卫星通信习题解答03
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
▐ swjtusatcom@ (收作业的邮箱) ▐ swjtuwxtx@(发作业的邮箱) ▐ 密码 swjtusatcom ▐ 20号之前交齐 ▐ 18782274982
重要公式
▐ 自由空间传播损耗： ▐ 天线增益： ▐ 等效全向辐射功率: ▐ 噪声温度：
Lf (dB) 92.44 20lg d(km) 20lg f (GHz)
▐ R提高8倍，使所需的EIRP提高9.03dB PTT 57.54 46 11.54
▐ 4.10 若CDMA系统的处理增益为255，要求接入系统的每条信道的信噪比为 9dB。假定系统的高斯噪声干扰可以忽略，最大允许的接入信道数是多少？若 高斯噪声干扰电平与系统（接入信道数最大时）的多址干扰电平相同，此时允 许接入系统的最大信道数又是多少？
▐ 求C/N（热噪声）(dB)
C N
Pr
N
144.6 159.6 15dB
▐ 3.4 某地球站使用5m的天线，工作频率为12GHz，天线噪声温度为100K，接 收机前端噪声温度为120K，试计算G/T值（天线与接收机之间的馈线损耗忽 略）。
T Tt Tr 220(K )
G
4 A 2
[ D]2
EIRP
=
C N
G T
LOSS
K
B
22 31 200 228.6 75.6
38dBW 6.3kW
▐ 3.14 Iridium卫星系统链路预算（卫星轨道高度785km）
▐ 1)用户链路，下行 频率为1600MHz；载波带宽为31.5KHz；发射天线增益为 23.1dBi；EIRP/载波为24.5dBW;衰落余量为-15.7dB；接收天线增益为1dB； 噪声温度为24dBK；转发器带宽为45dBHz。
G 4 A [ D]2 10lg(4 A)(dBi)
2
2
EIPR P(dBW ) G(dB)
0.5
70
D
NF 10 lg(1 Te 290)
Rb
C n0
Eb n0
Rb
mBIF 1
链路传输工程
▐ 3.3 计算频率分别为6GHz和12GHz 时，口径3m的抛物面天线的增益。
▐ 当频率为6GHz时
▐ 4.3 卫星网上行链路接入采用FDMA，且每个地球站以2.048Mb/s的E1速率发 送。试计算：
▐ （1）为了在卫星上达到[Eb/n0]=14dB，要求上行链路载噪比[C/n0]；
▐ （ 2 ） 为 了 达 到 所 需 的 [C/n0] ， 地 球 站 的 EIRP 应 为 多 少 ？ 假 定 卫 星 的 [G/T]=8dB/K,上行链路损耗为210dB。
▐ 若帧周期为2ms，语音信道的比特速率为64kb/s,计算可承载的等效语音信道数。
一帧内：1个参考突发，8个业务突发
一帧内开销比特： 560（参考突发）+9120（9个保护时隙）+8560（8个报头） = 6120bit 效率=（40800−6120）/40800=0.85；
▐ 承载的信息速率:（40800−6120）/0.002=17.34Mb/s
▐ 3.18 某LEO卫星采用多波束天线，每波束（对覆盖中心的）增益为18dBi。卫 星下行链路工作在2.5GHz的频率，发射功率为0.5W。地面终端位于波束的覆 盖边缘（接收功率较中心区低3dB），距卫星2000Km。若地面终端天线增益 为1dBi，试计算接收信号功率为多少？若地面终端的噪声温度为260K,信道带 宽为20KHz，试计算接收端载噪比C/N。
▐ 链路传输损耗 L=92.44+20lg2000+20lg2.5=166.4dB
▐ 地球站接收载波功率 C=10lg0.5+(18–3)+1–166.4= –153.4dBW
▐ 地球站噪声功率 N= –228.6+10lg260+10lg20K= –161.5dBW
▐ 载噪比 C/N=8.1dB
多址技术
▐ 3.9 天线噪声温度为35K，与之匹配的接收机器噪声温度为100K。计算：1)噪 声功率密度；2)带宽为36MHz的噪声功率。
n0 K T1 T2 1.381023 35 100 1.861021W / Hz
PN n0 f 1.86 1021 36 106 0.067 pW
▐ 3.10 LNA与一个接收机相联，接收机的噪声系数为12dB，LNA增益为40dB， 噪声温度为120K 计算LNA输入的全噪声温度。（环境噪声温度为290K）
G
42A
[ D]2
10
lg(
4 A 2
)(dBi)
带入数据可得：不同频率时对应的增益分别为30.9dBi； 39.4dBi； 48.9dBi
0.5
70
D
2
G
4 A 2
[ D]2
10
lg(
4 A 2
)(dBi)
可得：G=38.2 dBi 1.5G实现35dBi时，直径为4.8m。
▐ 3.13 试进行下列链路电平预算：
▐ 求出自由空间损耗（dB）Lf 92.44 20lg d km 20lg f Hz 92.44 57.9 4.1154.4dB
▐
求接收载波功率（dBW）Pr EIRP Gr Lf 15.7 24.5 154.4 115.7 144.6dBW
▐ 求噪声功率（dBW） N kTB 10lg k 10lgT 10lg B 228.6 24 45 159.6dBW
0.5
0.5
T TA T0 10 10 1 TLNA10 10 171K
T
TA 0.5 10 10
T0 1
1
0.5
10 10
TLNA
153K
▐ 3.8 计算下面的天线参数：
▐ （1）频率为1.5GHz、4GHz和12GHz时，口径为3m的抛物面天线增益。
▐ （2）若天线的半功率波束宽度为20，其增益为多少？假如要在1.5GHz频率实现35dBi的天线增益，该天 线直径应为多少？
▐ 无高斯噪声时，n=32
n Gp Eb I0
▐ 有高斯噪声时，n=16
多址技术
▐ 4.3 卫星转发器带宽为36MHz，饱和EIRP值为27dBW。地面站接收机C/T值为 30dB/K，全部的链路损失为 196dB。 转发器有多个 FDMA载波，每个载波 3MHz带宽。转发器有6dB功率“压缩”（back-off）。计算单载波情况下的下 行链路C/N值，并比较有么有功率“压缩”下该FDMA系统中可以容纳的载波 数。假设可以忽略上行链路噪声和交调噪声，只考虑单载波时的C/N值。
▐ （3）信号门限为6dB，余量为多少？
余量=9.8-6.0=3.8dB
▐ 3.17某C频段（频率为6.10GHz）地球的天线增益为54dBi，发射功率为100W。 卫星接收天线增益为26dBi，与地球站的距离是37500Km。转发器等效噪声温 度为500K，带宽为36MHz，增益为110dB。试计算：（1）链路传输损耗（含 2dB附加损耗）；（2）转发器输入噪声损耗；（3）转发器输入C/N；（4）转 发器输出（信号）功率。
102.4
0.006309 0.003981 0.002328
C/N=26.3dB
▐ 3.14 C频段（6.1GHZ）地球站发射天线增益为54dBi，发射机输出功率为 100W。相聚37500km的卫星接受天线增益为26dBi，转发器噪声温度为500K， 带宽为36MHZ，增益为110dB。试计算下列数值：（1）链路损耗；（2）卫星 转发器输出功率，dBW或W；（3）卫星转发器噪声功率，dBw；（4）转发器 输入载噪比C/N。
▐ （1）已知卫星上行和下行链路信噪比分别为18dB和14dB，求全链路总的信噪
比；
N C
1
101.8
1
101.4
0.01585 0.03981
C/N=12.5dB
（2）地球站接收机需要的C/N值为22dB，下行链路的C/N值为24dB，相应的上 行链路C/N值是多少？
N C
1
102.2
1
10lg(42A)(dBi)
G T
G(dB)
10lgT (dB
K)
▐ 带入数据可得该接天线的噪声温度为35K，通过损耗为0.5dB的馈线与LNA相连。LNA的噪声温 度为90K。试计算以下点的系统噪声温度：（1）馈线输入端；（2）LNA输入 端。
▐ 馈线输入端 ▐ LNA输入端
▐ 承载的信道数:17340/64=270.9
▐ 4.5 假定信息数据流的信号频谱成形滚降因子为0.2，并采用QPSK调制。通过 一个36MHz的转发器传输，其最大的比特速率为多少？
Rb
mBIF
1
236 1 0.2
60Mb / s
▐ 4.6 一个14GHz的上行链路，其总的传输损耗为212dB，地球站上行链路天线 增益为46dBi，卫星的[G/T]值为10dB/K，要求的上行链路信噪比[Eb/n0]为12dB。
Rb
C n0
Eb n0
C 77.11dBHz n0
C EIRP G 1 • • EIPR 8 210 228.6
n0 L T K
▐ 可得：EIPR=50.51dBW
▐ 在TDMA网络中，若业务突发的报头和参考（基准）突发都需要560bit，突发之间的保 护间隔等效为120bit，给定一帧内有8个业务突发和一个参考突发，帧的总长度等效为 40800bit，试计算帧效率。
▐ （1）卫星转发器输出的每话路功率； 0.04W/路= -14dBW/路
▐ （2）地球站接收的每路BPSK语音信号的C/N（假定卫星发射的信号是无噪声）；
地球站接收载波功率 C= -14.0-206+30+40= -150dBW
地球站输入端噪声功率 N= -228.6+10lg150+10lg50K= -159.8dBW
• 链路损耗 L=92.44+20lg37500+20lg6.1+2=201.6dB • 噪声功率 N= –228.6+10lg500+10lg36M= –126.0dBW • 转发器输入载波功率 C=10lg100+54+26–201.6= –101.6dBW
载噪比 C/N=24.4dB • 卫星发射功率 110–101.6=8.4dBW或6.9W
(1) 链路损耗 L=92.44+20lg37500+20lg6.1=199.6dB (2)卫星转发器输入功率 C=20+54-199.6+26= –99.6dBW
卫星转发器输出功率 C=110–99.6=10.4dBW=11W (3) N= –228.6+10lg500+10lg36M= –126.0dBW (4) C/N=26.4dB
NF 2 12dB 15.85
A1 40dB 10000
Te2 NF2 1T0 15.85 1290 4306K
Tn
Te1
Te2 A1
120 4306 10000
120.43K
NF2
Tin
A1
A2
Te1
Te2
▐ 3.13 一个卫星电视信号占用了整个36MHz，它必须为接收信号的地面站提供 22dB的C/N值。如果全部的传输损耗为200dB，地面站的G/T值为31dB/K，计 算所需的卫星EIRP值。
▐ 若采用FDMA方式，计算传送一条E1（2.048Mb/s）信号的地球站发射功率为 多少？
EIRP
Eb n0
Rb
T G
Lk
12
63.1110
228.6
212
48.51dBW
P= 48.51−46=2.51dBW（1.78W）
▐ 若采用TDMA方式，下行链路的信息速率为8×2.048Mb/s，上行地球站所需的 发射功率。
▐ 3.15 14.11GHZ卫星通信系统的卫星转发器宽带为54MHZ，（线性工作点的）输出功 率为20W。 卫星对某地 球站的发射 （11GHZ ） 天线增益为 30dBi ，该链路损耗为 206dB（含大气影响在内）。转发器采用FDMA方式支持500个BPSK话路信号的传输 （一个话路/载波），每话路编码后速率为50kb/s，其等效噪声带宽为50kHZ。若地球 天线增益为40dBi，噪声温度为150k。试计算：
▐
G=
4 A 2
10.472 fD2
0.5510.472 632
1.954104
▐ 当频率为12GHz时
▐
G=
4 A 2
10.472
fD2
0.5510.4721232
7.817 104
▐ 3.8 卫星和地面站之间的距离为42000km。计算6GHz时的自由空间损耗。
Lf 92.44 20lg d 20lg f 92.44 20lg 42000 20lg 6 200.47dB
重要公式
▐ 自由空间传播损耗： ▐ 天线增益： ▐ 等效全向辐射功率: ▐ 噪声温度：
Lf (dB) 92.44 20lg d(km) 20lg f (GHz)
▐ R提高8倍，使所需的EIRP提高9.03dB PTT 57.54 46 11.54
▐ 4.10 若CDMA系统的处理增益为255，要求接入系统的每条信道的信噪比为 9dB。假定系统的高斯噪声干扰可以忽略，最大允许的接入信道数是多少？若 高斯噪声干扰电平与系统（接入信道数最大时）的多址干扰电平相同，此时允 许接入系统的最大信道数又是多少？
▐ 求C/N（热噪声）(dB)
C N
Pr
N
144.6 159.6 15dB
▐ 3.4 某地球站使用5m的天线，工作频率为12GHz，天线噪声温度为100K，接 收机前端噪声温度为120K，试计算G/T值（天线与接收机之间的馈线损耗忽 略）。
T Tt Tr 220(K )
G
4 A 2
[ D]2
EIRP
=
C N
G T
LOSS
K
B
22 31 200 228.6 75.6
38dBW 6.3kW
▐ 3.14 Iridium卫星系统链路预算（卫星轨道高度785km）
▐ 1)用户链路，下行 频率为1600MHz；载波带宽为31.5KHz；发射天线增益为 23.1dBi；EIRP/载波为24.5dBW;衰落余量为-15.7dB；接收天线增益为1dB； 噪声温度为24dBK；转发器带宽为45dBHz。
G 4 A [ D]2 10lg(4 A)(dBi)
2
2
EIPR P(dBW ) G(dB)
0.5
70
D
NF 10 lg(1 Te 290)
Rb
C n0
Eb n0
Rb
mBIF 1
链路传输工程
▐ 3.3 计算频率分别为6GHz和12GHz 时，口径3m的抛物面天线的增益。
▐ 当频率为6GHz时
▐ 4.3 卫星网上行链路接入采用FDMA，且每个地球站以2.048Mb/s的E1速率发 送。试计算：
▐ （1）为了在卫星上达到[Eb/n0]=14dB，要求上行链路载噪比[C/n0]；
▐ （ 2 ） 为 了 达 到 所 需 的 [C/n0] ， 地 球 站 的 EIRP 应 为 多 少 ？ 假 定 卫 星 的 [G/T]=8dB/K,上行链路损耗为210dB。
▐ 若帧周期为2ms，语音信道的比特速率为64kb/s,计算可承载的等效语音信道数。
一帧内：1个参考突发，8个业务突发
一帧内开销比特： 560（参考突发）+9120（9个保护时隙）+8560（8个报头） = 6120bit 效率=（40800−6120）/40800=0.85；
▐ 承载的信息速率:（40800−6120）/0.002=17.34Mb/s
▐ 3.18 某LEO卫星采用多波束天线，每波束（对覆盖中心的）增益为18dBi。卫 星下行链路工作在2.5GHz的频率，发射功率为0.5W。地面终端位于波束的覆 盖边缘（接收功率较中心区低3dB），距卫星2000Km。若地面终端天线增益 为1dBi，试计算接收信号功率为多少？若地面终端的噪声温度为260K,信道带 宽为20KHz，试计算接收端载噪比C/N。
▐ 链路传输损耗 L=92.44+20lg2000+20lg2.5=166.4dB
▐ 地球站接收载波功率 C=10lg0.5+(18–3)+1–166.4= –153.4dBW
▐ 地球站噪声功率 N= –228.6+10lg260+10lg20K= –161.5dBW
▐ 载噪比 C/N=8.1dB
多址技术
▐ 3.9 天线噪声温度为35K，与之匹配的接收机器噪声温度为100K。计算：1)噪 声功率密度；2)带宽为36MHz的噪声功率。
n0 K T1 T2 1.381023 35 100 1.861021W / Hz
PN n0 f 1.86 1021 36 106 0.067 pW
▐ 3.10 LNA与一个接收机相联，接收机的噪声系数为12dB，LNA增益为40dB， 噪声温度为120K 计算LNA输入的全噪声温度。（环境噪声温度为290K）
G
42A
[ D]2
10
lg(
4 A 2
)(dBi)
带入数据可得：不同频率时对应的增益分别为30.9dBi； 39.4dBi； 48.9dBi
0.5
70
D
2
G
4 A 2
[ D]2
10
lg(
4 A 2
)(dBi)
可得：G=38.2 dBi 1.5G实现35dBi时，直径为4.8m。
▐ 3.13 试进行下列链路电平预算：
▐ 求出自由空间损耗（dB）Lf 92.44 20lg d km 20lg f Hz 92.44 57.9 4.1154.4dB
▐
求接收载波功率（dBW）Pr EIRP Gr Lf 15.7 24.5 154.4 115.7 144.6dBW
▐ 求噪声功率（dBW） N kTB 10lg k 10lgT 10lg B 228.6 24 45 159.6dBW
0.5
0.5
T TA T0 10 10 1 TLNA10 10 171K
T
TA 0.5 10 10
T0 1
1
0.5
10 10
TLNA
153K
▐ 3.8 计算下面的天线参数：
▐ （1）频率为1.5GHz、4GHz和12GHz时，口径为3m的抛物面天线增益。
▐ （2）若天线的半功率波束宽度为20，其增益为多少？假如要在1.5GHz频率实现35dBi的天线增益，该天 线直径应为多少？
▐ 无高斯噪声时，n=32
n Gp Eb I0
▐ 有高斯噪声时，n=16
多址技术
▐ 4.3 卫星转发器带宽为36MHz，饱和EIRP值为27dBW。地面站接收机C/T值为 30dB/K，全部的链路损失为 196dB。 转发器有多个 FDMA载波，每个载波 3MHz带宽。转发器有6dB功率“压缩”（back-off）。计算单载波情况下的下 行链路C/N值，并比较有么有功率“压缩”下该FDMA系统中可以容纳的载波 数。假设可以忽略上行链路噪声和交调噪声，只考虑单载波时的C/N值。
▐ （3）信号门限为6dB，余量为多少？
余量=9.8-6.0=3.8dB
▐ 3.17某C频段（频率为6.10GHz）地球的天线增益为54dBi，发射功率为100W。 卫星接收天线增益为26dBi，与地球站的距离是37500Km。转发器等效噪声温 度为500K，带宽为36MHz，增益为110dB。试计算：（1）链路传输损耗（含 2dB附加损耗）；（2）转发器输入噪声损耗；（3）转发器输入C/N；（4）转 发器输出（信号）功率。
102.4
0.006309 0.003981 0.002328
C/N=26.3dB
▐ 3.14 C频段（6.1GHZ）地球站发射天线增益为54dBi，发射机输出功率为 100W。相聚37500km的卫星接受天线增益为26dBi，转发器噪声温度为500K， 带宽为36MHZ，增益为110dB。试计算下列数值：（1）链路损耗；（2）卫星 转发器输出功率，dBW或W；（3）卫星转发器噪声功率，dBw；（4）转发器 输入载噪比C/N。
▐ （1）已知卫星上行和下行链路信噪比分别为18dB和14dB，求全链路总的信噪
比；
N C
1
101.8
1
101.4
0.01585 0.03981
C/N=12.5dB
（2）地球站接收机需要的C/N值为22dB，下行链路的C/N值为24dB，相应的上 行链路C/N值是多少？
N C
1
102.2
1
10lg(42A)(dBi)
G T
G(dB)
10lgT (dB
K)
▐ 带入数据可得该接天线的噪声温度为35K，通过损耗为0.5dB的馈线与LNA相连。LNA的噪声温 度为90K。试计算以下点的系统噪声温度：（1）馈线输入端；（2）LNA输入 端。
▐ 馈线输入端 ▐ LNA输入端
▐ 承载的信道数:17340/64=270.9
▐ 4.5 假定信息数据流的信号频谱成形滚降因子为0.2，并采用QPSK调制。通过 一个36MHz的转发器传输，其最大的比特速率为多少？
Rb
mBIF
1
236 1 0.2
60Mb / s
▐ 4.6 一个14GHz的上行链路，其总的传输损耗为212dB，地球站上行链路天线 增益为46dBi，卫星的[G/T]值为10dB/K，要求的上行链路信噪比[Eb/n0]为12dB。
Rb
C n0
Eb n0
C 77.11dBHz n0
C EIRP G 1 • • EIPR 8 210 228.6
n0 L T K
▐ 可得：EIPR=50.51dBW
▐ 在TDMA网络中，若业务突发的报头和参考（基准）突发都需要560bit，突发之间的保 护间隔等效为120bit，给定一帧内有8个业务突发和一个参考突发，帧的总长度等效为 40800bit，试计算帧效率。
▐ （1）卫星转发器输出的每话路功率； 0.04W/路= -14dBW/路
▐ （2）地球站接收的每路BPSK语音信号的C/N（假定卫星发射的信号是无噪声）；
地球站接收载波功率 C= -14.0-206+30+40= -150dBW
地球站输入端噪声功率 N= -228.6+10lg150+10lg50K= -159.8dBW
• 链路损耗 L=92.44+20lg37500+20lg6.1+2=201.6dB • 噪声功率 N= –228.6+10lg500+10lg36M= –126.0dBW • 转发器输入载波功率 C=10lg100+54+26–201.6= –101.6dBW
载噪比 C/N=24.4dB • 卫星发射功率 110–101.6=8.4dBW或6.9W
(1) 链路损耗 L=92.44+20lg37500+20lg6.1=199.6dB (2)卫星转发器输入功率 C=20+54-199.6+26= –99.6dBW
卫星转发器输出功率 C=110–99.6=10.4dBW=11W (3) N= –228.6+10lg500+10lg36M= –126.0dBW (4) C/N=26.4dB
NF 2 12dB 15.85
A1 40dB 10000
Te2 NF2 1T0 15.85 1290 4306K
Tn
Te1
Te2 A1
120 4306 10000
120.43K
NF2
Tin
A1
A2
Te1
Te2
▐ 3.13 一个卫星电视信号占用了整个36MHz，它必须为接收信号的地面站提供 22dB的C/N值。如果全部的传输损耗为200dB，地面站的G/T值为31dB/K，计 算所需的卫星EIRP值。
▐ 若采用FDMA方式，计算传送一条E1（2.048Mb/s）信号的地球站发射功率为 多少？
EIRP
Eb n0
Rb
T G
Lk
12
63.1110
228.6
212
48.51dBW
P= 48.51−46=2.51dBW（1.78W）
▐ 若采用TDMA方式，下行链路的信息速率为8×2.048Mb/s，上行地球站所需的 发射功率。
▐ 3.15 14.11GHZ卫星通信系统的卫星转发器宽带为54MHZ，（线性工作点的）输出功 率为20W。 卫星对某地 球站的发射 （11GHZ ） 天线增益为 30dBi ，该链路损耗为 206dB（含大气影响在内）。转发器采用FDMA方式支持500个BPSK话路信号的传输 （一个话路/载波），每话路编码后速率为50kb/s，其等效噪声带宽为50kHZ。若地球 天线增益为40dBi，噪声温度为150k。试计算：
▐
G=
4 A 2
10.472 fD2
0.5510.472 632
1.954104
▐ 当频率为12GHz时
▐
G=
4 A 2
10.472
fD2
0.5510.4721232
7.817 104
▐ 3.8 卫星和地面站之间的距离为42000km。计算6GHz时的自由空间损耗。
Lf 92.44 20lg d 20lg f 92.44 20lg 42000 20lg 6 200.47dB