衛(wèi)星通信第1章

名詞解釋：1衛(wèi)星通信：是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。2宇宙通信：以宇宙飛行體或通信轉(zhuǎn)發(fā)體為對(duì)象的無線電通信稱為宇宙通信。3攝動(dòng):對(duì)靜止衛(wèi)星來說，由于地球結(jié)構(gòu)的不均勻和太陽，月亮的引力的影響等，將使衛(wèi)星軌道參數(shù)隨時(shí)變化，不斷偏離出開卜勒法則確定的理想軌道，產(chǎn)生一定的漂移這種現(xiàn)象稱為攝動(dòng).填空：1宇宙通信包括三種形式：（1）（地球站）與（宇宙站）之間的通信，（2）（宇宙站）與（宇宙站）之間的通信，（3）通過宇宙站的（轉(zhuǎn)發(fā)或反射）進(jìn)行地球站之間的通信。2衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常由（通信衛(wèi)星），（地球站）（跟蹤遙測(cè)及指令系統(tǒng)）和（監(jiān)控管理系統(tǒng)）等四大部分組成。3通信衛(wèi)星主要由（天線分系統(tǒng)），（通信分系統(tǒng)），（遙測(cè)指令系統(tǒng)），（控制分系統(tǒng)）和（電源分系統(tǒng)）等五部分組成。簡(jiǎn)答：1衛(wèi)星通信與其它通信手段相比，具有哪些明顯的特點(diǎn)？答：（1）通信距離遠(yuǎn)，且費(fèi)用與通信距離無關(guān)；（2） 覆蓋面積大，可進(jìn)行多址通信；（3） 通信頻帶寬，傳輸容量大；（4） 機(jī)動(dòng)靈活；（5） 通信線路穩(wěn)定可靠，傳輸質(zhì)量高。2簡(jiǎn)述衛(wèi)星通信的基本工作原理。答：首先，經(jīng)市內(nèi)通信線路送來的電話信號(hào)，在一個(gè)地球站的終端設(shè)備內(nèi)進(jìn)行多路復(fù)用，成為多路電話的基帶信號(hào)，在調(diào)制器中對(duì)中頻載波進(jìn)行調(diào)制，然后經(jīng)上變頻器變換為微波頻率f的射頻信號(hào)，再經(jīng)功率放大器、1雙工器和天線發(fā)向衛(wèi)星。這一信號(hào)經(jīng)過大氣層和宇宙空間，信號(hào)強(qiáng)度將受到很大的衰減，并引入一定的噪聲，最后到達(dá)衛(wèi)星。在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中，首先將微波頻率f的上行信號(hào)經(jīng)低噪聲接收機(jī)進(jìn)行放大，并變換為微波頻 1率較低的下行頻率f的信號(hào)，再經(jīng)功率放大，由天線發(fā)向收端地球站。由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)向地球站的載波頻率f的信號(hào)，同樣要經(jīng)過大氣層和宇宙空間，也要受到很大的衰減，最后到達(dá)收端地球站。由于衛(wèi)星發(fā)射功率較小，天線增益較低，所以收端地球站必須用增益很高的天線和噪聲非常低的接收機(jī)才能進(jìn)行正常接收。收端地球站收到的信號(hào)經(jīng)雙工器和接收機(jī)首先將載波頻率f的信號(hào)變換為中頻信號(hào)并進(jìn)行放大，然后經(jīng)解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)為基帶信號(hào)。最后利用多路復(fù)用設(shè)備進(jìn)行分路，并經(jīng)市內(nèi)通信線路，送到用戶終端。這樣就完成了單項(xiàng)的通信過程。雙向的通信過程與單項(xiàng)的通信過程完全類似。不同的只是反方向的上行頻率用另一頻率f，而且f#f,下行頻率用f,而且fNf，這樣以免上、3 3 1 4 4 2下行信號(hào)相互干擾。3簡(jiǎn)述靜止衛(wèi)星通信存在的缺點(diǎn)。答：(1)靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制技術(shù)比較復(fù)雜。地球高緯地區(qū)通信效果不好,并且兩極地區(qū)為通信盲區(qū).存在日凌中斷和星蝕現(xiàn)象.電波的傳輸時(shí)延較大和存在回波干擾。4簡(jiǎn)述標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)星通信地球站的組成及每部分的作用。.天饋設(shè)備，主要作用是將發(fā)射機(jī)送來的射頻信號(hào)經(jīng)天線向衛(wèi)星方向輻射，同時(shí)它又接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)送往接收機(jī)。發(fā)射機(jī)，主要作用是將已調(diào)制的中頻信號(hào)，經(jīng)上變頻變換為射頻信號(hào)，并放大到一定的電平，經(jīng)反饋線送至天線向衛(wèi)星發(fā)射。接收機(jī)，接收來自衛(wèi)星的有用信號(hào)，經(jīng)下變頻器變換為中頻信號(hào),送至調(diào)制器。信道終端設(shè)備，它的主要作用是將用戶終端送來的信息加以處理并成為基帶信號(hào)對(duì)中頻進(jìn)行調(diào)制，同時(shí)對(duì)接收的中頻進(jìn)行調(diào)制以及與發(fā)送端相反的處理，輸出基帶信號(hào)送往用戶終端。跟蹤設(shè)備，用來校正地球站天線的方位和仰角，以便使天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。電源設(shè)備，為系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備提供電源。5按照軌道高度的不同對(duì)地球衛(wèi)星分類.低軌道衛(wèi)星：衛(wèi)星高度h<5000km，周期約為2?4h;中高度衛(wèi)星:5000<h<20000km,周期約為4?12h;高軌道衛(wèi)星:h>20000km，周期>12h.1當(dāng)衛(wèi)星的運(yùn)行軌道屬于低軌道，并且只利用一顆通信衛(wèi)星進(jìn)行通信時(shí)，相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)地球站就不能同時(shí)看到衛(wèi)星了。這時(shí)，如果要進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，必須利用多顆低軌道衛(wèi)星，這種系統(tǒng)就是通常說的的(低軌道移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng))；否則，2只能采用延遲轉(zhuǎn)發(fā)方式，這種系統(tǒng)則稱為(延遲轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星通信系統(tǒng))。靜止衛(wèi)星：當(dāng)衛(wèi)星的運(yùn)行軌道再赤道平面內(nèi)，高度大約為35800千米時(shí)，它的運(yùn)轉(zhuǎn)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，繞地球一周的公轉(zhuǎn)周期約為24小時(shí)與地球自轉(zhuǎn)周期相同從地球上看衛(wèi)星如同靜止一樣，所以稱靜止衛(wèi)星。3需要多少顆靜止衛(wèi)星就可以實(shí)現(xiàn)除兩極地區(qū)的全球通信[]A.1 B.2 C.3 D.44目前，由國際通信衛(wèi)星組織(INTELSAT)負(fù)責(zé)建立的世界衛(wèi)星通信系統(tǒng)是利用()實(shí)現(xiàn)全球通信的。A..低軌衛(wèi)星 B.立即轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星系統(tǒng)C.靜止衛(wèi)星 D.延遲轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星系統(tǒng)5考慮到地球站設(shè)備的特點(diǎn)，有時(shí)把收、發(fā)信機(jī)分為三部分：1、(大功率發(fā)射機(jī)）部分；2、（低噪聲接受機(jī)）部分；3、（信道終端設(shè)備）。其中信道終端設(shè)備包括（中頻放大器）、調(diào)制器和解調(diào)器以及（基帶處理設(shè)備）等6如果衛(wèi)星軌道平面在赤道平面內(nèi)，該衛(wèi)星運(yùn)行軌道稱為（赤道軌道）；如果軌道平面與赤道平面有一定的夾角則叫（傾斜軌道）；如果軌道平面通過地球兩極附近則稱為（極軌道）。7什么是運(yùn)行軌道，軌道平面和軌道傾角？答：衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌跡稱為運(yùn)動(dòng)軌道；它所在的平面稱為軌道平面；衛(wèi)星軌道平面與赤道平面的夾角稱為軌道傾角。8當(dāng)進(jìn)行整個(gè)衛(wèi)星線路計(jì)算時(shí)折算到地球站接受系統(tǒng)輸入輸出的噪聲包括（地球接受系統(tǒng)本身的噪聲）、（上行線路噪聲）、（轉(zhuǎn)發(fā)器的交調(diào)噪聲）。9按基帶交換工作方式工作時(shí)，上行與下行線路的傳輸是通過與（跳變波束的駐留同步的突發(fā)時(shí)間計(jì)劃協(xié)調(diào)的）。10衛(wèi)星接入系統(tǒng)其最大特點(diǎn)是（利用衛(wèi)星通信的多址傳輸方式）。按照系統(tǒng)采用的技術(shù)來分，可分為（靜止軌道衛(wèi)星接入系統(tǒng)）、（中軌道衛(wèi)星接入系統(tǒng)）和（低軌道衛(wèi)星接入系統(tǒng)）。填空：1引起攝動(dòng)的影響包括：1（太陽和月亮）對(duì)衛(wèi)星的影響，2（地球引力場(chǎng)不均）的影響，3（大氣阻力）的影響4（太陽輻射壓力）的影響。2通信衛(wèi)星所用的天線有兩種：一種是（通信用的微波天線）一種是（遙測(cè)、遙控和信標(biāo)用的高頻或甚高頻天線）。3通信衛(wèi)星的控制系統(tǒng)包括（姿態(tài)控制）和（位置控制）兩種控制設(shè)備。4衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器是衛(wèi)星的核心部分，通常包括（透明轉(zhuǎn)發(fā)器）和（處理轉(zhuǎn)發(fā)器）。簡(jiǎn)答：1描述衛(wèi)星控制分系統(tǒng)的功能。答：控制分系統(tǒng)包括姿態(tài)控制和位置控制兩種控制設(shè)備。姿態(tài)控制用來保證衛(wèi)星對(duì)地球或其他基準(zhǔn)物保持正確的姿態(tài)。位置控制是用來消除攝動(dòng)的影響，以便于使衛(wèi)星與地球的相對(duì)位置保持固定。2衛(wèi)星的主要設(shè)備由那幾部分組成？答：（1）位置與姿態(tài)控制系統(tǒng) （2）天線系統(tǒng)（3）轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng) （4）遙測(cè)指令系統(tǒng)（5）電源系統(tǒng) （6）溫控系統(tǒng)（7）入軌和推進(jìn)系統(tǒng)1世界上第一顆人造衛(wèi)星是由美國在那年發(fā)射的？A.1945 B.1960 C.1957D.19462地球站接受系統(tǒng)的外部噪聲來源主要有（天線噪聲）、（干擾噪聲）、（上行線路噪聲和轉(zhuǎn)發(fā)器非線性產(chǎn)生的交調(diào)噪聲）。名詞解釋：透明轉(zhuǎn)發(fā)器：是指它接收地面發(fā)來的信號(hào)后，在衛(wèi)星上不做任何處理，只是進(jìn)行放大、變頻和再放大，并發(fā)向各地球站，即單純完成轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。1簡(jiǎn)述處理轉(zhuǎn)發(fā)工作過程。答：首先將接收到的信號(hào)進(jìn)行前置放大，經(jīng)下變頻器變?yōu)橹蓄l信號(hào)，并進(jìn)行解調(diào)譯碼，對(duì)得到的基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。然后在經(jīng)編碼，調(diào)制，以及經(jīng)中頻放大、上變頻和微波放大后，發(fā)向地球站。1接收點(diǎn)信號(hào)的功率取決于（發(fā)射源的發(fā)射功率）、（收發(fā)兩點(diǎn)間的距離），（收發(fā)兩端天線的增益）等。名詞解釋1地球站的性能參數(shù)：如果地球站的工作頻率和通信容量均確定，L和B值也是確定的，則影響接受系統(tǒng)輸入端載波噪聲比c/N的，將取決于G/T即這一比值的大小將關(guān)系到地球站受性能的好壞。于是將dG/t稱為地球站的性能因數(shù)。2轉(zhuǎn)發(fā)器器靈敏度：當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器達(dá)到最大飽和輸出時(shí)，其輸入所需要的的信號(hào)功率，就是轉(zhuǎn)發(fā)器靈敏度。3余量：為了在一些因素變化后仍能使衛(wèi)星線路參數(shù)滿足通信質(zhì)量需要，必須保留一些余量，這就是“通信余量”。C-200地球站的設(shè)備組成答：（i）主站：放大器/天線單元、射頻單元和數(shù)字單元三部分組成；（ii）小站：由室內(nèi)單元和室外單元兩部分組成。室內(nèi)單元包括空間處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器、輸入輸出（I/O）處理器室外單元包括天線、功率放大器、上變頻器、低噪聲放大器和下變頻器。1、 基帶交換方式系統(tǒng)的組成包括（接受信道X（基帶交換矩陣）、（基帶處理器）和（輸出發(fā)射信道）幾部分。2、 基帶交換方式中上行線路和下行線路的（傳輸方式）和（速率）并不相同，上行線路可按（110Mb/s高速率單信道TDMA）工作方式也可按（兩個(gè)27.5Mb/s低速率FDM/TDMA）方式工作，而下行線路都是采用（TDMA）方式工作。3、 基帶處理器有兩個(gè)控制存貯器，一個(gè)是（連機(jī)存貯器）另一個(gè)是（脫機(jī)存貯器）。4、 基帶交換系統(tǒng)的沒一條輸入信道都有（三）各解調(diào)器、（一）個(gè)存貯器和（一）個(gè)譯碼器。解調(diào)器用于解調(diào)（3.2GHz）的中頻信號(hào).5、 透明轉(zhuǎn)發(fā)器按照按其再衛(wèi)星上變頻的次數(shù)分為（一次變頻轉(zhuǎn)發(fā)器）和（二次變頻轉(zhuǎn)發(fā)器）。6、 衛(wèi)星通信工作頻段的選則是一個(gè)重要的問題，它將影響到系統(tǒng)的（傳輸容量），地球站與轉(zhuǎn)發(fā)器的（發(fā)射功率），天線（尺寸的大?。┖驮O(shè)備的（復(fù)雜程度以及成本的高低）等。選則工作頻段時(shí)需要考慮的因素。答：首先要求電波傳播衰減及其它衰減要??；其次天線接受外界噪聲要小。滿足這兩個(gè)要求后還要考慮：1、有較寬的可用頻帶，以滿足信息傳輸?shù)囊螅?、與地面微波通信、雷達(dá)等其他無線系統(tǒng)間的相互干擾要小；3、能充分利用現(xiàn)有的通信技術(shù)，并便于與現(xiàn)有地面通信設(shè)備配合使用；4、設(shè)備尺寸要小。IS-V衛(wèi)星為了增大通信容量采取的措施有那些？答：（1）在6/4和14/11GHz兩頻段利用空間分隔和極化隔離進(jìn)行頻率再用帶寬達(dá)到了2173MHz.（2） 增加轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目和天線波束類型，已使轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目多達(dá)27個(gè)。（3） 采用三軸穩(wěn)定方式，以獲得較大的太陽電池功率。什么叫立即轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星通信系統(tǒng)？答：當(dāng)衛(wèi)星軌道較高時(shí)相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)地球站便可以“看”到衛(wèi)星，并且可將一

個(gè)地球站發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星處理后立即發(fā)送給另一地球站。計(jì)算題：1已知IS-V系統(tǒng)的一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)帶寬Bsat=36MHz,kWR=1.2,試計(jì)算該轉(zhuǎn)發(fā)器的系統(tǒng)容量。解： 將以上數(shù)據(jù)帶入[Rb]=[Bsat]+[log2M]-[kBR]中[Rb]=10lg36X1061+10lg2-10lg1.2Q78.2dBRb^60Mb/s2以IS-V系統(tǒng)參數(shù)為例，若取R=60Mb/s,采用PCM編碼后，每話路的比特?cái)?shù)Rch=64kb/s.已知共有10個(gè)站，P=150bit,Tf=750rs，求出系統(tǒng)容量。，一1解：n=-Rch所以n=—1一f60x106—10*150]w900（單向話路）64x103" 750x10-6）3已知工作頻率為6/4GHz，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器有效全向輻射功率[EIRP]ss=22.dBW,?受系統(tǒng)的[GrJT』=-17.6dB/K，轉(zhuǎn)發(fā)器靈敏度[W]=-67dBW/m2,，輸入補(bǔ)償[BO]=11dB,rssat s 1輸出補(bǔ)償[BO]=4.9dB,標(biāo)準(zhǔn)地球站性能因數(shù)[GR/TD]=40.7dB/K,接受系統(tǒng)采用普通限幅鑒頻器，試計(jì)算以一個(gè)載波傳輸252路電話信號(hào)衛(wèi)星線路的調(diào)頻信號(hào)傳輸帶寬和衛(wèi)星線路為滿足話路輸出信噪比所需的C/T.解：(1)調(diào)頻信號(hào)傳輸帶寬B.當(dāng)采用FDM方式時(shí)，按每一路占4kHz計(jì)算，基帶信號(hào)的最高頻率FQ4.2n=4.2X252=1058kHz調(diào)頻信號(hào)的傳輸帶寬：B=2(F1Afr+Fm)=2X(3.16X2.82X577+1.052)=1240kHz(2)衛(wèi)星線路為滿足話路輸出信噪比所需要的C/T值52.3=]C[+228.6-101g3.1x103+201g牛+6.5t mW143.8dBW/Kt-101gk-101gBt=-143.8+228.8-101g12.4x106=13.9dB當(dāng)采用普通限幅鑒頻器解調(diào)時(shí)，[C/N]thw10dB,還有3.9dB的余量=147.7dBW/Kth4已知IS-V衛(wèi)星系統(tǒng)的一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器工作頻率為6/4GHz，衛(wèi)星有效全向輻射功率為[EIRP]s=23.5dBW;[GRS/Tsat]=-18.6dB/K，標(biāo)準(zhǔn)輸入功率密度[WS]=-72dB/m2。設(shè)取[BO]t=6db,,[BO]o=2dB。又已知地球站的[Gr/TD]=40.7dB/K,當(dāng)采用QPSK調(diào)制，要求誤碼率Pe<10-4,E/n>8.4dB時(shí)，又考慮到差分譯碼器引起的誤碼，Eb/n0取10.4dB。設(shè)信息傳輸速率為60.032Mb/s，試求衛(wèi)星線路參數(shù)。解：(1)衛(wèi)星線路為滿足傳輸速率和誤碼率所需的C/T值=10.4-228.6+77.8=-140.4dBW/Kth(2)衛(wèi)星線路實(shí)際能達(dá)到的C/T值。[EIRP]E=-72-6+200.6-37=85.6dBW[EIRP]S=23.5-2=21.5dBW上行線路和下行線路的C/T值分別為=85.6-200.6+（-18.6）=-13.6dBW/KU=21.5-196.7+40.7=-134.5dBWKT」DC~\ _一=-13.7dBWKTt由已知的誤碼率要求可求[Mth]=-137.1-(-140.4)=3.8dB5已知[EIRP]s=23.5dBW,工作頻率為6/4GHz,[LpD]=196.7dB(f=4GHz),當(dāng)采用QPSK調(diào)制時(shí)，Ej%]=8.4dB接受端地球站的性能因數(shù)Z/T】=40.7dB/K,其他衰減[L]=1.5dB。試計(jì)算系統(tǒng)信息速率。解：取[M]=7.5dB將以上數(shù)據(jù)代入式中[Rp]=23.5-97-8.4-1.5+40.7+228.6-7.5=78.4dBR=60Mb/s6在IS-V系統(tǒng)中，設(shè)工作頻率為6/4GHz,在一個(gè)帶寬36MHz的轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)，共安排了800個(gè)載波傳送信號(hào)；轉(zhuǎn)發(fā)器飽和輸出功率[W]=-72dBW/s2上行傳播衰減為S200.6dB,下行穿播衰減196.7dB;轉(zhuǎn)發(fā)器的性能因數(shù)[G/T]=-11.6dB/K,天線口徑8m，地球站的性能因數(shù)衛(wèi)星的發(fā)射功率為29dBW,為了藏少交調(diào)分量的影響，

行比管輸入，輸出補(bǔ)償分別為［BO］「10dB和［BO］=4dB,若記入臨道干擾的影響，取［C/N］=26dB.試計(jì)算衛(wèi)星線路的C/T值，地球站的有效全向輻射功率EIRP和傳輸帶寬B ”，解：（1）衛(wèi)星線路的C/T4兀-10lgKG—4兀-10lgKG—RSTsatCJ=WS~^B0^I+um對(duì)于SCPC方式以為每一條通路的C/T值是相等的均為-10lgn=\ws]-Ibo]i+^Gr-10lgn=-72-10+(-11.6)-37-10lg320=-155.6dBW/kU「C-=Eirp]-Bo]-L〕+G一RTSS 0 PDDTD下行線路。每一載波的C/T值-10lgn=29-4-196.7+30-25=-166.7dBW/K對(duì)于交調(diào)噪聲的信噪比［C/N］,當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器同時(shí)放大的多個(gè)載波，其間隔為4kHz時(shí)，交調(diào)分量在轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶中心處最大，兩側(cè)較小，又考慮到一部分交調(diào)分量會(huì)落在工作頻率帶之外，因而實(shí)際上會(huì)采用話音激活使交調(diào)失真的影響有所減小，使［C/T］i有所提高，因此「c1 rciLT」ILT廣101gk+10lgB+4若?。跜/N］「16dB，取中頻帶寬等于38kHz得=16-228.6+45.8=16-228.6+45.8+4=-162.8dBW/K「C」一一一=-152.8dBW/KT」IA根據(jù)以上個(gè)C/T值，可以求得=-168.2dBW/KC=-168.2dBW/KTI（2）門限值［C/T］.對(duì)于QPSK調(diào)制，當(dāng)誤碼率P為10-4時(shí)，［E/n］=8.4dB?？紤]到譯碼器的影

e b0響，會(huì)使誤碼率有所增大，因而取[Eb/no]=10.4dB。按傳送一路話音信號(hào)計(jì)算傳送速率R=64kb/s.- =10.4-228.6+48.1=—170.1dBW/KT」th（3）地球站的有效全向輻射功率因?yàn)樾l(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器為多載波工作且每一載波的發(fā)射功率相等，均為^EIR