衛(wèi)星通信教案

1、大 連 科 技 學(xué) 院教 案2014 2015 學(xué)年 第 2 學(xué)期教 學(xué) 單 位 電氣工程系 課 程 名 稱 衛(wèi)星通信 課 程 編 號 0020308026 學(xué) 時 48 學(xué) 分 3 適 用 專 業(yè) 通信工程 年 級 2012級 授 課 教 師 徐憲瑩 職 稱 助教 大連科技學(xué)院教務(wù)處制課 程 教 學(xué) 實(shí) 施 計 劃授課教師輔導(dǎo)教師（助教）實(shí)驗(yàn)（實(shí)踐）教學(xué)指導(dǎo)教師學(xué) 時 計 劃總 學(xué) 時理論學(xué)時多媒體教學(xué)學(xué)時習(xí)題課上機(jī)學(xué)時實(shí)驗(yàn)學(xué)時484848包含在理論課中使 用教 材名 稱出 版 社出版時間獲獎情況衛(wèi)星通信導(dǎo)論（第3版）電子工業(yè)出版社2011.07.01“十一五”國家級規(guī)劃教材參考書目衛(wèi)星通信

2、西安電子科技大學(xué)出版社200812.01衛(wèi)星通信系統(tǒng)工程國防工業(yè)出版社2012.03.01衛(wèi)星通信系統(tǒng)國防工業(yè)出版社2012.12.09教學(xué)基本要求1了解基本概念：衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成、頻率分配、衛(wèi)星通信的特點(diǎn)、應(yīng)用類型、發(fā)展歷史及趨勢。2掌握基本計算：開普勒三大定理及計算、衛(wèi)星軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)及近地點(diǎn)速度計算、半長軸與高度間計算；重點(diǎn)掌握衛(wèi)星覆蓋特性計算：地心角、半視角、仰角、星地距離、覆蓋區(qū)半徑及面積；掌握自由空間傳播損耗、級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度、接受系統(tǒng)的等效噪聲溫度計算。3. 掌握多址技術(shù)：頻分多址、時分多址、碼分多址、ALOHA協(xié)議。4. 了解星載和地球站設(shè)備：高功率放大器和低噪聲放大器、星

3、載轉(zhuǎn)發(fā)器、通信地球站設(shè)備、MSS移動終端和信關(guān)站。5. 了解VSAT通信網(wǎng)：重點(diǎn)掌握其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及VSAT數(shù)據(jù)網(wǎng)和電話網(wǎng)的區(qū)別。6. 了解并掌握幾類衛(wèi)星通信系統(tǒng)：衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)、衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)、衛(wèi)星數(shù)字電視廣播系統(tǒng)、衛(wèi)星定位于導(dǎo)航系統(tǒng)；了解它們各自的特點(diǎn)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用，掌握幾大系統(tǒng)間的區(qū)別；重點(diǎn)學(xué)習(xí)定位于導(dǎo)航原理。教學(xué)改革與創(chuàng)新布置幾個熱門話題，學(xué)生也可自己選定感興趣的話題，4-5人一組，學(xué)生自主查閱相關(guān)資料，整理出論文文檔并制作PPT進(jìn)行講解，鍛煉學(xué)生查閱資料、 整理資料、分析問題、講解的能力，為學(xué)生工作面試、讀研深造做準(zhǔn)備?？己朔绞娇荚嚦煽?平時成績成績計算方法考試成績6

4、0%+平時成績40%章 節(jié) 名 稱學(xué)時分配教學(xué)方法與手段進(jìn)度計劃（周次）第一章 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述4理論講授8-1 8-2第二章 衛(wèi)星軌道4理論講授與習(xí)題指導(dǎo)9-3 9-4第三章 鏈路傳播工程4理論講授與習(xí)題指導(dǎo)10-5 10-6習(xí)題課2理論講授與習(xí)題指導(dǎo)11-7第四章 多址技術(shù)4理論講授11-8 12-9第五章 星載和地球站設(shè)備4理論講授12-10 13-11第六章 VSAT通信網(wǎng)4理論講授13-12 14-13第七章 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)6理論講授14-14 15-15 15-16第八章 衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)4理論講授16-17 16-18第九章 衛(wèi)星數(shù)字電視廣播系統(tǒng)4理論講授17-19 17-20

5、第十章 衛(wèi)星定位與導(dǎo)航系統(tǒng)6理論講授18-21 18-22大作業(yè)2學(xué)生自主19-23總復(fù)習(xí)2理論講授與習(xí)題指導(dǎo)19-24課 堂 單 元 教 案第 1 次 課教學(xué)過程設(shè)計： 復(fù)習(xí) 分鐘；授新課 75 分鐘討論 分鐘；其它 15 分鐘授課類型（請打）：理論課R 討論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其它教學(xué)方式（請打）：講授R 討論 示教 指導(dǎo) 其它教學(xué)手段（請打）：多媒體R 模型 實(shí)物 掛圖 音像 其它教學(xué)目的：了解為什么學(xué)習(xí)衛(wèi)星通信這門課程，衛(wèi)星通信在生活有什么重要用途，了解衛(wèi)星通信系統(tǒng)相關(guān)的基本概念、系統(tǒng)組成等。重點(diǎn)、難點(diǎn)及措施：衛(wèi)星通信系統(tǒng)的概念、組成、特點(diǎn)、應(yīng)用及業(yè)務(wù)。列舉生活中的例子。思考題、課后作

6、業(yè)：教學(xué)基本內(nèi)容：（可另附頁）1、介紹通信的概念及分類，引出衛(wèi)星通信的概念及所屬的通信類別通信：在兩個或多個位置實(shí)現(xiàn)信息的傳輸、接收和處理。 有線通信：光纖、電纜、明線 無線通信：短波/超短波通信、微波中繼通信、地面移動通信、衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信是個人通信網(wǎng)的組成部分，是地面通信網(wǎng)的補(bǔ)充。 衛(wèi)星通信是指利用衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電波，實(shí)現(xiàn)兩個或多個地球站（或手持終端）之間、或者地球站與航天器之間通信的一種通信方式。2、 通信衛(wèi)星繞地球運(yùn)動，有其自有的運(yùn)行軌道，接下來介紹衛(wèi)星軌道衛(wèi)星圍繞地球做無動力飛行，運(yùn)行規(guī)律服從開普勒定律，軌道特性：（1）衛(wèi)星具有橢圓形軌道，地球的地心是橢圓的一個焦點(diǎn)；

7、（2）衛(wèi)星在軌道上以速度V運(yùn)動的過程中，單位時間內(nèi)地心O與衛(wèi)星S的連線所掃過的面積相等；能夠推導(dǎo)出，衛(wèi)星靠近地球時運(yùn)動速度較快，而離開地球較遠(yuǎn)時運(yùn)動速度較慢；3、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成（1）空間段主要是衛(wèi)星本身，星體包括兩大子系統(tǒng)：星載設(shè)備和衛(wèi)星母體。 （2）地面段典型的地面段即地球站，包括地面衛(wèi)星控制中心（SCC, Satellite control center）及其跟蹤、遙測和指令站（TT&C, Tracking, telemetry and command station）。 （3）用戶段：各種用戶終端4、衛(wèi)星通信的特點(diǎn)（1）服務(wù)范圍寬：一顆GEO衛(wèi)星覆蓋全球表面的42 % ，中低軌星座系

8、統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。（2）可用頻段寬：從150MHz30GHz(Ka波段)，目前已開始開發(fā) Q、V 波段(4050GHz) 。（3）網(wǎng)絡(luò)路由簡捷：旁路復(fù)雜的地面“網(wǎng)絡(luò)云” ，跨國公司專網(wǎng)。（4）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度快、成本低：除建站外，無需地面施工，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。（5）系統(tǒng)均勻服務(wù)，易引入新業(yè)務(wù)：統(tǒng)一的業(yè)務(wù)提供商，利于系統(tǒng)為各地區(qū)提供均勻的服務(wù)。5、衛(wèi)星通信的業(yè)務(wù)類型，舉一些衛(wèi)星通信在生活中的例子（可放視頻資料） （1）衛(wèi)星視頻廣播業(yè)務(wù) （2）電話等交互式業(yè)務(wù) （3）數(shù)據(jù)通信和因特網(wǎng)業(yè)務(wù) （4）移動通信業(yè)務(wù) 課 堂 單 元 教 案第 2 次 課教學(xué)過程設(shè)計： 復(fù)習(xí) 5 分鐘；授新課 75 分鐘討論 1

9、0 分鐘；其它 分鐘授課類型（請打）：理論課R 討論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其它教學(xué)方式（請打）：講授R 討論 示教 指導(dǎo) 其它教學(xué)手段（請打）：多媒體R 模型 實(shí)物 掛圖 音像 其它教學(xué)目的：了解衛(wèi)星通信的發(fā)展歷程及趨勢、頻率分配等。重點(diǎn)、難點(diǎn)及措施：我國衛(wèi)星通信方面的發(fā)展及突出貢獻(xiàn)，舉例說明。思考題、課后作業(yè)：教學(xué)基本內(nèi)容：（可另附頁）1、頻率分配衛(wèi)星通信的頻率窗口：大氣對不同頻率電波傳播的吸收損耗差異很大，形成星地傳輸?shù)念l率窗口。吸收損耗在22和60GHz有峰值。衛(wèi)星通信頻段：目前常用頻段有L，S，C，X，Ku，Ka。 L頻段：12GHZ，一般記為1.6/1.5G(上行/ 下行) ，用于MS

10、S，GEO衛(wèi)星測控。 S頻段：24GHz，用于MSS，GEO衛(wèi)星測控。 C頻段：47GHz，用于FSS和MSS的饋電鏈路。 Ku頻段：1218GHz，用于FSS，BSS。 Ka頻段：2040GHz, 用于FSS，MSS。 此外，VHF、UHF用于低軌小衛(wèi)星通信。 VHF頻段：0.10.3GHz，用于移動、導(dǎo)航業(yè)務(wù) UHF頻段：0.31.0GHz，用于移動、導(dǎo)航業(yè)務(wù) 更高頻段 Q頻段：36.046.0GHz， V頻段：46.056.0GHz2、衛(wèi)星通信在中國的特殊地位中國幅員遼闊、人口眾多、地區(qū)發(fā)展不平衡、中國有60左右的地區(qū)是地面網(wǎng)盲區(qū)，如海洋、高山、沙漠和草原等，通信的困難甚至成為人們生存的

11、障礙。由于衛(wèi)星通信相對于地面通信網(wǎng)的綜合造價成本高，終端貴，因此，衛(wèi)星通信的市場定位應(yīng)該是地面通信網(wǎng)的延伸和補(bǔ)充，主要服務(wù)于地面通信網(wǎng)不能覆蓋的區(qū)域及有特殊通信需求的人群。衛(wèi)星覆蓋區(qū)域廣，可以較經(jīng)濟(jì)地為地面蜂窩網(wǎng)覆蓋范圍以外的用戶-“唯星用戶”提供移動通信業(yè)務(wù)解決邊遠(yuǎn)地區(qū)通信服務(wù)、企業(yè)專網(wǎng)、洲際通信、國防通信，與地面通信網(wǎng)結(jié)合解決廣域無縫覆蓋。2、世界衛(wèi)星通信的發(fā)展歷史1945年Clarke A. C. 提出三顆同步衛(wèi)星覆蓋全球1957年前蘇聯(lián)發(fā)射世界上第一顆衛(wèi)星Sputnik1963年美國發(fā)射世界上第一顆同步軌道衛(wèi)星SYNCOM1964年INTERSAT成立1965年第一顆商用同步衛(wèi)星“晨鳥

12、”進(jìn)入軌道1975年第一次通過衛(wèi)星成功實(shí)現(xiàn)直接廣播試驗(yàn)1979年INMARSAT成立1982年國際海事衛(wèi)星通信進(jìn)入運(yùn)行1984年第一個DTH系統(tǒng)在日本進(jìn)入運(yùn)行1987年INMARSAT成功進(jìn)行地面移動衛(wèi)星通信試驗(yàn)19891990年INMARSAT將全球移動衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)擴(kuò)展到地面和空間移動通信領(lǐng)域1995年WRC對非靜止軌道衛(wèi)星系統(tǒng)分配新頻譜；商用LEO衛(wèi)星系統(tǒng)ORBCOM第一次傳送低速數(shù)據(jù)試驗(yàn)成功1998年通過LEO星座引入手機(jī)通信業(yè)務(wù)19992000年引入衛(wèi)星直接廣播語音業(yè)務(wù)20002005年引入寬帶個人通信，Ka頻段發(fā)展迅速3、中國衛(wèi)星通信的發(fā)展中國第一顆試驗(yàn)衛(wèi)星“東方紅一號”于1970年

13、4月24日發(fā)射成功，重37Kg，運(yùn)轉(zhuǎn)周期110分鐘，繞地球一周，以旋極化的全球波束向全球廣播“東方紅樂曲”。1984年8月8日成功發(fā)射第一顆同步軌道試驗(yàn)通信衛(wèi)星“東方紅二-1”，定位在125E，重433Kg，攜帶2個8W的C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，以全球波束輻射，中心波束為23.4dBW。 1986年2月1日“東方紅二號-2“成功定位在103E，攜帶2個C頻轉(zhuǎn)發(fā)器，以區(qū)域橢圓波束輻射傳送，重 433Kg，中心波束為34.5dBW。攜帶2個8W的C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，以全球波束輻射，中心波束為 23.4dBW。1988年3月7日“東方紅二號甲-1“簡稱“東二甲-1“，對外稱“中衛(wèi)一號“定位在87.5E，波束中心指向

14、101.7E，34.11N，中心波束為36dBW。4個C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，二個8W，二個10W，以區(qū)域橢圓波束輻射傳送。衛(wèi)星重441Kg，壽命7年。1990年2月4日“東方紅二號甲3“簡稱“東二甲3“，對外稱“中衛(wèi)三號“定位在98E，波束中心指向103.23E，33.84N，中心波束36dBW。4個C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器以區(qū)域橢圓波束輻射傳送。衛(wèi)星重441Kg。1993年7月“中星五號”衛(wèi)星啟用，定位115.5o，播出8個省級節(jié)目。 1996年7月3日亞太一A在西昌發(fā)射中心成功發(fā)射，本衛(wèi)星和亞太一號相同為C頻段雙極星， 定位于東經(jīng)134E，臺灣地區(qū)信號覆蓋強(qiáng)度為37dBm，接收容易。 1991年12月28日“

15、東方紅三號”發(fā)射但衛(wèi)星定位失敗。 1997年5月11日新的“東方紅三號”又稱為“中衛(wèi)6號”發(fā)射成功，它是新型大功率的衛(wèi)星，攜帶24個C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，定位125E。 1998年5月30日新的“中衛(wèi)一號”發(fā)射成功。它是第一顆攜帶Ku頻段的新型大功率的衛(wèi)星，攜帶18個 C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，定位在87.5E。 1998年7月18日“鑫諾一號”發(fā)射成功。攜帶14個Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器和24個C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器和一對C-Ku頻段互聯(lián)轉(zhuǎn)發(fā)器，定位在 110.5 E。 2003年10月21日11時16分，太原衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征”四號乙運(yùn)載火箭成功地將中國與巴西聯(lián)合研制的第二顆“資源一號”衛(wèi)星和中國科學(xué)院研制的“創(chuàng)新一號”小衛(wèi)星

16、送入太空?；鸺l(fā)射13分鐘后，“資源一號”衛(wèi)星進(jìn)入太陽同步軌道?；鸺^續(xù)飛行約40秒后，“創(chuàng)新一號”衛(wèi)星與火箭分離，進(jìn)入預(yù)定軌道。 2003年10月15日，神州五號在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。2005年10月12日，神州五號在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。2008年9月25日成功發(fā)射2006年10月29日“鑫諾二號”衛(wèi)星在西昌發(fā)射成功，但是在定點(diǎn)過程中出現(xiàn)技術(shù)故障，致使太陽帆板二次展開和通信天線展開未能完成，無法提供通信廣播傳輸服務(wù) 。2000年10月31日、12月21日、2003年5月25日、2007年2月3日先后成功發(fā)射四顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星2007年4月14日中國成功發(fā)射了第一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星

17、2007年6月1日 “鑫諾三號”衛(wèi)星在西昌發(fā)射成功，軌道位置：E125o，覆蓋中國及周邊國家和地區(qū)。2008年4月25日中國首顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號01星”在西昌發(fā)射成功，其任務(wù)是為衛(wèi)星、飛船等航天器提高數(shù)據(jù)中繼和測控服務(wù)2009年4月15日第2顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射2010年1月17日第3顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射4、衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢同步衛(wèi)星向大容量、多波束、智能化方向發(fā)展低軌衛(wèi)星與地面蜂窩通信相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全球個人通信小衛(wèi)星通信地面站的廣泛應(yīng)用數(shù)字視頻廣播(DVB)和數(shù)字音頻廣播步入家庭和個人用戶多媒體通信和Internet接入微小衛(wèi)星、納衛(wèi)星和皮衛(wèi)星的快

18、速發(fā)展課 堂 單 元 教 案第 3 次 課教學(xué)過程設(shè)計： 復(fù)習(xí) 5 分鐘；授新課 80 分鐘討論 分鐘；其它 5 分鐘授課類型（請打）：理論課R 討論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其它教學(xué)方式（請打）：講授R 討論 示教 指導(dǎo) 其它教學(xué)手段（請打）：多媒體R 模型 實(shí)物 掛圖 音像 其它教學(xué)目的：了解衛(wèi)星軌道特性、軌道分類、及地心坐標(biāo)系與衛(wèi)星軌道參數(shù)。重點(diǎn)、難點(diǎn)及措施：地心坐標(biāo)系與衛(wèi)星軌道參數(shù)，圖形展示思考題、課后作業(yè)：教學(xué)基本內(nèi)容：（可另附頁） 1、假設(shè)地球是質(zhì)量均勻分布的圓球體，忽略太陽、月球和其它行星的引力作用，衛(wèi)星運(yùn)動服從開普勒三大定律。 開普勒第一定律：衛(wèi)星以地心為一個焦點(diǎn)做橢圓運(yùn)動。其軌道平

19、面的極坐標(biāo)為：開普勒第二定律：衛(wèi)星與地心的連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相等。V為衛(wèi)星在軌道上的瞬時速度。其中a為橢圓軌道的半長軸，r為衛(wèi)星到地心的距離。u為開普勒常數(shù)，u值為398601.58*109m3/s2開普勒第三定律：衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)周期的平方與軌道半長軸的3次方成正比。u為開普勒常數(shù)，u值為398601.58 109m3/s2。2、地心坐標(biāo)系與衛(wèi)星軌道參數(shù)天球：人們?yōu)榱吮阌谘芯刻祗w，假想以空間任意點(diǎn)為中心，以無限長為半徑所作的球。 天赤道：延伸地球赤道面而同天球相交的大圓稱為“天赤道”。天極：向南北兩個方向無限延長地球自轉(zhuǎn)軸所在的直線，與天球形成兩個交點(diǎn)，分別叫作北天極與南天極。黃道：從地球上

20、看，太陽于一年之內(nèi)在恒星之間所走的視路徑，即地球的公轉(zhuǎn)軌道平面和天球相交的大圓。黃道和天赤道成23度26分的角，相交于春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)。升節(jié)點(diǎn)（或升交點(diǎn)）：衛(wèi)星從地球的南半球向北半球飛行的時候經(jīng)過地球赤道平面的點(diǎn)。春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)：從地球上看，太陽沿黃道逆時針運(yùn)動，黃道和天赤道在天球上存在相距180的兩個交點(diǎn)，其中太陽沿黃道從天赤道以南向北通過天赤道的那一點(diǎn)，稱為春分點(diǎn)，與春分點(diǎn)相隔180的另一點(diǎn)，稱為秋分點(diǎn)，太陽分別在每年的春分（3月21日前后）和秋分（9月23日前后）通過春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)。簡單地說，春分點(diǎn)為太陽沿黃道從天赤道以南向北通過天赤道的那一點(diǎn)。3、衛(wèi)星軌道的分類（1）按衛(wèi)星軌道的傾角分赤

21、道軌道、順行軌道、極軌道、逆行軌道（2）按衛(wèi)星軌道的偏心率分圓軌道、橢圓軌道、拋物線軌道、雙曲線軌道（3）軌道的高度分低軌道、中軌道、高軌道、地球靜止軌道（4）按衛(wèi)星軌道的重復(fù)特性分回歸軌道、準(zhǔn)回歸軌道、非回歸軌道課 堂 單 元 教 案第 4 次 課教學(xué)過程設(shè)計： 復(fù)習(xí) 5 分鐘；授新課 80 分鐘討論 分鐘；其它 5 分鐘授課類型（請打）：理論課R 討論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其它教學(xué)方式（請打）：講授R 討論 示教 指導(dǎo) 其它教學(xué)手段（請打）：多媒體R 模型 實(shí)物 掛圖 音像 其它教學(xué)目的：掌握衛(wèi)星覆蓋特性計算重點(diǎn)、難點(diǎn)及措施：衛(wèi)星覆蓋特性計算，包括地心角、半視角、仰角、覆蓋區(qū)面積、衛(wèi)星連續(xù)服

22、務(wù)時間等。例題講解，課堂連續(xù)加深理解。思考題、課后作業(yè)：習(xí)題2.2 2.4教學(xué)基本內(nèi)容：（可另附頁）1、衛(wèi)星軌道攝動 原因：地球形狀不規(guī)則、大氣阻力、太陽和月球引力。(1) 地球非球形引起的攝動，表現(xiàn)為：衛(wèi)星的軌道面繞地軸緩慢轉(zhuǎn)動近地點(diǎn)位置變化（2）大氣阻力的影響衛(wèi)星軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)降低，長軸縮短，即運(yùn)行周期縮短偏心率減小，軌道愈變愈圓2、衛(wèi)星的定位衛(wèi)星在外層空間沿著軌道運(yùn)行，而地球在不斷地自轉(zhuǎn)。衛(wèi)星在沿著橢圓軌道繞地球運(yùn)行時，其后一圈運(yùn)行的星下點(diǎn)軌跡一般不重復(fù)前一圈運(yùn)行的星下點(diǎn)軌跡。 沿橢圓軌道運(yùn)行的衛(wèi)星在某一圈運(yùn)行的星下點(diǎn)軌跡由以下方程決定（定義該圈運(yùn)行通過升節(jié)點(diǎn)的時刻作為度量零點(diǎn)）。3、衛(wèi)星

23、覆蓋特性計算（1）星下覆蓋區(qū)對應(yīng)的地球中心角(覆蓋地心角)為：（2）仰角e為：（3）終端到衛(wèi)星的距離，表示為：（4）衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域面積為：4、例題教材26頁例題25、軌道特性對通信系統(tǒng)性能的影響多普勒頻移、日蝕、日凌中斷課 堂 單 元 教 案第 5 次 課教學(xué)過程設(shè)計： 復(fù)習(xí) 5 分鐘；授新課 80 分鐘討論 分鐘；其它 5 分鐘授課類型（請打）：理論課R 討論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其它教學(xué)方式（請打）：講授 R 討論 示教 指導(dǎo) 其它教學(xué)手段（請打）：多媒體R 模型 實(shí)物 掛圖 音像 其它教學(xué)目的：掌握星地鏈路傳播特性及其計算。重點(diǎn)、難點(diǎn)及措施：自由空間傳播損耗計算。例題講解。思考題、課后作業(yè)

24、：習(xí)題3.1教學(xué)基本內(nèi)容：（可另附頁）1、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù) 等效全向輻射功率（EIRP）定義：地球站或衛(wèi)星的天線發(fā)射功率P與該天線增益G的乘積。 表明了定向天線 在最大輻射方向?qū)嶋H所輻射的功率。 EIRP=PG，或 EIRP(dBW)= P(dBW)+G(dB)噪聲溫度（Te）定義：將噪聲系數(shù)折合為電阻元件在相當(dāng)于某溫度下的熱噪聲，溫度以絕對溫度K計。噪聲溫度（Te）與噪聲系數(shù)(NF）的關(guān)系為：NF=10lg(1+Te/290)dB品質(zhì)因素（G/Te）定義：天線增益與噪聲溫度的比值。G/Te=G(dB)-10lgTe(dB/K) 2、天線增益的計算公式 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中的天線增益可

25、以按下式進(jìn)行計算：3、星-地鏈路傳播特性自由空間電波傳播是無線電波最基本、最簡單的傳播方式。自由空間是一個理想化的概念，為人們研究電波傳播提供了一個簡化的計算環(huán)境。電波從點(diǎn)源全向天線發(fā)出后在自由空間傳播，能量將擴(kuò)散到一個球面上。如用定向天線，電波將向某一方向會聚，在此方向上獲得增益，那么到達(dá)接收點(diǎn)的信號功率為： 4、例題講解若靜止衛(wèi)星定位于E90o，求位于E110o，N40o的地球站對衛(wèi)星的仰角、信號傳播距離。若射頻頻率為6GHz，計算鏈路的自由空間傳播損耗。解：課 堂 單 元 教 案第 6 次 課教學(xué)過程設(shè)計： 復(fù)習(xí) 5 分鐘；授新課 80 分鐘討論 分鐘；其它 5 分鐘授課類型（請打）：理

26、論課R 討論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其它教學(xué)方式（請打）：講授R 討論 示教 指導(dǎo) 其它教學(xué)手段（請打）：多媒體R 模型 實(shí)物 掛圖 音像 其它教學(xué)目的：掌握等效噪聲溫度與噪聲系數(shù)計算公式、有耗無源網(wǎng)絡(luò)等效噪聲溫度、級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度計算、以及接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度重點(diǎn)、難點(diǎn)及措施：級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度、以及接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度的計算，以及他們二者的區(qū)別。例題講解，分析比較。思考題、課后作業(yè)：習(xí)題3.4教學(xué)基本內(nèi)容：（可另附頁）1、鏈路附加損耗 （1）大氣吸收損耗 在大氣各種氣體中，水蒸汽、氧氣對電波的吸收衰減起主要作用，水蒸汽的第一吸收峰在22GHz，氧氣在60GHz(3580GHz間)

27、。對非常低的水蒸汽密度，衰減可假定與水蒸汽密度成正比。由于在22GHz和60GHz處有較大的損耗峰存在，這些頻率不宜用于星-地鏈路，但可用于星間鏈路?？傮w上，大氣吸收損耗隨頻率的增加而增大。在0.3-l0GHz的頻段，大氣損耗小，適合于電波傳播，這一頻段是當(dāng)前應(yīng)用最多的頻段。30GHz附近也有一個低損耗區(qū)。（2）雨衰和云霧的影響 在雨天或有霧的氣象條件下，雨滴和霧對于較高頻率（10GHz以上）的電波會產(chǎn)生散射和吸收作用，從而引入較大的附加損耗，稱為雨衰。 仰角為的傳播路徑上的降雨衰減量為： LR=RlR() R是降雨衰減系數(shù)，定義為由雨滴引起的單位長度上的衰減，單位dBkm；lR()是降雨地區(qū)

28、的等效路徑長度，定義為當(dāng)仰角為時傳播路徑上產(chǎn)生的總降雨衰減(dB)與對應(yīng)于地球站所在地降雨強(qiáng)度的降雨衰減系數(shù)比(dBkm)，單位為km。（3）大氣折射的影響 大氣折射率隨著高度的增加、大氣密度的減小而減小，電波射線因折射率隨高度變化而產(chǎn)生彎曲，波束上翹一個角度增量。 大氣折射率的變動對穿越大氣的電波起到一個凹透鏡的作用，使電波產(chǎn)生微小的散焦衰減，衰減量與頻率無關(guān)。在仰角大于5度時，散焦衰減小于0.2dB。此外，因大氣湍流引起的大氣指數(shù)的變化，使電波向各個方向上散射，導(dǎo)致電波到達(dá)大口面天線時振幅和相位不均勻分布，引起散射衰落，這類損耗較小。（4）電離層閃爍和多徑 電離層內(nèi)存在電子密度的隨機(jī)不均勻

29、性而引起閃爍，可使信號產(chǎn)生折射。 電離層中不均勻體的發(fā)生和發(fā)展，造成了穿越其中的電波的散射，使得電磁能量在時空中重新分布，造成電波信號的幅度、相位、到達(dá)角、極化狀態(tài)等發(fā)生短期不規(guī)則變化。 對閃爍深度大的地區(qū)，用編碼、交織、重發(fā)等技術(shù)，來克服衰落，減少電離層閃爍的影響；其它地區(qū)可用適當(dāng)增加儲備余量的方法克服電離層閃爍的影響。 2、衛(wèi)星移動通信鏈路特性接收信號的強(qiáng)度r1(t)服從對數(shù)高斯條件下的Rician分布，相位服從0,2 p的均勻分布3、噪聲與干擾（1）系統(tǒng)熱噪聲 熱噪聲：只要傳導(dǎo)媒質(zhì)不處于絕對溫度的零度，其中的帶電粒子就存在隨機(jī)運(yùn)動，產(chǎn)生對信號形成干擾的噪聲，稱為熱噪聲。 噪聲功率譜密度:

30、 n0=KT 網(wǎng)絡(luò)輸出噪聲功率N0：等效噪聲溫度與噪聲系數(shù):噪聲系數(shù)NF：定義為輸入信噪比與輸出信噪比的比值 。網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度Te可以表示為：有耗無源網(wǎng)絡(luò)（饋線等）的等效噪聲溫度:在輸入、輸出端匹配的情況下，輸出端負(fù)載得到的噪聲功率No為同時輸出噪聲功率還可以表示為輸入噪聲功率對輸出的貢獻(xiàn)，加上網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲對輸出的貢獻(xiàn)。假設(shè)無源網(wǎng)絡(luò)的損耗為LF，增益為A=1/LF。則網(wǎng)絡(luò)輸出噪聲功率為：級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度n級網(wǎng)絡(luò)輸出噪聲功率為：（2）宇宙噪聲宇宙噪聲來自于外層空間星體的熱氣體在星際空間的輻射，其中最主要的噪聲干擾源來自太陽。 （3）其他干擾衛(wèi)星通信系統(tǒng)內(nèi)的其他噪聲干擾主要包括系統(tǒng)間干擾

31、、共道干擾、互調(diào)干擾、交叉極化干擾等。系統(tǒng)間干擾：如衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面微波通信系統(tǒng)之間的干擾共道干擾：為了充分利用頻率資源，常采用空間頻率復(fù)用技術(shù)，相同頻道可能分配在指向不同地區(qū)的兩個波束覆蓋區(qū)，但波束間的隔離往往并不十分理想，從而產(chǎn)生共信道干擾。交叉極化干擾：為了充分利用頻率資源，衛(wèi)星通信系統(tǒng)常采用極化隔離頻率復(fù)用技術(shù)，即兩個波束的指向區(qū)域可能是重疊的并且使用相同的頻率，通過使用不同的極化方式來實(shí)現(xiàn)信號間的隔離。由于極化的不完全正交可能造成干擾，即能量從一種極化狀態(tài)耦合到另一種極化狀態(tài)引起的干擾。這也是一種共道干擾?；フ{(diào)干擾：當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器用于轉(zhuǎn)發(fā)多載波信號時，總是希望轉(zhuǎn)發(fā)器有較高的功率效率，但高

32、效率的功放可能產(chǎn)生較明顯的非線性，使各載波信號之間形成互調(diào)干擾。 4、接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度若接收機(jī)等效噪聲溫度為Tre（接收機(jī)的等效噪聲溫度Tre主要由接收機(jī)的前級低噪聲放大器LNA確定），則整個接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度T為課 堂 單 元 教 案第 7 次 課教學(xué)過程設(shè)計： 復(fù)習(xí) 10 分鐘；授新課 0 分鐘討論 分鐘；其它 80 分鐘授課類型（請打）：理論課 討論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課R 其它教學(xué)方式（請打）：講授 討論 示教 指導(dǎo)R 其它教學(xué)手段（請打）：多媒體R 模型 實(shí)物 掛圖 音像 其它教學(xué)目的：復(fù)習(xí)第二章與第三章計算內(nèi)容與公式，理解并熟練掌握相關(guān)計算。重點(diǎn)、難點(diǎn)及措施：衛(wèi)星覆蓋特性計算

33、、鏈路傳輸特性計算、等效噪聲溫度計算。思考題、課后作業(yè)：教學(xué)基本內(nèi)容：（可另附頁）例題1：衛(wèi)星繞地球做圓軌道運(yùn)動，假設(shè)地球半徑為6356.755km，系統(tǒng)要求用戶終端的最小仰角為10o，衛(wèi)星距地面的高度為785km，求 （1）單顆衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域面積； （2）用戶到衛(wèi)星的傳播時延； （3）用戶可以與衛(wèi)星通信的最長時間。例題二：有一個由N顆地球靜止軌道衛(wèi)星組成的通信系統(tǒng)，已知靜止軌道衛(wèi)星高度H36000km，假定地球站天線最小仰角Emin20o 。為使該通信系統(tǒng)能夠完全覆蓋地球赤道，問至少要有多少顆衛(wèi)星（N）？例題三： 計算頻率為6GHz時，口徑3m的拋物面天線的增益。（天線效率為0.55）例題四

34、：某地球站使用5m的天線，工作頻率為12GHz，天線噪聲溫度為100K，接收機(jī)前端噪聲溫度為120K，試計算G/T值（天線與接收機(jī)之間的饋線損耗忽略，天線效率為0.55）例題五：兩個放大器級聯(lián)，每個有10dB的增益，噪聲溫度200K，計算總增益和相對輸入的等效噪聲溫度。解：總增益為：G=G1+G2= 20 (dB)， 而相對輸入的等效噪聲溫度為：課 堂 單 元 教 案第 8次 課教學(xué)過程設(shè)計： 復(fù)習(xí) 5 分鐘；授新課 80 分鐘討論 分鐘；其它 5 分鐘授課類型（請打）：理論課R 討論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其它教學(xué)方式（請打）：講授R 討論 示教 指導(dǎo) 其它教學(xué)手段（請打）：多媒體R 模型 實(shí)物

35、 掛圖 音像 其它教學(xué)目的：掌握多址技術(shù)，了解多址技術(shù)與多路復(fù)用的差別。重點(diǎn)、難點(diǎn)及措施：各種多址技術(shù)的特點(diǎn)與區(qū)別。交叉對比講解。思考題、課后作業(yè)：教學(xué)基本內(nèi)容：（可另附頁）1、多路復(fù)用和多址聯(lián)接多路復(fù)用：將來自不同信息源的各路信息，按某種方式合并成一個多路信號，然后通過同一個信道傳送給接收端。接收端再從該多路信號中按相應(yīng)方式分離出各路信號，分送給不同的用戶或終端。 簡而言之，多路復(fù)用是利用一條信道同時傳輸多路信號的一種技術(shù)，可以解決在同一信道內(nèi)同時傳送多個信號的問題。多路復(fù)用方式可分為頻分復(fù)用、時分復(fù)用、碼分復(fù)用、波分復(fù)用等。多址聯(lián)接：指多個通信站的射頻信號在射頻信道上的復(fù)用，以實(shí)現(xiàn)各個通信站之間的通信。對于衛(wèi)星通信系統(tǒng)，多址聯(lián)接指的是多個地球站發(fā)射的信號，通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的射頻信道復(fù)用，實(shí)現(xiàn)各站間通信的一種方式。常見的多址方式有頻分多址、時分多址、碼分多址和空分多址。多址聯(lián)接和多路復(fù)用的關(guān)系：多址聯(lián)接和多路復(fù)用的理