微波與衛(wèi)星通信第1章

微波與衛(wèi)星通信主要內(nèi)容：介紹無線通信領(lǐng)域的傳輸技術(shù)

(WirelessCommunication)微波通信（MicrowaveCommunication）移動通信（mobilecommunication）衛(wèi)星通信（SatelliteCommunication）第一章：介紹微波通信、移動通信及衛(wèi)星通信的基本概念、特點、系統(tǒng)組成和頻率配置第二章：介紹微波通信、移動通信及衛(wèi)星通信的調(diào)制解調(diào)技術(shù)原理和種類第三章：討論衛(wèi)星通信的多址技術(shù)與信道分配技術(shù)第四章：對三種無線通信中的電波傳播特性進(jìn)行分析第五章：介紹無線通信中常用的編碼和處理技術(shù)的原理及特點第六章：對無線通信中的主要鏈路參數(shù)進(jìn)行介紹第七章：介紹我國及國際上微波與衛(wèi)星通信的現(xiàn)狀及最新技術(shù)發(fā)展第1章微波與衛(wèi)星通信概述微波與衛(wèi)星通信的工作頻率都屬于微波頻率，所以它們既有共同的特點，又各自具有本身的特點，且組成單獨的通信系統(tǒng)。頻段名稱頻率范圍波段名稱波長范圍甚低頻（VLF）3kHz~30kHz萬米波，甚長波10km~100km低頻（LF）30kHz~300kHz千米波，長波1km~10km中頻（MF）300kHz~3000kHz百米波，中波100m~1000m高頻（HF）3MHz~30MHz十米波，短波10m~100m甚高頻（VHF）30MHz~300MHz米波，超短波1m~10m特高頻（UHF）300MHz~3000MHz分米波10cm~100cm超高頻（SHF）3GHz~30GHz厘米波1cm~10cm極高頻（EHF）30GHz~300GHz毫米波1mm~10mm300GHz~3000GHz亞毫米波0.1mm~1mm無線電波的頻段劃分1.1微波與衛(wèi)星通信的基本概念與特點1.2微波通信系統(tǒng)的組成1.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成1.4

移動通信系統(tǒng)的組成（不要求）1.1微波與衛(wèi)星通信的基本概念與特點1.微波與衛(wèi)星通信的概念

微波是指頻率為300MHz至300GHz的電磁波。

微波通信是指用微波頻率作載波攜帶信息，通過無線電波空間進(jìn)行中繼（接力）通信的方式。

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)或反射無線電波，在兩個或多個地球站之間進(jìn)行的通信。衛(wèi)星通信又是宇宙無線電通信形式之一，而宇宙通信是指以宇宙飛行體為對象的無線電通信，它有三種形式：（1）宇宙站與地球站之間的通信；（2）宇宙站之間的通信；（3）通過宇宙站轉(zhuǎn)發(fā)或反射而進(jìn)行的地球站間的通信。宇宙站：人造衛(wèi)星、宇宙飛船視頻資料注意：相距兩個較遠(yuǎn)的地球站同時看到衛(wèi)星時才能進(jìn)行衛(wèi)星通信，才能利用衛(wèi)星進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)無線電微波信號。2.微波通信的特點用于傳輸頻分多路-調(diào)頻制（FDM-FM）基帶信號的系統(tǒng)叫作模擬微波通信系統(tǒng)；用于傳輸數(shù)字基帶信號的系統(tǒng)叫作數(shù)字微波通信系統(tǒng)。分為PDH、SDH兩種體制基本特點：微波、多路、接力“微波”是指微波工作頻段寬，波長在1米(不含1米)到1毫米之間，包括了分米波、厘米波和毫米波三個頻段。“多路”是指微波通信的通信容量大，即微波通信設(shè)備的通頻帶可以做得很寬?！敖恿Α笔悄壳皬V泛使用于視距微波的通信方式。同光線一樣具有波粒二象性呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個特性數(shù)字微波通信除了具有上面所說的微波通信的普遍特點外，還具有數(shù)字通信的特點：（1）抗干擾性強、整個線路噪聲不累積；（2）保密性強，便于加密；（3）器件便于固態(tài)化和集成化，設(shè)備體積小、耗電少；（4）便于組成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）。3.移動無線通信的特點①電波傳播環(huán)境極其惡劣多徑傳播瑞利衰落(信號電平起伏40dB以上)②移動臺受到多種干擾影響和噪聲影響

同頻干擾、鄰道干擾、環(huán)境噪聲③頻譜資源珍貴用戶數(shù)急劇增加④組網(wǎng)技術(shù)復(fù)雜越區(qū)切換、跟蹤交換4.衛(wèi)星通信的特點（1）靜止衛(wèi)星通信的優(yōu)點①通信距離遠(yuǎn)且費用與通信距離無關(guān)

18000km左右，與地貌無關(guān)②覆蓋面積大，可進(jìn)行多址通信（三星）③通信頻帶寬，傳輸容量大④信號傳輸質(zhì)量高，通信線路穩(wěn)定可靠⑤建立通信電路靈活、機動性好（2）靜止衛(wèi)星通信的缺點①靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制技術(shù)比較復(fù)雜。②地球的兩極地區(qū)為通信盲區(qū)，而且地球的高緯度地區(qū)通信效果不好。③存在星蝕和日凌中斷現(xiàn)象。④有較大的信號傳輸時延和回波干擾。①每年春分、秋分時②地球、衛(wèi)星、太陽在同一直線上5.微波通信的頻率配置

基本原則：①在一個中間站，一個單向波道的收信和發(fā)信必須使用不同頻率且有足夠大的間隔②多波道同時工作時，相鄰波道頻率間必須有足夠的間隔③整個工作頻譜安排必須緊湊，使頻段得到經(jīng)濟(jì)利用④多波道系統(tǒng)要設(shè)法共用天線，所以選用的頻率配置方案應(yīng)有利于天線共用⑤多波道系統(tǒng)中，為提高頻帶利用率，對一個波道而言，應(yīng)采用二頻制：兩個方向的發(fā)信使用同一射頻頻率，兩個方向的收信使用另外一個射頻頻率！多波道二頻制頻率配置方案問：保護(hù)頻帶為多大？

f1、f1’各為多少？6.移動通信系統(tǒng)的頻率配置

①GSM頻段

我國陸地公用蜂窩數(shù)字移動通信網(wǎng)GSM通信系統(tǒng)采用900MHz頻段：890～915（移動臺發(fā)、基站收）935～960（基站發(fā)、移動臺收）隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，可向1800MHz頻段擴(kuò)展：

1710～1785（移動臺發(fā)、基站收）1805～1880（基站發(fā)、移動臺收）相鄰兩頻道間隔為200kHz，每個頻道采用時分多址接入方式，分為8個時隙，即8個信道。每信道占用帶寬200kHz／8=25kHz。

②CDMA頻段中國聯(lián)通數(shù)字CDMA系統(tǒng)頻率安排如下：825～835（移動臺發(fā)、基站收）870～880（基站發(fā)、移動臺收）其中載頻間隔為1.25MHz③3G頻段第三代移動通信系統(tǒng)(3G)即IMT-2000的主要工作頻段：

頻分雙工(FDD)1920～1980/2110～2170時分雙工(TDD)1880～1920/2010～20257.衛(wèi)星通信的頻率配置大氣層中對流層中的氧和水蒸氣對電波有吸收作用，雨、霧和雪也會對電波產(chǎn)生吸收和散射損耗，研究發(fā)現(xiàn)在0.3GHz～10GHz頻段，大氣吸收損耗最小，稱為“無線電窗口”。

“半透明無線電窗口”：30GHz附近目前大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)選擇了如下頻段：（1）UHF（超高頻）頻段——400/200MHz；（2）微波L頻段——1.6/1.5GHz;（3）微波C頻段——6.0/4.0GHz;(民用、商用)（4）微波X頻段——8.0/7.0GHz;(軍用、政府用)（5）微波Ku頻段——14.0/12.0GHz和14.0/11.0GHz;（6）微波Ka頻段——30/20GHz。隨著通信業(yè)務(wù)的迅速增長，人們正在探索應(yīng)用更高頻段的可能性。1971年的世界無線電行政會議已確定將宇宙通信的頻段擴(kuò)展到275GHz。1.2微波通信系統(tǒng)的組成1.2.1系統(tǒng)組成一條微波中繼信道是由終端站、中間站和再生中繼站及電波空間組成，如圖所示。★終端站的任務(wù)是將復(fù)用設(shè)備送來的各類基帶信號調(diào)制到微波頻率上并發(fā)射出去，或者反之?！镏欣^站的任務(wù)是完成微波信號的轉(zhuǎn)發(fā)和分路，分為中間站（不能上、下話路）、分路站和樞紐站（能上、下話路）。示意圖1.2.2微波收發(fā)信設(shè)備的組成1.發(fā)信設(shè)備的組成★直接調(diào)制式發(fā)信機（使用微波調(diào)相器）

——中小容量的數(shù)字微波（480路以下）設(shè)備★變頻式發(fā)信機以一種典型的變頻式發(fā)信機為例加以說明變頻式發(fā)信機方框圖取出信號的一個邊帶服務(wù)于公眾或某些特殊用途的信號本振淺調(diào)頻發(fā)信混頻：將中頻信號從頻譜搬移到微波頻段。使輸出維持在額定電平混頻器(變頻器)：將信號頻率由一個量值變換為另一個量值的器件。cosA×cosB=0.5cos(A+B)+0.5cos(A-B)對應(yīng)于上變頻和下變頻2.發(fā)信設(shè)備的主要性能指標(biāo)（1）工作頻段(1~40GHz)如果通信頻率越高，則：

優(yōu)點—通頻帶、系統(tǒng)容量、天線方向性及增益

缺點—雨霧及水蒸氣對信號的散射、吸收，收信電平下降

干線微波通信：2GHz、4GHz、6GHz頻段

支線、專用網(wǎng)微波通信：7GHz、8GHz、11GHz（2）輸出功率中放

微波功放輸出功放

輸出功率是指發(fā)信機輸出端口處功率的大小。一般為幾十毫瓦到1瓦左右。（3）頻率穩(wěn)定度發(fā)信機的每個工作波道都有一個標(biāo)稱的射頻中心工作頻率，用f0表示。設(shè)實際工作頻率與標(biāo)稱工作頻率偏差為△f，則頻率穩(wěn)定度為:對于PSK調(diào)制方式，要求頻率穩(wěn)定度為：1×10-5～5×10-6對于變頻調(diào)制方式：注意本振淺調(diào)頻的影響3.收信設(shè)備的組成數(shù)字微波的收信設(shè)備和解調(diào)設(shè)備組成了收信系統(tǒng)（注：這里的收信設(shè)備只包括射頻、中頻兩個部分）在設(shè)計收信設(shè)備時需要重點考慮的因素：微波傳播中的衰落現(xiàn)象——嚴(yán)重影響通信質(zhì)量！對抗衰落的技術(shù)措施主要從兩個方面考慮：一個方面是對正在準(zhǔn)備建設(shè)的微波電路的考慮，另一個方面是對已建成微波電路的衰落嚴(yán)重的接力段的考慮。分集技術(shù)：通過兩條或兩條以上途徑（例如空間途徑）傳輸同一信息，以減輕衰落影響的一種技術(shù)措施。分集技術(shù)空間分集頻率分集時間分集站址分集角度分集(空間分集分為空間分集發(fā)送和空間分集接收)

空間分集接收——在空間不同的垂直高度上設(shè)置幾副天線，同時接收一個發(fā)射天線的微波信號，然后合成或選擇其中一個強信號。二重空間分集接收超外差式接收機★可有效抑制多徑衰落4.收信設(shè)備的主要性能指標(biāo)（1）工作頻段與發(fā)信機配合工作，前一個微波站的發(fā)信頻率即本收信機同一波道的收信頻率。（2）收信本振的頻率穩(wěn)定度收信機輸出的中頻是收信本振與收信微波混頻的結(jié)果，故對收信本振頻率的穩(wěn)定度有一定的要求。1×10-5～5×10-6（3）噪聲系數(shù)在環(huán)境溫度為標(biāo)準(zhǔn)室溫(17℃)且收信機輸入與輸出匹配的條件下，噪聲系數(shù)為輸入端信噪比與輸出端信噪比的比值：設(shè)收信機增益系數(shù)為：可得收信機輸出噪聲為：收信機自身熱噪聲此時收信機噪聲系數(shù)可改寫為：由上式可看出，收信機噪聲系數(shù)最小值為1(0dB)此為理想情況，即收信機內(nèi)部無熱噪聲。所以說NF是衡量收信機熱噪聲性能的一項指標(biāo)！（4）通頻帶收信機接收的已調(diào)波是一個頻帶信號，即已調(diào)波頻譜（的主要成分）要占有一定的帶寬。

收信機的通頻帶應(yīng)至少大于該帶寬！但不宜過大，會引入更多的噪聲！一般取傳輸碼元速率的1～2倍例傳輸速率為8.448Mbit/s的數(shù)字微波系統(tǒng)，通頻帶一般取13MHz（5）選擇性

對某個波道的收信機而言，要求它只接收本波道的信號，對其它干擾(鄰近波道干擾、鏡像頻率干擾及本波道的收、發(fā)干擾等)有足夠的抑制能力，這就是收信機的選擇性。選擇性用增益—頻率(G-f)特性表征！

要求：通頻帶內(nèi)增益足夠大且G-f特性平坦

通頻帶外衰減越大越好

通帶與阻帶間的過渡區(qū)越窄越好（6）自動增益控制范圍以自由空間傳播條件下的收信電平為基準(zhǔn)，當(dāng)收信電平高于基準(zhǔn)電平時，稱為上衰落；低于基準(zhǔn)電平時，稱為下衰落。當(dāng)收信電平變化時，仍要求收信機額定輸出電平不變，就應(yīng)在收信機的中頻放大器內(nèi)設(shè)置自動增益控制(AGC)電路。例：上衰落為+5dB，下衰落為-40dB則要求AGC控制范圍為45dB1.2.3微波通信的天線饋線系統(tǒng)1.饋線系統(tǒng)

饋線：在無線電發(fā)射機放大器輸出端（或收信機輸入端）和發(fā)射（或接收）天線輸入端（輸出端）之間傳送射頻(RF)能量的線路。同軸電纜型分米波波段(2GHz)波導(dǎo)型厘米波波段(4GHz以上)饋線圓波導(dǎo)饋線矩形波導(dǎo)饋線同軸電纜饋線系統(tǒng)波導(dǎo)饋線系統(tǒng)波導(dǎo)：一種用來約束或引導(dǎo)電磁波的結(jié)構(gòu)分為：空心金屬波導(dǎo)管表面波波導(dǎo)問：比較上面兩個饋線系統(tǒng)的不同？2.天線系統(tǒng)常用微波天線的基本形式有：喇叭天線、拋物面天線、喇叭拋物面天線及潛望鏡天線等。微波天線的主要技術(shù)指標(biāo)有以下幾個方面：（1）天線增益定義：在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。

定量地描述了一個天線把輸入功率集中輻射的程度。例：為在一定的距離上的某點處產(chǎn)生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點源作為發(fā)射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為G=13dB=20的某定向天線作為發(fā)射天線時，輸入功率只需100/20=5W。微波通信中使用的面式天線，其增益可用下式表示：式中，A——天線的口面面積λ——波長ηA——口面利用系數(shù)，0.4～0.6例：工作頻率為4GHz，距離為50km的微波線路，常用直徑為3.2m～4m的天線，其增益為40dB左右(2)對主瓣寬度的要求主瓣寬度——衡量天線功率輻射是否集中的參量，主瓣寬度越小，方向圖越尖銳，表示天線輻射越集中。

注意！不要認(rèn)為主瓣寬度越小越好？（天氣因素）一般取為1°～2°左右主瓣中輻射功率為最大值一半時兩個矢徑間的夾角稱為主瓣寬度（3）天線與饋線應(yīng)匹配良好在整個工作頻段內(nèi)，要求天線與饋線應(yīng)匹配連接，否則將造成反射，進(jìn)而造成線路噪聲。（4）交叉極化去耦

在采用雙極化的微波天線中，由于天線本身結(jié)構(gòu)的不均勻性及不對稱，不同極化波（即垂直極化波和水平極化波）可在天線中互相耦合，互為干擾，分別成為與之正交的主極化波的寄生波。

設(shè)此寄生波功率為Px，則交叉極化去耦度為：一般要求交叉極化去耦度不小于30dB主極化波功率（5）天線防衛(wèi)度天線防衛(wèi)度是指天線在最大輻射方向上對從其他方向來的干擾電波的衰耗能力。

在微波線路中，由于采用二頻制，因此在同一微波站中，兩個方向的接收機工作在同一頻率，存在諸多耦合現(xiàn)象，如圖所示：天線防衛(wèi)度圖解①前對背耦合②邊對邊耦合③背對背耦合①①②③★反向防衛(wèi)度指天線去除前對背耦合的能力，定義為天線在最大輻射方向上的增益系數(shù)G0與反方向增益系數(shù)G反的比值?！镞厡吶ヱ钪柑炀€去除邊對邊耦合的能力★背對背去耦指天線去除背對背耦合的能力3.卡塞格倫天線卡塞格倫天線是一種具有雙反射器的拋物面天線，其外形簡圖如下：工作原理預(yù)備知識拋物線的光學(xué)性質(zhì)：經(jīng)焦點的光線經(jīng)拋物線反射后的光線平行于拋物線的對稱軸。雙曲線的光學(xué)性質(zhì)：從雙曲線一個焦點發(fā)出的光，經(jīng)過雙曲線反射后，反射光線的反向延長線都匯聚到雙曲線的另一個焦點上當(dāng)輻射器位于雙曲面的實焦點F1處時，由F1發(fā)出的射線經(jīng)過雙曲面反射后的射線就相當(dāng)于由雙曲面的虛焦點直接發(fā)射出的射線。因此只要是雙曲面的虛焦點與拋物面的焦點相重合就可使副反射面反射到主反射面上的射線被拋物面反射成平面波輻射出去。工作原理工作原理圖與拋物面天線不同，稱為后饋式（拋物面）（雙曲面）后饋式天線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：傳統(tǒng)的主焦點鍋，饋源在焦點上，它在拋物面反射面前，所以要不就需要有低損耗饋線，要不就有一部分設(shè)備處在饋源附近。后者對接收系統(tǒng)是合理的，因為低噪聲放大器相當(dāng)緊湊，但高功率的發(fā)射機往往是又大又重的。卡塞格倫天線和類似的多反射面天線，讓饋源放置在一個更方便的點上，接近頂點（拋物面反射面的中心），饋線可以通過鍋的中心。但是，進(jìn)一步的分析表明，這種優(yōu)勢不僅僅是方便一點，真正的好處是次反射面可以用來重塑對反射面的輻照而達(dá)到更好的性能，即重塑輻照。——摘自保羅韋德《多反射鍋形天線》1.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成1.3.1系統(tǒng)構(gòu)成1.靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述衛(wèi)星通信的工作頻段與微波通信相同。下圖是衛(wèi)星通信的示意圖：衛(wèi)星通信示意圖中繼轉(zhuǎn)發(fā)信號實現(xiàn)地面站之間的通信靜止衛(wèi)星是指衛(wèi)星的運行軌道在赤道平面內(nèi)。軌道離地面高度約為35800km（為簡單起見，經(jīng)常稱36000km）。下圖所示為靜止衛(wèi)星配置的幾何關(guān)系示意圖。靜止衛(wèi)星的配置赤道長度約四萬km不同的兩個衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域之間的通信（兩跳）目前國際衛(wèi)星通信組織負(fù)責(zé)建立的國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)（INTELSAT），簡稱IS，就是利用靜止衛(wèi)星來實現(xiàn)全球通信的。三顆同步衛(wèi)星分別位于太平洋、印度洋和大西洋上空，它們構(gòu)成的全球通信網(wǎng)承擔(dān)著大約80%的國際通信業(yè)務(wù)和全部國際電視轉(zhuǎn)播業(yè)務(wù)，如圖所示：國際通信衛(wèi)星公司：INTELSAT、PONAMSAT、LORALINTELSAT：共有18顆衛(wèi)星，最新為Intelsat9系列衛(wèi)星衛(wèi)星通信示意圖處于衛(wèi)星重疊區(qū)實現(xiàn)全球通信我國衛(wèi)星通信系統(tǒng)現(xiàn)狀中國衛(wèi)通☆

中星5A(中衛(wèi)1號)☆

中星5B(鑫諾1號)☆

中星5C(鑫諾3號)★

鑫諾2號視頻資料2.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成

（1）衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成通常衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由地球站、通信衛(wèi)星、跟蹤遙測及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)4大部分組成的，如圖所示：衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成對衛(wèi)星上的運行數(shù)據(jù)及指標(biāo)進(jìn)行跟蹤測量，并對衛(wèi)星在軌道上的姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)視與控制在通信業(yè)務(wù)開通前和開通后對衛(wèi)星通信的性能及參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和管理（2）衛(wèi)星通信線路的組成兩個地球站通過通信衛(wèi)星進(jìn)行通信的衛(wèi)星通信線路的組成如圖所示，由發(fā)端地球站，上、下行無線傳輸路徑和收端地球站組成。衛(wèi)星通信線路的組成多路復(fù)用基帶信號調(diào)制：中頻70M微波頻率頻帶信號衰減噪聲抑噪放大頻率轉(zhuǎn)換：f1→f2降低功率放大解調(diào)：中頻70M基帶信號信號分路1.3.2

地球站的組成及其工作原理1.對地球站的技術(shù)要求一般來說，對地球站應(yīng)有以下幾方面的要求：①發(fā)送的信號應(yīng)是寬頻帶、穩(wěn)定、大功率的信號，能接收由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)來的微弱信號②可以傳輸多路電話、電報、傳真，以及高速數(shù)據(jù)、電視等多種業(yè)務(wù)的信號③性能穩(wěn)定、可靠，維護(hù)、使用方便④建設(shè)成本和維護(hù)費用不應(yīng)太高標(biāo)準(zhǔn)地球站的性能指標(biāo)(最低性能要求)：（1）品質(zhì)因數(shù)（G/T）地球站接收天線的增益G與地球站接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度T的比值，它表征了地球站對微弱信號的接收能力，稱為地球站的品質(zhì)因數(shù)。例：INTELSAT衛(wèi)星系統(tǒng)A型站——B型站——（2）有效輻射功率及其穩(wěn)定度為了保證所傳送信號的質(zhì)量，要求地球站的發(fā)射機能夠發(fā)射較大的功率，一般為幾百瓦～十幾千瓦，而且要求所發(fā)射的射頻信號功率非常穩(wěn)定。（3）射頻頻率的穩(wěn)定度地球站所發(fā)射的射頻信號的頻率必須很穩(wěn)定，如有較大漂移則會在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中產(chǎn)生交調(diào)噪聲。當(dāng)兩個以上不同頻率信號作用于一非線性電路時，將互相調(diào)制，產(chǎn)生新頻率信號輸出，如果該頻率正好落在接收機工作信道帶寬內(nèi)，則構(gòu)成對該接收機的干擾，稱這種干擾為交調(diào)噪聲（4）射頻能量的擴(kuò)散（5）干擾波輻射的限制2.地球站的組成國際通信衛(wèi)星頻分多址方式A型標(biāo)準(zhǔn)地球站天線分系統(tǒng)電源分系統(tǒng)發(fā)射機分系統(tǒng)接收機分系統(tǒng)通信控制分系統(tǒng)信道終端設(shè)備分系統(tǒng)電話信號電視信號例：電視信號(分為兩個通道傳輸)圖像信號——變頻、放大后送往天線伴音信號——利用多路電話的通道進(jìn)行傳送（占用三個話路）下面對分系統(tǒng)分別進(jìn)行介紹◆發(fā)射機分系統(tǒng)（1）組成和要求①發(fā)射的功率大②頻帶寬，從而保證通信容量以及發(fā)射多個載波所需的帶寬③射頻的頻率穩(wěn)定度高④放大器的線性好⑤增益穩(wěn)定，對發(fā)射地球站的有效全向輻射功率要求保持在額定值的±0.5dB以內(nèi)，以保證接收地球站的性能指標(biāo)對地球站發(fā)射機分系統(tǒng)的主要要求：（2）上變頻器和本機振蕩器發(fā)射機分系統(tǒng)中的上變頻器一般采用參量變頻器，特點是噪聲小而且有一定的增益。無論是上變頻器或接收機分系統(tǒng)中的下變頻器，都要有本機振蕩器。一般采用晶振倍頻鎖相振蕩源。ff0uduc壓控振蕩器控制電壓，直流f1◆接收機分系統(tǒng)（1）組成與要求由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的發(fā)射功率較小，只有幾瓦至幾十瓦，而且天線的增益也不高，經(jīng)200dB左右的下行線路損耗之后，到達(dá)地球站的信號極微弱。所以要求接收機必須為低噪聲系統(tǒng)?、僭肼暅囟鹊?，接收機分系統(tǒng)的噪聲溫度很低，一般只有幾十開爾文（K）②工作頻帶寬，一般要求具有500MHz的帶寬

③增益穩(wěn)定對接收機分系統(tǒng)的具體要求：噪聲溫度：表示噪聲源(射電源、接收機系統(tǒng)或其他有源多端網(wǎng)絡(luò))所發(fā)出的噪聲功率的量度。它等于一個電阻在與這個噪聲源相同的帶寬內(nèi)，給出相同的功率時，所具有的絕對溫度。（2）低噪聲放大器

在微波頻段使用的低噪聲放大器主要是低噪聲晶體管放大器、場效應(yīng)管放大器和參量放大器等。（3）下變頻器

經(jīng)低噪聲放大器放大的微波信號，要送到下變頻器變換成中頻70MHz，再經(jīng)過中頻放大后送到解調(diào)器?！粜诺澜K端設(shè)備分系統(tǒng)分為上行和下行兩個部分：（1）上行部分(含電話、電視兩個通道）①預(yù)加重技術(shù)當(dāng)解調(diào)器對多路電話信號的調(diào)頻波解調(diào)時，噪聲同時進(jìn)入解調(diào)器，使解調(diào)后輸出的話路信噪比降低。并且解調(diào)器自身的噪聲功率譜密度n0為拋物線分布，造成輸出的各路話路信噪比不一致，如圖所示：解調(diào)器自身噪聲功率譜解決方法：在發(fā)端調(diào)制器之前接一個預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)，將高端信號幅度提高，而使低端信號幅度適當(dāng)降低。從而使頻帶內(nèi)各處的信噪比變得均勻。在接收信號時再進(jìn)行相反處理，即去加重以恢復(fù)原來的信號。②加權(quán)技術(shù)

由于人們聽覺的頻率特性是不平坦的，一般對1000Hz左右的噪聲感覺最靈敏，對3000～4000Hz以上或200～300Hz以下的噪聲感覺遲鈍，即實際感受的噪聲較小。因此在測量話路的噪聲時，為考慮受話人實際感受的噪聲狀況，需要接入加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，用來表示人們的主觀評定，成為下圖所示的形狀：加權(quán)電路特性③對載波信號進(jìn)行能量擴(kuò)散的處理

由于放大器具有非線性特性而產(chǎn)生交調(diào)干擾噪聲。所以需外加一個信號對載波能量進(jìn)行擴(kuò)散（對載波進(jìn)行調(diào)制）。由實驗得知，外加的信號用20～150Hz的三角波較為合適，如圖所示：④導(dǎo)頻信號

在衛(wèi)星通信線路信號傳輸?shù)倪^程中，有時因某種原因會發(fā)生所傳送的信號太小甚至中斷的現(xiàn)象。

為判斷衛(wèi)星通信線路工作是否正常，在發(fā)送端的基帶信號中加入一個60kHz的正弦波，該信號即導(dǎo)頻信號。接收端可根據(jù)導(dǎo)頻信號的大小判斷衛(wèi)星通信線路工作是否正常?。ɡ寒?dāng)導(dǎo)頻信號電平低于某個數(shù)值時即產(chǎn)生報警信號）(2)下行部分

信道終端設(shè)備下行部分的任務(wù)是把從低噪聲接收機送來的70MHz信號，經(jīng)過中放、解調(diào)和基帶處理后，輸出基帶信號，然后再送到終端接口設(shè)備，把基帶信號進(jìn)行分解?！敉ㄐ趴刂品窒到y(tǒng)地球站相當(dāng)復(fù)雜和龐大，為了保證各部分正常工作，必須在站內(nèi)集中監(jiān)視、控制和測試?！綦娫捶窒到y(tǒng)地球站電源分系統(tǒng)供應(yīng)站內(nèi)全部設(shè)備所需用的電能，關(guān)系到通信的質(zhì)量及設(shè)備的可靠性。當(dāng)利用公用交流市電來對地球站供電時，通過電力傳輸線路，必然會同時引進(jìn)許多雜波干擾，而且公用交流市電也會出現(xiàn)波動。1.3.3靜止衛(wèi)星的運行軌道與觀察參數(shù)1.靜止衛(wèi)星的發(fā)射運載火箭（單級速度為2.5km/s）衛(wèi)星的初始速度大于8km/s火箭采用具有捆綁技術(shù)的三級結(jié)構(gòu)目前只有美國、俄羅斯、法國、中國等國家具備該項技術(shù)

世界上主要的運載火箭系列：大力神(Titan)系列運載火箭：美國大力神運載火箭系列由大力神-2洲際導(dǎo)彈發(fā)展而來，1964年首次發(fā)射。該系列由大力神-2、大力神-3、大力神-34、大力神-4和商用大力神-3等型號和子系列組成。它的最大近地軌道運載能力為21.9t，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力為5.3t。德爾塔(Delta)系列運載火箭：美國德爾塔系列運載火箭于1960年5月13日首次發(fā)射，迄今為止已發(fā)展了19種型號。美國空軍的全部GPS衛(wèi)星都是由德爾塔-2發(fā)射的。美國還正在研制具有多種配置的德爾塔-4子系列，其中的重型德爾塔-4的地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力在13t以上。土星-V(Saturn)系列運載火箭：土星-V運載火箭是美國專為阿波羅登月計劃而研制的、迄今為止最大的巨型運載火箭。其起飛重量為3000t，直徑10m，高110m，近地軌道運載能力達(dá)97t，它能把重達(dá)47t的阿波羅飛船送入登月軌道。土星-V曾先后將12名宇航員送上月球。東方號(Vostok)系列運載火箭：俄羅斯東方號系列運載火箭是世界上第一種載人航天運載工具，它創(chuàng)造了多個世界第一：發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星，第一顆月球探測器，第一顆金星探測器，第一顆火星探測器，第一艘載人飛船，第一艘無人載貨飛船進(jìn)步號等。它也是世界上發(fā)射次數(shù)最多的運載火箭系列。能源號(Energia)運載火箭：能源號運載火箭是前蘇聯(lián)/俄羅斯研制的目前世界上起飛質(zhì)量和推力最大的火箭。其近地軌道運載能力為105t，既可發(fā)射大型無人載荷，也可用于發(fā)射載人航天飛機。能源號于1987年首次發(fā)射成功，曾將蘇聯(lián)的暴風(fēng)雪號航天飛機成功地送上天。由于俄羅斯經(jīng)濟(jì)狀態(tài)不佳就再也沒有發(fā)射過。我國的長征運載火箭系列：我國自1956年開始展開現(xiàn)代火箭的研制工作。1964年6月29日，中國自行設(shè)計研制的中程火箭試飛成功之后，即著手研制多級火箭，向空間技術(shù)進(jìn)軍。經(jīng)過了五年的艱苦努力，1970年4月24日“長征一號”運載火箭誕生，首次發(fā)射“東方紅一號”衛(wèi)星成功。中國航天技術(shù)邁出了重要的一步。“長征”系列火箭已經(jīng)走向世界，享譽全球，在國際發(fā)射市場占有重要一席。截至2014年12月31日將風(fēng)云二號08星成功送入軌道后，我國航天器運載工具——長征系列運載火箭完成203次發(fā)射。長征一號系列：長征一號運載火箭于1965年開始研制，包括長征一號運載火箭和長征一號丁運載火箭兩個型號，是一種三級火箭，主要用于發(fā)射近地軌道小型有效載荷。火箭全長29.86米，最大直徑2.25米，起飛重量81.6噸,起飛推力112噸，能把300千克重的衛(wèi)星送入440公里高的近地軌道。1970年4月24日,長征1號運載火箭成功地將“東方紅一號”衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，奠定了長征系列火箭發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)射成功率為100%。長征二號系列：長征二號目前是中國最大的運載火箭家族，擁有“長征二號”、“長征二號丙”、“長征二號丁”、“長征二號捆（E）”、“長征二號F”等型號，承擔(dān)近地軌道發(fā)射任務(wù)?！伴L征2號”火箭是一種兩級火箭,全長31.17米，最大直徑3.35米，起飛重量190噸，能把1.8噸的衛(wèi)星送入距地面數(shù)百公里的橢圓形軌道。長征二號火箭共進(jìn)行了4次發(fā)射，除首次發(fā)射失敗外，另外三次均圓滿成功。長征三號系列：“長征三號”系列運載火箭是我國承擔(dān)高軌道發(fā)射任務(wù)的三級運載火箭。長征三號甲運載火箭是長征三號系列火箭的基礎(chǔ)型號，主要發(fā)射地球同步轉(zhuǎn)移軌道的有效載荷。其地球同步轉(zhuǎn)移軌道的運載能力為2.6噸。自1994年2月8日首次發(fā)射成功以來，至今發(fā)射成功率為100%。被授予“金牌火箭”稱號。“長征三號乙”火箭是三級大型液體捆綁式運載火箭。主要發(fā)射地球同步轉(zhuǎn)移軌道的重型衛(wèi)星。其地球同步轉(zhuǎn)移軌道的運載能力為5.1噸。由長征三號火箭運載的嫦娥三號探測器于2013年12月14日21時許成功落月，至此我國成為世界第三個有能力自主將探測器送入地外天體的國家。長征四號系列：“長征四號”前身為上海航天局“風(fēng)暴一號”火箭，“長征四號”主要承擔(dān)太陽同步軌道和極軌道的發(fā)射任務(wù)。長征五號系列：長征五號系列運載火箭又稱“大火箭”“冰箭”，是我國在2006年立項研制的一次性大型低溫液體運載火箭。長征五號系列由中國航天科技集團(tuán)公司研制，運載能力將分別達(dá)到地球同步轉(zhuǎn)移軌道13噸，近地軌道23噸。中國未來天宮空間站的建設(shè)、探月三期工程及其它深空探測的實施都將使用該火箭系列?；拘烷L征五號預(yù)計于2016年年底在中國海南航天發(fā)射場首飛。發(fā)射衛(wèi)星的三級火箭示意圖2.發(fā)射過程一顆靜止衛(wèi)星的發(fā)射過程如圖所示，全部過程大體可分為如下四個階段：初始軌道轉(zhuǎn)移軌道漂移軌道靜止軌道（1）進(jìn)入初始軌道點燃三級火箭的一、二級火箭，把衛(wèi)星送到初始軌道（離地球表面為幾百公里的與赤道平面有一定夾角的傾斜圓形軌道）。（2）進(jìn)入轉(zhuǎn)移軌道

衛(wèi)星在初始軌道上經(jīng)過測試后，在飛經(jīng)赤道上空時第三級火箭點火，使衛(wèi)星沿飛行方向加速，進(jìn)入大橢圓軌道，即轉(zhuǎn)移軌道（軌道的近地點高度與入軌點相同，遠(yuǎn)地點高度為35800千米，而且都位于赤道上空），并進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整。（3）進(jìn)入漂移軌道衛(wèi)星運行到轉(zhuǎn)移軌道遠(yuǎn)地點時，航天測控站發(fā)出遙控指令使衛(wèi)星發(fā)動機點火，向衛(wèi)星施加具有特定方向和大小的推力，改變衛(wèi)星飛行的方向和速度，使其進(jìn)入漂移軌道。（與靜止軌道十分接近）（4）進(jìn)入靜止軌道衛(wèi)星在漂移軌道上運行時，離靜止衛(wèi)星定點位置是很近。利用衛(wèi)星上的小推進(jìn)噴嘴進(jìn)行位置誤差修正，使衛(wèi)星精確定點于靜止軌道上的預(yù)定位置。靜止衛(wèi)星發(fā)射過程中應(yīng)該注意的問題：①發(fā)射場的選擇因為靜止衛(wèi)星位于赤道上空，所以它的發(fā)射場越靠近赤道越好，以便節(jié)省發(fā)射衛(wèi)星所消耗的能量。

例如在我國，靜止衛(wèi)星都是在西昌發(fā)射中心發(fā)射而不在太原或酒泉發(fā)射中心發(fā)射，法國的衛(wèi)星發(fā)射場建在赤道附近的法屬圭亞那而不在法國本土。②發(fā)射時機的選擇可以為全年的任何一天。但每天發(fā)射的具體時間應(yīng)根據(jù)發(fā)射場的地理位置，發(fā)射日期及太陽、地球、衛(wèi)星三者的相對位置才能確定最有利的發(fā)射時機，稱為“發(fā)射窗口”。

每天一般有兩次發(fā)射窗口，每次約30分至2小時。3.通信衛(wèi)星的姿態(tài)控制衛(wèi)星上裝有通信用的定向天線，要求定向天線的波束應(yīng)指向地球中心或某覆蓋區(qū)的中心。（1）角度慣性控制角度慣性控制也叫自旋穩(wěn)定法，是早期靜止衛(wèi)星常用的姿態(tài)控制方法。衛(wèi)星在自旋的過程中應(yīng)保證衛(wèi)星天線指向不變，所以把天線安裝在一個特殊的平臺，即消旋平臺（與衛(wèi)星等速但反向旋轉(zhuǎn)?。?）三軸穩(wěn)定法

三軸穩(wěn)定法是指衛(wèi)星的姿態(tài)是由穩(wěn)定穿過衛(wèi)星重心的三個軸來保證。三個軸分別位于衛(wèi)星軌道的切線、法線和軌道平面的垂線等三個方向上，分別對應(yīng)叫做滾動軸、俯仰軸和偏航軸，如圖所示：

三軸采用噴氣、慣性飛輪或電機等來直接控制每個軸保持穩(wěn)定軌道切線軌道法線軌道面垂線4.靜止衛(wèi)星的觀察參數(shù)在地球站的調(diào)測、開通和使用過程中，需要知道地球站天線工作時的方位角Φa(以正北方向為基準(zhǔn))和仰角Φe。此外，為了計算自由空間的傳播損耗，還必須知道地球站與衛(wèi)星之間的距離——站星距。下圖給出了靜止衛(wèi)星S與地球站A的幾何關(guān)系。1地球站（經(jīng)度,緯度）靜止衛(wèi)星靜止衛(wèi)星星下點（經(jīng)度,緯度）地心設(shè)兩點經(jīng)度差為：緯度差為：如圖所示方位角（以正南為基準(zhǔn)）仰角如以正北為基準(zhǔn)，方位角Φ為：①若地球站位于北半球時②若地球站位于南半球時【例1-1】“亞太一號”衛(wèi)星的星下點s′的經(jīng)度為φ2=138.00E(東經(jīng))，北京地球站的參數(shù)為φ1=116.45E,θ1=39.92°，求北京地球站的仰角、方位角和站星距。解：由已知條件得知：θ1=39.92°，經(jīng)度差φ=φ2－φ1=138.00－116.45=21.55°代入公式得仰角由于衛(wèi)星位于地球站的東側(cè)，所以實際方位角為5.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類（1）按衛(wèi)星的覆蓋范圍分：國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)國內(nèi)衛(wèi)星通信系統(tǒng)區(qū)域衛(wèi)星通信系統(tǒng)（2）按用戶的性質(zhì)分：公用衛(wèi)星通信系統(tǒng)專用衛(wèi)星通信系統(tǒng)軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)（3）按衛(wèi)星的制式分：靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)非靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)（衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)一周不等于24小時）

（4）按衛(wèi)星的離地高度分：低高度衛(wèi)星(小于5千公里,2～4小時)中高度衛(wèi)星(5千公里～2萬公里,4～12小時)高高度衛(wèi)星(大于2萬公里,大于12小時)1.3.4通信衛(wèi)星的組成及其工作原理通信衛(wèi)星由通信分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)、遙測與指令分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)、溫控分系統(tǒng)和天線分系統(tǒng)6個部分組成。通信衛(wèi)星的組成1.通信分系統(tǒng)——即信號轉(zhuǎn)發(fā)器（1）單變頻轉(zhuǎn)發(fā)器

單變頻轉(zhuǎn)發(fā)器是目前用得較多的轉(zhuǎn)發(fā)器，如圖（a）所示。（2）雙變頻轉(zhuǎn)發(fā)器雙變頻轉(zhuǎn)發(fā)器如圖（b）所示。（3）處理轉(zhuǎn)發(fā)器處理轉(zhuǎn)發(fā)器除了轉(zhuǎn)發(fā)信號外，主要還具有處理信號的功能。它的組成方框圖如圖（c）所示。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成的方框圖f1微波頻段f2微波頻段f1微波頻段中頻信號中頻信號f2微波頻段f1微波頻段低頻頻帶信號基帶信號f2微波頻段衛(wèi)星上的信號處理包括三種類型：①對數(shù)字信號進(jìn)行判決和再生，使噪聲不積累②在多個衛(wèi)星天線波束之間進(jìn)行信號交換與處理③為了某種特殊應(yīng)用而對信號進(jìn)行更復(fù)雜的變換2.控制分系統(tǒng)控制分系統(tǒng)由各種可控的調(diào)整裝置，如各種噴氣推進(jìn)器、各種驅(qū)動裝置和各種轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成。是遙測指令分系統(tǒng)指令的執(zhí)行機構(gòu)！3.遙測指令分系統(tǒng)地球上的控制站需要經(jīng)常不斷地了解衛(wèi)星內(nèi)部設(shè)備的工作情況，此時可以通過遙測指令信號控制衛(wèi)星上設(shè)備產(chǎn)生一定的動作。分為兩個部分：（1）遙測部分用來了解衛(wèi)星上各種設(shè)備的情況，例如表示某些部件的電流、電壓和溫度等信號，傳感器的信息等。這些數(shù)據(jù)需送往地面監(jiān)控中心。（2）遙控指令部分根據(jù)遙測數(shù)據(jù)由監(jiān)控中心發(fā)出遙控指令，對這些指令進(jìn)行處理和執(zhí)行的部分。

指令信號由“準(zhǔn)備”、“指令”和“執(zhí)行”三個階段信號組成。4.電源分系統(tǒng)衛(wèi)星上的電源除要求體積小、重量輕、效率高和可靠性之外，還要求電源能在長時間內(nèi)保持足夠的輸出。（1）太陽能電