾問題；功率利用率可達90以上；頻帶幾乎可以全部利用；容量在一定程度上與地球站數目無關

22、；通信容量比FDMA大得多。2.3.1 TDMA系統(tǒng)工作原理和幀結構幀在TDMA方式中，轉發(fā)器以循環(huán)的方式將時隙分配給各站使用，循環(huán)的一個重復周期稱為一幀。分幀每一幀中各站使用的時隙稱為分幀。TDMA系統(tǒng)工作示意圖：TDMA系統(tǒng)的幀結構：2.3.2 TDMA方式的系統(tǒng)效率 PCM信號占用的 時間與幀周期之比值-Tr + m(Tg + Tp )h = Tfm 為地球站（分幀）數Tr為基準分幀長度Tf2.3.3TDMA方式的系統(tǒng)同步系統(tǒng)同步的意義 各地球站要在指定的時隙中將各自的信號發(fā)向，而且不能干擾其它時隙的信號，這就需要嚴格的定時同步系統(tǒng)。初始捕捉分幀同步位同步系統(tǒng)同步包括1、初始捕捉：地球站

23、開始發(fā)射突發(fā)信號時，使其系統(tǒng)分幀準確地進入指定的時隙的過程。初始捕獲方法：本質是測距和瞄準，并以反饋過程中完成。對初始捕獲的要求：是速度快、精度高、設備簡單。常用的方法有：計算機法和相對測距法2、分幀同步：指完成初始捕捉進入鎖定后，保證穩(wěn)態(tài)情況下分幀之間的正確時間關系，不致造成信號重疊。分幀同步方案：原理：當本站時基與基準時基相位相符時，產生定時脈沖并發(fā)射分幀信號。2、4頻分多址時分多址（FDMATDMA）方式若干個窄帶（10Mb/s）TDMA方式工作的地球站，以頻分多址的方式共用一個轉發(fā)器的技術。交換時分多址（SSTDMA）方式2、5利用轉發(fā)器上交換矩陣進行不同波束之間傳輸信息的方式。碼分多

24、址（CDMA）方式2、6碼分多址的基本原理：碼分多址方式中區(qū)分不同地址信號的方法是：利用適當的周期性碼序列作為地址信息(稱為地址碼)，對被用戶信息調制過的裁波進行再次調制，使其頻譜大為展寬(稱為擴頻調制)；經信道傳輸后，在接收端以本地產生的已知地址碼為參考，根據相關性的差異對收到的所有信號進行鑒別，從中將地址碼與本地地址碼完全一致的寬帶信號 還原為窄帶選出，其它與本地地址碼無關的信號則仍保持或擴展為寬帶信號而濾去(稱為相關檢測或擴頻解調)。常用的擴頻調制有兩種：（1） 直接序列碼分多址系統(tǒng)（2） 跳頻碼分多址系統(tǒng)1、直接序列碼分多址系統(tǒng)信碼恢復條件：收發(fā)兩端PN序列碼結構相同并同步。特點：有很

25、強的能力和性。2、跳頻碼分多址系統(tǒng)原理：利用偽隨機碼（PN）去頻率器，產生一組在一個寬范圍內頻率隨PN地址碼跳動的調制信號，調制信碼調制信號；在接收端，用與發(fā)射端完全相同的跳頻信號解調，達到恢復信號的目的。2、7 ALOHA方式是一種無規(guī)則時分多址方式或隨機多址方式ALOHA的兩種方式介紹：1、P-ALOHA純ALOHA方式：即完全隨機多址方式。各站不需要同步，將信號分組，接收到對方確認信號后再發(fā)下一組，未收到確認時，經過一段隨機時間后再重發(fā)，這樣總可以避免和其它站的信號重疊。2、S-ALOHA（時隙ALOHA）將信道分成許多時隙，每個時隙正好傳送一個分組，各站必須與時隙時鐘同步，只在時隙內發(fā)

26、射分組信號。第3節(jié)通信系統(tǒng)線路的設計與計算3.1概述1）、通信系統(tǒng)線路的要求：保證通信質量，使接收到的射頻載波功率必須遠大于噪聲功率。2）設計的主要內容：通過對解調前載波功率與等效噪聲溫度之比路。C/T的計算，設計通信鏈3.4通信線路載波功率與噪聲功率比的計算 GRS, TUPS , GS單向空間鏈路示意圖PT, GT GR, TDLDLU1、載波功率計算上行載波功率載波功率 C下行載波功率CS （即接收端輸入率）CE （即地球接收端輸入率）載波功率與PT、發(fā)射天線增益GT、接收天線增益GR成正比，與各種損耗L成反比。用分貝功率表示為： C = EIRP + GR - L （dBW）式中EIR

27、P = PT GT（W）或 EIRP = PT + GT （dBW）EIRP稱為有效全向輻射功率，是指天線在波束中心軸向上輻射的功率。和地球站發(fā)射例31 已知ISW號作點波束1872路運用時，其有效全向輻射功率EIRPS342dBW，接收天線增益GRS167dB。又知某地球站有效全向輻射功率EIRPE986dBW，接收天線增益GRE60.0 dB，接收饋線損耗LFRE0.05dB。試計算輸入端的載波接收功率Cs和地球站輸入端的載波接收功率CE。解 ： 若上行線路工作頻率為6GHz，下行線路工作頻率為4GHz，距離d=40000 km，則利用(1. 3)式可求得上行線路傳輸損耗Lu為：Lu=92

28、.44+20lg40000+20lg6=20004（dB）下行線路傳輸損耗LD為:LD92.44+20lg40000+20lg4= 19652（dB）利用(35)式(忽略La、Lr和LFRS)求得的載波接收功率Cs為：輸入端Csl=EIRPE十GRS一Lu一84. 74dBW輸入端的載波接收功率CE(忽略La和Lr)為：地球站CEEIRPs十GRE一LD 一LFRS-10237dBW2、噪聲功率的計算1） 、 噪聲功率如果接收系統(tǒng)輸入端匹配，則各種外部噪聲和天線損耗 噪聲綜合在一起，進入接收系統(tǒng)的噪聲功率應為Na = kTaB式中， Na為進入接收系統(tǒng)的噪聲功率；Ta為天線的等效噪聲溫度；B為

29、接收系統(tǒng)的等效噪聲帶寬；k為波爾茲曼 常數2） 、等效噪聲溫度將環(huán)境溫度為T0時放大器內部噪聲在輸出端產生的噪聲功率折算到輸入端熱噪聲在輸出端產生同樣大小的噪聲功率時所對應的絕對溫度Te，叫做等效噪聲溫度。DN0噪聲系數：F = 1+GkT0 B放大器內部噪聲在輸出端產生的噪聲功率：DN0 = (F -1)GkT0B折算到放大器輸入端：= DN0DN= (F -1)kT Bi0G若把它視為信號源內阻處于絕對溫度Te所產生的，則送入 放大器的噪聲功率應等于：DNi= kTe B于是：(F -1)kT B = kT B0e得出：Te = (F -1)T0等效噪聲溫度示意圖：等效噪聲溫度的換算：Te

30、=（ F - 1 ）T0式中：Te為等效噪聲溫度；T0為輸入端環(huán)境溫度；F為噪聲系數N:G:輸出端噪聲功率放大器功率增益載噪比：é C ù = EIRP+ G - L-L-L -10 lg( kT B )êë N úûRpFRa= EIRP+ GR - L-10lg( kTB)將噪聲改為帶寬的噪聲功率表示：CCCCTC或N=kBn0n0kTé C ù = é Cù -10 lg B = é C ù -10 lg( kB)即：ê núêë

31、 N úûêë T úûë0û代入前式可得：éùéêëùúû CG= EIRP- L-10 lg k +Rê núTëû0從上式可看出：當（有效全向輻射功率）和損耗一定時，接收信號的載噪比就決定于接收天線增益和等效噪聲溫度。éêC ùú = EIRP- L+ éêGR ùúëT ûë T

32、û3、通信載波功率與噪聲功率比1）、上行線路載噪比式中等式右端第三項稱為示接收性能的好壞。2）、下行線路載噪比性能指數，表式中等式右端第三項稱為地球站性能指數（品質因數），表示地球站接收性能的好壞。3）、轉發(fā)器載波功率與噪聲功率比噪聲當轉發(fā)器同時放大多個信號載波時（頻分多址方式），由于“行波管放大器”的非線性使信號產生高次諧波而互相影響的產物，對其影響的頻帶來看就成為噪聲。由于影響噪聲的因素較多，一般不能估算。4）、通信線路的總載噪比地球站接收端總的載噪比是通信線路載噪比的總和，它是地球站地球站整個線路的載噪比。Nt = NU + NI + ND = k(TU + TI + TD )

33、B = kTt BTt = TU + TI + TD = (1+ r)TD+ TUr = TITDC= EIRPS-LD +GR -10 lg( kTt B)tNGR= EIRP-L -B -k +SD(1+ r)TDCGR= EIRPS -LD +(1+ r)TtTD5）、門限余量和降雨余量考慮到實際通信線路上各種不穩(wěn)定因素影響，在設計通信線路時要留有一定的載噪比余量門限余量。調頻鑒頻器門限余量門限余量降雨余量（S/N）th= 10dB調頻鑒頻器門限余量：降雨余量： m10 lg m = 4 dB 6 dB在設計通信線路時應留有門限余量為：E= C/T C/Tth6）、轉發(fā)器靈敏度與輸入、輸

34、出補償轉發(fā)器靈敏度使轉發(fā)器達到最大飽和輸出時，其輸入端所需要的信號功率。= (EIRP)ES × 4p= (EIRP)ES × 4p= (EIRP)ESW4pd 2l2l2Sæ 4pd ö2LUç÷lèø或-L + 10 lgæ 4p öW = (EIRP)ç÷lSESU2èø輸出功率補償為了抑制因干擾所引起的噪聲，需要使總輸入信號功率從飽和點減少一定數值，通常把行波管放大單個載波時的飽和輸出電平與放大多個載波時工作點的總輸出電平之差稱為輸出功率退回或輸出

35、補償；輸入功率補償把放大單個載波達到飽和輸出時的輸入電平與放大多個載波時工作點的總輸入電平之差稱為輸入功率退回或輸入補償。輸入補償：輸出補償：BOI = EIRPES EIRPEMBOO = EIRPSS EIRPSM由于進行輸入補償，因此由各地球站所發(fā)射的EIRP總和，將比單波工作使轉發(fā)器飽和時地球站所發(fā)射的EIRP要小一個輸入補償值。假設以EIRPES表示轉發(fā)器在單波工作時地球站的有效全向輻射功率，那么多波工作時地球站的有效全向輻射功率的總和應為 ：EIRPEM = EIRPESI當考慮到轉發(fā)器要同時放大多個載波時，為了減小噪聲，行波管放大器進行輸入補償的同時，輸出功率也應有一定補償值。全

36、向輻射功率為因此，多載波工作時的有效EIRPSM = EIRPSSBOO式中，EIRPSS為轉發(fā)器在單波飽和工作時的EIRP。 代入式下行鏈路載噪比的計算式，得éùéC ùG-BO- L+= EIRPRê TúêëT úûSSODëD ûDM第四節(jié)通信地球站4.1地球站的分類、組成及性能要求1、地球站的種類：2、地球站的組成：天線饋線分系統(tǒng)發(fā)射分系統(tǒng)接收分系統(tǒng)伺服跟蹤分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)地球站組成：一、天饋系統(tǒng)：（一）、功能實現自由空間的電磁波能量與發(fā)射或接收的導行波能量之間（

37、二）、任務的設備。(1)的形式向(2)要把設備產生的大功率微波信號以電磁波方向輻射。接收轉發(fā)的微波信號，并把它送至接收設備的第一級低噪聲放大器。(3)使天線軸始終對準方向，即對跟蹤，因此，還要通過它取得跟蹤用的誤差信號。2、天線饋線設備的基本要求（1） 工作頻率范圍寬。轉發(fā)器總帶寬可達幾百兆。（2） 天線增益高。有利于提高EIRP和G/T指標。（3） 天線波束寬度窄，旁瓣電平低。對地面中繼系統(tǒng)干擾小。（4） 噪聲溫度低。（5） 損耗小、匹配好、收發(fā)通道（6） 機械強度高。度大。3、天線地球站采用卡塞格倫天線，將饋源口輻射的球面微波會聚成平面波輻射向天空；具有饋電波導較短，大地反射噪聲較小的優(yōu)點

38、。天線結構如下圖：（a）、卡塞格倫天線原理（b）、鏡面修正作用4.3發(fā)射分系統(tǒng)1、大功率發(fā)射機分系統(tǒng)的組成和要求組成： 大功率發(fā)射機由大功率放大器、激勵器、發(fā)射波器、上變頻器及自動功率電路等組成。要求：(1)輸出功率要大。(2)頻帶要寬。(3)增益穩(wěn)定性要高。(4)放大器線性要好。2、大功率放大器102104W500MHz0.5dB23dB/4KHz大功率放大管組成放大設備的方式：(1)共同放大方式。在末級大功率放大之前，先把多個要發(fā)射的載波在一起，然后加到寬頻帶大功率放大設備進行共同放大。（采用具有寬頻特性的行波管）(2)分別放大方式。各載波先用頻帶較窄的大功率微波管放大設備分別放大(通常用

39、大功率速調管完成這種任務)，再將放大后的信號合路。3、上變頻器地球站發(fā)射系統(tǒng)中，將較低的頻率變換到較高的頻率， 這一變換設備，稱作上變頻器。上變頻器可分一次變頻和二次變頻兩種方式。一次變頻 70MHz二次變頻 70MHz6GHz700MHz6GHz4.4接收分系統(tǒng)1、接收分系統(tǒng)的要求 a）、高靈敏度要求：G 約為1017 W b）、低噪聲性1018 W2、低噪聲放大器冷參量放大器：采用低溫冷卻的方式可獲得15K的低噪溫度。常溫參量放大器：在常溫下工作，可到幾十K的噪聲溫度。4、5伺服跟蹤分系統(tǒng)基本作用：保證地球站的天線能夠穩(wěn)定可靠地對準通信，從而使通信系統(tǒng)能保持正常工作。跟蹤方式：手動跟蹤；程

40、序跟蹤；自動跟蹤。4、6分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)第五節(jié)VSAT通信系統(tǒng)5、1 VSAT通信網的基本概念和特點通信系統(tǒng)是近幾年發(fā)展起來的一種新的通信技術，正廣泛用于各種通 信目的中。遠端站是由天線、射頻單元（室外單元）和信道單元（室內單元）組成 。射頻單元將低噪聲放大器、固態(tài)功率放大器、上、下變頻 器、本振源等部件組成個整體 ，直接裝于天線上。它采用模塊結構，各部件為的模塊，便于快速維護和系統(tǒng)擴容。射 頻單元的工作狀態(tài)由室內器進行。主要特點：適用于各種數據和話音 系統(tǒng)。中頻接口。 模塊結構，維護擴容方便。主要技術性能：頻率范圍。接收頻率范圍。器頻率步級或。中頻頻率（、接收）。 相位噪聲：； ；。 低噪聲放大器噪聲溫 度：°。高頻功放輸出功率：瓦或瓦。、接收增益平坦度： 。、接收雜散：。VSAT即甚小天線地球站，由于天線口徑可以做得很小，所以稱之甚小天線地球站。VSAT是一種工作在 C頻段（4一6GHz）或Ku頻段（11一14GHZ）的一種小型高度軟件的地球站。用途可以實現VSAT終端用戶