第4章1卫星通信系统
卫星通信
4.2 通信卫星的组成及部分功能
通信卫星主要有两部分组成：
有效载荷：装载于卫星上用于完成通信任务的仪器设备的总称。
卫星公用舱：用于安装固定有效载荷的服务系统。
二、卫星公用舱的组成——五个分系统组成。
Ⅰ姿态和轨道控制系统——Aocs（Attitude and orbit control subsystem）
重叠区设置中继站，可实现全球通卫星通信。
第二阶段：实用阶段
1964年，美国人成功发射了“辛康姆”卫星——事件标志着卫星通信进入实 用阶段，标志性体现在：
1、成功的进行了电话和电视的传输试验。 2、向美国国内传播在日本东京举行的奥运会。 第三阶段：商用阶段
由于卫星通信带来的巨大经济效益。卫星通信商用化逐渐提上了议事日程。
第四章 卫星通信系统的组成
4.1 卫星通信系统的组成 一个完整的卫星通信系统由空间段、地面段和用户段三部分组成：
一、空间段：也称空间分系统，通常是指通信卫星，研究的重点
二、地面段：一般包括地球站群，测控系统和监控中心
1、地球站群：包括一个中央地球站和若干个普通地球站，中央站和普通站之
间采用高度集中的星形网络结构
的“闪电”号卫星及实现全球通信三颗同步卫星）
2、国内卫星通信系统——为本国提供卫星业务的系统 3、区域卫星通信系统——低轨卫星。（用于特殊服务，地质勘测，海洋勘探等）
二、按卫星业务分类 1、卫星固定业务：向现有的电话网（PSTN）和有线电视网（CATV） 提供卫星链路，用来传输语音信号和电视信号。
S
Sun
Earth Satellite
E
E
Td=2d/c=0.27s
为消除0.27s的时间延迟，必须增加回波抵消器，大大增加了星上设备的复杂
通信原理(第四章)
27
第4章 信 道 章
四进制编码信道模型
0 0
1 送
端
发
1
收 端
接
2
2
3
3
28ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第4章 信 道 章
4.4 信道特性对信号传输的影响 恒参信道的影响 恒参信道对信号传输的影响是确定的或者 是变化极其缓慢的。因此，其传输特性可以 等效为一个线性时不变网络。 只要知道网络 的传输特性，就可以采用信号分析方法，分 析信号及其网络特性。 线性网络的传输特性可以用幅度频率特 性和相位频率特性来表征。 现在我们首先讨论 理想情况下的恒参信道特性。
平流层 60 km 对流层 10 km 0 km 地 面
6
第4章 信 道 章
电离层对于传播的影响 反射 散射
7
第4章 信 道 章
电磁波的分类： 电磁波的分类： 地波 频率 < 2 MHz 有绕射能力 距离： 距离：数百或数千千米 天波 频率： 频率：2 ~ 30 MHz 特点： 特点：被电离层反射 一次反射距离： 一次反射距离：< 4000 km 寂静区： 寂静区：
13
第4章 信 道 章
4.2 有线信道
明线
14
第4章 信 道 章
对称电缆：由许多对双绞线组成， 对称电缆：由许多对双绞线组成，分非屏蔽 （UTP）和屏蔽（STP）两种。 ）和屏蔽（ ）两种。
塑料外皮
双绞线（ 5对）
图4-9 双绞线
15
第4章 信 道 章
同轴电缆
16
第4章 信 道 章
n2 n1 折射率
25
第4章 信 道 章
4.3.2 编码信道模型
调制信道对信号的影响是通过k(t)和 使已调信号发生波形 调制信道对信号的影响是通过 和n(t)使已调信号发生波形 失真。 失真。 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换， 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，即将 一种数字序列变成另一种数字序列。 一种数字序列变成另一种数字序列。误码 输入、输出都是数字信号， 输入、输出都是数字信号，关心的是误码率而不是信号 失真情况，但误码与调制信道有关， 失真情况，但误码与调制信道有关，无调制解调器时误码由 发滤波器设计不当及n(t)引起 引起。 收、发滤波器设计不当及 引起。 编码信道模型是用数字的转移概率来描述。 编码信道模型是用数字的转移概率来描述。
通信原理第四章 (樊昌信第七版)PPT课件
则接收信号为
2 1
fo(t) = K f(t - 1 ) + K f(t - 2 ) 相对时延差
F o () = K F () e j 1 + K F () e j ( 1 )
信道传输函数
H()F F o(( ))K Keejj 11((1 1 eejj ))
常数衰减因子 确定的传输时延因子 与信号频率有关的复因子
课件
精选课件
1
第4章 信道
通信原理（第7版）
樊昌信 曹丽娜 编著
精选课件
2
本章内容:
第4章 信道
信道分类
信道模型
恒参/随参信道特性对信号传输的影响
信道噪声
信道容量
定义·分类
模型·特性
影响·措施
信道噪声 信道容量
精选课件
3
概述
信道的定义与分类
n 狭义信道：
—传输媒质 有线信道 ——明线、电缆、光纤 无线信道 ——自由空间或大气层
1. 传输特性
H ()H ()ej ()
H() ~ 幅频特性
()~ 相频特性
2. 无失真传输
H()Kejtd
H() K
()td
精选课件
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n 无失真传输（理想恒参信道）特性曲线：
恒参信道
|H()|
K
() td
td
0
H() K
幅频特性
0
0
()td
()d() d
td
相频特性
群迟延特性
精选课件
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n 理想恒参信道的冲激响应:
恒参信道
H()Kejtd
h(t)K(ttd)
若输入信号为s(t)，则理想恒参信道的输出:
卫星 通信
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4. 1卫星通信的基本概念
通常，把以宇宙飞行体为对象的无线电通信统称为宇宙通信，但按照国 际电联的规定，它正式的名称为宇宙无线电通信。共同进行宇宙无线电 通信的一组宇宙站和地球站叫作宇宙系统，这里宇宙站是指设在地球大 气层之外的宇宙飞行体(如人造通信卫星、宇宙飞船等)或其他天体(如月 球或别的行星)上的通信站。宇宙通信有3种基本形式，如图4. 2所示， 包括:
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4. 1卫星通信的基本概念
4. 1. 4静止卫星通信的特点
1.静止卫星通信系统的主要优势 (1)通信距离远，且费用与通信距离无关。由图4.4可见，利用静止卫星，
最大通信距离高达18 000 km，且建站费用和运行费用不因通信站之间 的距离远近及两站之间地面上的自然条件的恶劣程度而变化。这在远距 离通信时，比地面微波中继、电线、光缆、短波通信等有明显的优势。 除了国际通信外，在国内或区域通信中，尤其对边远的城市、农村和交 通、经济不发达的地区，卫星通信是极有效的现代通信手段。 (2)覆盖面积大，可进行多址通信。许多其他类型的通信手段，通常只能 实现点对点通信。例如，地面微波中继线路只有干线或分支线路上的中 继站方能参与通信，不在这条线上的点无法利用它进行通信。
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第十二章网络营销实施与控制
教学目标 本章知识点及技能点 导入案例 第一节 网络营销实施管理 第二节 网络营销组织机构 第三节 网络营销风险控制 .4是静止卫星与地球相对位置的示意图。从卫星向地球引两条切线， 切线夹角为17. 320，两切点间的弧线距离为18 101 km，可见在这个卫 星电波束覆盖区内的地球站均可通过卫星实现通信。
卫星通信第4章信号传输
n n n
n
卷积码的纠错能力主要由它的自由距离决定（即路径中 不同路径间的最小距离） 同时，其比特错误概率也受到低重量码字个数的影响 高斯信道，BPSK调制，软判决译码的情况下两条距离为 j jEs / N 0 的路径 Pj = 1 2 erfc ∞ 1 pb < k ∑ ω j Pj 比特错误率的上界：
4.4.1 Stop-and-wait ARQ
n
吞吐量：
4.4.2 Go-Back-N ARQ
吞吐量： n 存储器的容量更大
n
4.4.3 Selective-Repeat ARQ
吞吐量： n 平均传输时延：
n n
Inmarset-C采用
4.5 移动卫星通信中典型的差错控制机制
Turbo码
n n
发射载频的相位分别为0，180。 T s =T b
2
n n
f代表基带频率 1 2 r (t ) = a (t )cos ωct a(t )cos ωc t = a(t ) ⋅ (1 + cos 2ωc t ) 解调： ， 2
QPSK，四相移键控
2个bit被合成为一个符号发送 n Ts=2Tb，Es=2Eb n 功率谱密度：
j =d
几个1/2码率卷积码的生成多项式、自由距离、重量结构
高斯信道
瑞利信道，充分交织
4.3.2 分组码
n 长为n的分组码序列C由长为k的信息序
列I产生
C ( x) = I ( x) G( x)
n 相互距离，最小汉明距离 n 纠错检错能力：
2t + e < dmin
4.3.3 CRC校验
n
CRC校验码是一种特殊的分组码 n 在比特错误概率不大于10-4的情况下，长为 16bit的CRC校验码可以保证不会出现无法 检测出的传输错误 n 无法检测出的错误概率的计算：
卫星通信系统概述-文档资料
15
1.4 卫星通信的特点
卫星移动通信和地面移动通信的关系： 卫星移动通信系统能扩大地面移动通信的地理
和业务覆盖范围，除提供常规的移动通信业务 外，还可向空中、海面和复杂地理结构的地面 区域的各类移动用户提供服务。 从应用来讲，地面移动通信网主要集中在高业 务量的应用环境，而卫星移动通信系统最适合 于低业务量地区、航海、航空及地面网欠发达 地区的应用环境，并且在地面网络过载或发生 故障时作为其迂回网络。
换言之，卫星通信是在地球站上，包
括地面、水面和大气层中的无线电通信站 之间，利用人造卫星作为中继站进行的通 信。
卫星通信是个人通信网的组成部分，
是地面通信网的补充。
2
1.1 卫星轨道
假设地球是质量均匀分布的圆球体，忽略 太阳、月球和其它行星的引力作用，卫星运动 服从开普勒(Kepler)三大定律。
（8）现有卫星通信系统为适应新技术发展和系统对容量的 更大要求形成了新的演变方案，如Iridium系统将其运行 的卫星数目从66颗增加至96颗。
（9）天地网络不断融合。卫星通信与有线电视、宽带互联 网、移动互联网等融合。
（10）新技术广泛应用。如星上交换与处理、多波速天线等。
24
附录：通信卫星的分类
300~3000吉赫(GHz)
10
1.3 卫星通信的工根作据IE频EE段521-2002标准，L
<<<<1223>>>>频段综LSCX工。合作具上频 频 频 频：体述段段段段地要：：：：说求1468，，.///6247目应/1GGG前将.HHH5zzz大卫雷Z也波电导频卫采K句K通3是时和为的电是段范即展7率频比EGi0aa多星.g达使段波航带星用话常HI7用又高1无视M指。围英的代波R受段较KBz5m数的主等用是波系，地，说用KPH作是频线领aeC据频而则语”表段甚特国。大XG~波较e波卫z工要波。这指段统在面且，于电航（电域1波I~H、率在为中着也高高际，KE用用用。段d大段星作3应段个频。等卫站一z该卫u台空波。HE段现无在某7的被Km频频有多0，于于于的，波(通频EF~用，0范率可。星应直的波星1及和，特通，在线8些“称(（关采1）上MMMM8V频加段5信段~：是1围在被电用被正段通电航常高常频~广路场e作2HUH法用SSS1不.行率上卫2系选x1中频SSS1的用2视中广上直信FHz视海用频的率泛由合37律赋t-同频，，，~的G)范K星e2F统G在0G继率是频于广，泛方接。2台 的于 主下为使n、中0H）保 形/u的率GGG频HH围2单是微0d、4GD指率播该使(高波z广沟移要行3EEE0用无，zK是z护波2是~为e段。为AH转0选的波OOO)卫标频。和频用于段8d-G播通动用频,的线X0指，束aBz，7卫卫卫。XG”2发K择无频~H星的b波准带各段。K接.，频通于、率，7波蓝鼠9波H覆13电u星星星o多z器波~线在段~通无2段，0类首收波波z同道信短卫为表v段牙标长4盖离8~0测测测数的e功段电以或信0线的X小先.天段10段。和途星7示中、)等4范，G控控控一，波8M.率。波下特、频2型被线，的G广通“G的H围卫H。。。5段换段一波频高H率Hz效频~播信扩zX星。zz般，，
卫星通信 chapter4_2011_链路预算_更新
Page 3
概述 天线增益 信道衰落与接收信号功率 噪声与干扰 链路预算
Wireless Signal Processing & Network Lab (WSPN), BUPT
Page 2
概述
LEO和MEO的制约因素
与GEO的类似
需要更多的卫星覆盖 服务区
移动卫星终端使用低 增益全向天线
Wireless Signal Processing & Network Lab (WSPN), BUPT
Page 20
dBi（分贝增益）：描述与全方向性天线相对增益的单位。
dBd（分贝增益）：描述与偶极子天线相对增益的单位。
一般认为，表示同一个增益时，用dBi表示比用dBd表示要大 2.15。
即： 0dBd=2.15 dBi 例如： GSM900天线增益可以为13dBd（15dBi），GSM1800天线增益可 以为15dBd（17dBi）。
总尺寸： • 受运载工具的制约 • 天线孔径最大不超过3.5m
频段： 6/4 GHz; 14/11GHz; 30/20GHz 大气传播:降雨产生的衰减 多址技术、调制、编码的选择
Wireless Signal Processing & Network Lab (WSPN), BUPT
Wireless Signal Processing & Network Lab (WSPN), BUPT
d (m)
Page 18
与dB相关的单位
dB（分贝）：描述（功率）相对比值的单位。 dB=10lg(功率比) dB是相对单位，不能表示功率的绝对电平值。
dBm（分贝毫瓦）：
dBw（分贝瓦）：
第1章 卫星通信系统概述
第一章卫星通信系统概述l1945年，英国的科幻小学作家阿瑟·C·克拉克在世界上首次提出了使用卫星进行远距离无线电能信和无线电广播的设想，这位作家在《无线电杂志》上发表了一篇文章，提出用火箭发射一颗人造卫星，绕地球转动，然后，地面上发送信号给卫星，通过卫星再传回地面。
l1957年10月4日，原苏联成功发射了人类历史上第一颗人造地球卫星。
l在人类已经发射的卫星中，通信卫星只占其中的一部分。
目前围绕地球飞行的卫星中，大多数是有带有各种传感器的观察卫星，如气象卫星、电子侦察卫星、成像侦察卫星、海洋监视卫星、预警卫星、核爆炸探测卫星、资源卫星、天文观测卫星；其他的是通信卫星或是广播通信卫星，如亚太卫星、中星5号等。
目前在轨道上运行的通信卫星有数百颗。
在80年代和90年代初承担了国际通信业务量的70%。
l1962年7月美国成功地发射了第一颗通信卫星Telestar，实验了横跨大西洋的电视和电话传输。
但是，Telestar并非在静止轨道上。
第一颗静止轨道卫星则是1963年2月美国发射的SYNCOM实验卫星，它成功地转播了1964年东京奥运会的实况，使全世界看到了卫星通信的优越性和实用价值。
l90年代初提出的各种通信卫星系统多至几十个，其中最著名的就是“铱”移动卫星通信系统和“全球星”系统。
这两个系统可以提供覆盖全球的移动电话业务。
在波黑执行任务的美军飞行员每人都配备了一部“铱”手机。
这些卫星通信系统除了广播业务以外，基本上都只能提供话音业务。
所以从97年以后，廉价的地面通信系统的发展如光纤通信系统、蜂窝移动通信系统的蓬勃发展，一下子大大压缩了卫星通信的市场，国内国际的骨干网通信负荷的80%以上改由光纤网络承担。
获得技术上巨大成功的“铱”移动卫星通信系统也惨遭倒闭。
但是新的曙光出现了：军事通信的巨大需求和民用宽带卫星市场的急剧扩大。
l纳卫星(NanoSat)的概念最早是由美国航空航天公司(Aerospace)于1993年在一份研究报告中首次提出的,它带来了小卫星设计思想上的根本变革.纳卫星和皮卫星(PicoSat)是以微机电系统(MEMS)技术和由数个MEMS组成的专用集成微型仪器(ASIM)为基础的一种全新概念的卫星,它基于微电子技术、微机电技术、微光电技术等微纳米技术而发展的，纳卫星体现了航天器微小化的发展趋势。
第4章信息通信基础设施
4.1 信息接入系统
4.1.2 无线接入
无线接入网是以无线电技术（包括移动通信、微波及卫星通 信等）为传输手段，连接起端局及用户间的通信网，即无线本地 环路。无线接入网主要应用于地僻人稀的农村及通信不发达地区、 有线基建已饱和的繁华市区以及业务要求骤增而有线设施建设滞 后的新建区域等。无线接入网从接入设备类型可分为微波技术、 无线直放站、射频拉远技术等。
（4）频率资源有限： 国际电信联盟组织ITU对无线频率的划分有严格
规定，要设法提高系统的频率利用率。
Inner Mongolia University of Science and Technology
4.2. 移动通信室内覆盖系统
2.室内移动通信覆盖系统 室内移动通信覆盖系统将基站的信号通过有线的方式直接
Inner Mongolia University of Science and Technology
4.2. 移动通信室内覆盖系统
移动通信具有以下特点： （1）无线电波传播环境复杂： 移动通信的电波处在特高频（300－
3000MHz）频段，电波传播主要方式是视距传播。电磁波在传播时不仅有 直射波信号，还有经地面、建筑群等产生的反射、折射、绕射的传播，从 而产生多径传播引起的快衰落、阴影效应引起的慢衰落，系统必需配有抗 衰落措施，才能保证正常运行。
1.微波技术：微波通信具有以下特点P60，由于传输距离太长或传输链路中由 阻挡而无法开通通信时，可在两端站之间设置中继站。中继站可分为有源中继 站和无源中继站两种。 2.直放站（中继器）属于同频放大设备，是指在无线通信传输过程中起到信号 增强的一种无线电发射中转设备。直放站作为一种实现无线接入的辅助技术手 段，常用来解决基站难以覆盖的盲区或将基站信号进行延伸。选用直放站时， 应按照以下的原则 （P61）。
卫星通信第四章
λ （cm）
水蒸汽和氧气的吸收损耗
1：水蒸汽，10g/m3（在18℃时的相对湿度66％）；2：氧，压强为15cm水银柱 3：总的吸收损耗
基本链路分析
例：
某Ku波段（14/12GHz）的卫星系统，它以TDMA方式工作，采用QPSK 调制，系统参量如下：根据这些参数，计算载噪比。 载波调制参数：
比特率：60Mbps 噪声带宽：36MHz 比特持续时间带宽积:0.6
N
fd
2
基本链路分析
上行载噪比计算：
载波功率与等效功率谱密度的比值(C/no)： C/N=C/n0-B(dB) 载波功率与等效噪声温度之比C/T： C/N=C/T+228.6-B(dB)
C EIRP G / T L T
C EIRP G / T L 228.6 n0
基本链路分析
如果(C/N)u>>(C/N)d，则C/N≈(C/N)d，卫星线路是下 行线受限制，这是卫星通信的常见情况 (C/N)u<<(C/N)d，则C/N≈(C/N)u，则认为卫星线路是 上行线受限制
基本链路分析
其他损耗：
损耗（dB/km）
10
BOi和BOo 天线指向损耗 大气层吸收损耗
1.0
3
0.1
1
2 0.01 0.3 0.5 1.0 2 3 4 5
总载噪比计算：
设卫星上接收到的载噪比为(C/N)u，它被通信卫星 转发，重新发回地球。由卫星天线转发后的EIRP为 EIRPs，载噪比为：C/N=(C/N)u，噪声功率为 ：
N
接收地球站收到的载波加噪声为C(t)+N(t)+Nd(t)
C(t)：上行载波功率经卫星转发后的功率 N(t)：上行噪声功率经卫星转发后的功率 Nd(t)：附加的均值为零的下行加性白噪声
第4章1 星载设备
通信卫星轨道
按运转周期及卫星同地球相对运动关系 • 同步卫星 (T＝24h) 静止卫星：赤道圆形轨道，运行方向与地球 自转方向一致。 非静止同步卫星：不满足静止卫星条件。 ≠ • 非同步卫星(T ≠ 24h) 准同步卫星：如T=12h等 一般非同步卫星：包括相位制卫星，随机制 卫星等。
8
卫星的摄动
9
卫星的摄动
•卫星摄动的原因 (3) 地球大气层阻力的影响 对低轨道卫星有一定影响，使轨道日渐缩小，其近地点 和远地点高度将逐渐缩小；对同步轨道影响不大。 (4) 太阳辐射压力的影响 对一般卫星影响不大，对于表面积较大(如带大面积电池 帆板)且定点精度要求高的静止卫星，引起在东西方向上的位置 漂移。 • 摄动对静止卫星定点位置的保持非常不利，故必须采取位置 保持技术，以克服摄动的影响，使经纬度误差保持在允许的范 围内。制造、发射、运营卫星的单位必须考虑卫星摄动的存在。
• • • • • • 通信卫星的轨道 卫星的摄动 轨道平面的倾斜效应和位置控制 通信卫星的姿态控制和姿态测量 星蚀与日凌中断 通信卫星的覆盖
5
通信卫星的轨道
卫星环绕地球运行，其运动轨迹就称为卫星轨道。 轨道平面：卫星轨道所在的平面叫做轨道平面。 (1) 赤道轨道：卫星的轨道平面在赤道平面内。 (2) 倾斜轨道：轨道平面与赤道平面有一定夹角。 (3) 极轨道：卫星轨道平面通过地球的两极。 随目的和发射条件不同，可能有不同高度和不同形状的 轨道，然而，它们都是在重力(万有引力法则)的作用下 环绕地球运动，并且轨道位置都在通过地球重心的一个 平面内。
第4章 星载和地球站设备
1
提要
(一) 与卫星运动有关的问题 (二) 通信卫星的组成
空间平台 有效载荷—天线分系统和星载转发器 一个实例—“中卫一号”
卫星通信系统的可靠性设计与评估研究
卫星通信系统的可靠性设计与评估研究第一章引言卫星通信系统作为一种关键性的无线通信系统，在现代社会的发展中扮演着极为重要的角色。
然而，由于其无处不在的工作环境和复杂的天气条件，卫星通信系统面临着各种各样的问题，并且需要具有高可靠性以保证其稳定运行。
本文将探讨卫星通信系统的可靠性设计与评估研究，旨在为卫星通信系统的建设与维护提供参考和指导。
第二章卫星通信系统的可靠性设计2.1 可靠性设计的基础卫星通信系统的可靠性设计是指在去除或者降低可能造成系统失效的因素后，通过设计、制造、测试、验证和维护等系统全生命周期的各个环节，使卫星通信系统实现高可靠性和高性能的一系列技术和管理工作。
可靠性设计的基础是影响系统寿命的各种因素。
2.2 设计方法与技术为提高卫星通信系统的可靠性，需要采用一系列科学的设计方法与技术。
这些方法与技术包括传统的故障树分析、故障模式影响与重要性分析、容错编码、多项式编码、系统复原等技术，以及近年来发展的数据挖掘、人工智能等技术。
这些方法与技术为卫星通信系统的可靠性设计提供了有益参考和支持。
2.3 设计中的关键问题在卫星通信系统的可靠性设计中，需要重点考虑以下几个关键问题：（1）对系统性能稳定性和可靠性进行全面的评估和分析。
（2）采用重叠设计和冗余设计等措施有效提高系统的可靠性和鲁棒性。
（3）制定有效的故障诊断和处理策略，提高故障排除的效率与准确性。
（4）注重系统测试和验证，确保系统的可靠性和性能指标符合设计要求。
（5）注重系统的维护，建立完善的维护管理系统，及时识别和处理潜在的问题。
第三章卫星通信系统的可靠性评估3.1 可靠性评估的基础卫星通信系统的可靠性评估是指在系统运行阶段，通过对系统各部分性能的监测和分析，及时发现并预防系统出现故障的一系列技术和管理工作。
可靠性评估的基础是卫星通信系统的性能指标和系统故障信息的监测和分析。
3.2 评估方法与技术在卫星通信系统的可靠性评估中，需要采用一系列科学的评估方法与技术。
卫星通信复习
第一章卫星通信概述知识点1．卫星通信的概念？卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。
Eg：有卫星参与的通信就是卫星通信（错）（！卫星通信最终要实现地球站之间的通信）2 ．卫星通信上下行链路概念？以及上下行链路使用频率的表示方式？上行链路：从地球站发射信号到通信卫星所经过的通信路径下行链路：通信卫星将信号转发到其他（另一）地球站的通信路径表示方式：6Ghz（上行频率）/4Ghz（下行频率）3 ．静止轨道卫星的概念？，高度？，微波传播的时延（单程和双程）？静止轨道卫星：相对于地球表面上的任一点，卫星的位置保持固定不变高度：距地面高度为35860公里微波传输时延（传输时延较大）：单程0.27s，双程0.54s4 ．日凌中断和日蚀中断产生的原因、时间以及应对的策略？日凌中断日蚀中断产生原因卫星、太阳和地球站接收天线在一条直线上，太阳噪声进入接收天线，造成通信中断卫星运行到地球的阴影面，太阳能电池板无法充电，而星载蓄电池只能维持卫星自转，不能支持转发器工作产生时间每年春分前和秋分前后的6天左右，每年两次，每次约3~6天每年春分前秋分前23天开始，于春分前秋分后23天结束，每次持续时间约10分钟，完全日蚀最长持续72分钟应对策略“避让”、“换星”大容量蓄电池5.为什么地球同步卫星在高纬度地区通信效果不如低纬度地区？PPT高纬度地区地面地形（复杂）；地球表面杂波；两极地区接收天线仰角太小（需要极地轨道卫星辅助）6.地球站的总体框图？及其各部分的作用？地球站总体框图：书p8图1-6（/PPT）各部分作用：（1）天馈设备——将发射机送来的射频信号经天线向卫星方向辐射，同时它又接收卫星转发的信号送往接收机（2）发射机——将已调制的中频信号，经上变频器变换为射频信号，并放大到一定的电平，经馈线送至天线向卫星发射（3）接收机——从噪声中接收来自卫星的有用信号，经下变频器变换为中频信号，送至解调器（4）信道终端设备：将用户终端送来的信息加以处理，成为基带信号，对中频进行调制，同时对接收的中频已调信号进行解调以及进行与发端相反的处理，输出基带信号送往用户终端（5）天线跟踪设备：校正地球站天线的方位和仰角，以便使天线对准卫星（6）电源设备：供应站内全部设备所需的电能7.衡量地球站发射性能的指标？衡量地球站的接收性能的指标？总体性能指标：工作频段；天线口径；等效全向辐射功率；——发射性能接收品质因数；——接收性能偏轴辐射功率密度的限制。
微波与卫星通信课件第4章
收 端 天 线 高 度
推导直射波和反射波在收信点的合成场强： 设E0为自由空间传播时（即直射波）电场强度的 有效值，则瞬时值为 e 2 E cos t
1 0
反射波场强的瞬时值为
2 r2 r1 e 2 2 E 0 cos t : 反射系数的模
【例4-1】已知发信功率Pt=1W，工作频率 f=3800MHz，两站相距45km，Gt＝Gr＝39dB，Lft ＝Lfr＝2 dB，Lbt＝Lbr＝1 dB。求：在自由空间传 播条件下接收机的输入电平和输入功率。
解 由已知条件站距d＝45km，工作频率 f=3800MHz，可得自由空间传播损耗为 Ls（dB）=32.4+20lg 45 +20lg 3800≈137 dB
（2）负折射：当
＞0时，上层空间的
电波射线速度小，下层空间电波射线速度大，使
空间在该点产生的场强。
4.2.2 地面反射对收信电平的影响
1.平坦地形对电波的反射
下面所研究的环境不再是自由空间，是在真 实大气中地面对电波的反射。 在实际的微波通信过程中，收信点除了收到 直射波外，还收到经地面反射并满足反射条件的 反射波。
余隙：反射点到TR连线的铅垂 距离，可正可负。
4.3 对流层对电波传播的影响
从地面算起，垂直向上，可把大气分为6层， 依次称作对流层、同温层、中间层、电离层、超 离层以及逸散层。 对流层特点：指自地面向上大约10km范围 的低空大气层；大气密度不均匀，存在对流运动； 集中了整个大气质量的四分之三。
微波主要以空间波的方式进行传播，对流层 对其产生主要影响，所以重点研究。
4.微波线路的分类
卫星通信简介ppt课件
发展过程（二）
实用与提高阶段（1965---） 65年，国际卫星通信组织：INTELSAT—1 正式承担国际通信业务。 苏联：第一颗非同步通信卫星“闪电”—1
空分多址方式（SDMA）
SDMA方式有许多新颖特点：卫星天线增益高；卫 星功率可得到合理有效的利用；不同区域地球站所发信 号在空间互不重叠，即使在同一时间用相同频率，也不 会相到干扰，因而可实现频率重复使用，这就成倍地扩 大了系统的通信容量；转换开关使卫星成为一台空中交 换机，各地球站之间可像自动电话系统那样方便地进行 多址通信。此外，卫星对其它地面通信系统的干扰减少 了，对地球站的技术要求也降低。
透明转发器 对收到的信号只进行低噪声放大、变频、功率放大， 对频带内的任何信号是透明的通道。
处理转发器 除进行转发信号外，还具有信号处理功能。
转发器示意图
处理转发器 解调、信号处理、调制
放大器 混频 中频放大 合路 混频 功放
透明转发器
本振1 主振源 本振2
卫星通信地球站
组成： 天线分系统 发射分系统 接收分系统 信道终端设备分系统 伺服务跟踪设备分系统 用户接口分系统 电源分系统
编码 频分多址－FDMA
信信信 道道道 123
时间
站1 频分多 路复用
信
道
频率
K
卫星转发器
B
f1
f1
fK
调
发射机
频
f2
发射机 f3
fK
调 频
频分多 路复用
站K
卫星通信系统的差错控制及容错设计
卫星通信系统的差错控制及容错设计第一章：卫星通信系统的基本架构和差错控制原理卫星通信系统是一种通过卫星进行信息传输的通信系统，广泛应用于航空、海运、交通、陆地等各个领域，具有传输距离远、传输速率快、传输容量大等优点，但同时也面临着数据传输中可能出现的各种错误。
为了减少数据传输时可能出现的差错，卫星通信系统采用了差错控制技术。
差错控制技术是指利用编码、校验等方法在数据传输过程中检测并纠正出现的各种错误，保证信息传输的正确性。
其中最常用的方法是纠错码和检错码。
纠错码就是利用一定的编码规则将原始数据编码成冗余的编码序列，这样可以在出现部分错误时恢复原始数据。
例如，哈密尔顿码将原始数据按照一定规则编码成一个矩阵，矩阵的每一列都是原始数据的一条纠错编码，当出现部分错误时可以通过修正矩阵中的错误位来纠正数据。
检错码则是将原始数据编码成带有校验位的序列，通过校验位的比对来检测出数据传输中是否出现了错误。
例如，循环冗余校验码（CRC）就是利用一个多项式对原始数据进行编码，并将余数作为校验码。
发送端在发送数据时同时发送校验码，接收端在接收数据时再次对原始数据进行计算，如果计算结果与接收到的校验码不符，则说明数据传输出现错误。
在卫星通信系统中，差错控制技术的具体实现方式还需要考虑信道的特性，例如信道噪声等因素，以及传输的要求。
例如，实时性要求高的数据传输可能需要较短的编码长度和较低的纠错能力，而对于非实时性要求高的数据，则需考虑编码长度和纠错能力的平衡。
第二章：卫星通信系统的容错设计原则在卫星通信系统中，容错设计是一项重要的保障系统正常运行的技术。
容错设计是指在卫星通信系统中采取一定的措施保证当出现部分组件故障或降级时，系统依然能够正常运行，不会造成系统的瘫痪或严重故障。
卫星通信系统的容错设计应遵循以下原则：1）冗余设计。
冗余设计是指在系统中增加一定数量的备件或备用通道，当系统中某些部分出现故障时，备用组件能够自动接替原有的组件的功能，从而保证系统的正常运行。
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• 虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，不 产生反射、折射、绕射、散射和吸收，但 是，当电波经过一段路径传播之后，能量 仍会受到衰减，这是由辐射能量的扩散而 引起的。
• 电波在传播过程中，能量将随传输距离的 增大而扩散，由此引起的传播损耗称为链 路的自由空间传播损耗。
按频段分类
•0.1-0.3（GHz），VHF，移动、导航业务； •0.3-1.0，UHF，移动、导航业务； •1.0-2.0，L，移动业务、指令传输； •2.0-4.0，S，移动业务、指令传输； •4.0-8.0 (4/6)，C，固定业务； •8..0-12.0，X； •12.0-18.0 (12/14)，Ku，固定业务； •18.0-24.0，K ；24.0-30.0，Ka； •33.0-50.0，Q ； 50.0-75.0，V。
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1 自由空间传播损耗
• 自由空间传播，是指天线周围为无限大真空 时的电波传播，它是理想传播条件。 电波在 自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所 吸收，也不会产生反射或散射。
• 自由空间电波传播是无线电波最基本、最简 单的传播方式。自由空间是一个理想化的概 念，为人们研究电波传播提供了一个简化的 计算环境。
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星-地链路传播特性
• 卫星通信的电波在传播中要受到损耗，其中 最主要的是自由空间传播损耗，它占总损耗 的大部分。其它损耗还有大气、雨、云、雪、 雾等造成的吸收和散射损耗等。卫星移动通 信系统还会因为受到某种阴影遮蔽(例如树木、 建筑物的遮挡等)而增加额外的损耗，固定业 务卫星通信系统则可通过适当选址避免这一 额外的损耗。
❖ A•也称为天线的有效接收面积Ae。
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(2) 等效全向卫星的天线发射的功率P与该天 线增益G的乘积。表明了定向天线 在最大辐射 方向实际所辐射的功率。可表示为 EIRP=P·G 或 [EIRP](dBW)= [P](dBW)+[G](dB)
❖ 上行链路功率辐射能力通常用等效全向辐射功 率（EIRP）来衡量。
按重量分类
➢大型卫星，Large，>1000kg，>1亿美元； ➢小卫星，Small，500-1000kg，0.5-1亿美元； ➢微小卫星，Mini，100-500kg，500-2000万美元； ➢微卫星，Micro，10-100kg，200-300万美元； ➢纳卫星，Nano，<10kg，<100万美元； ➢皮卫星，Pico ，<1kg。
下图是静止卫星与地球相对位置的示意图。由此可见， 只需三颗等间隔配置静止卫星就可以实现全球通信。
卫星系统的结构
卫星的主要设备包括下列 七大系统
➢位置与姿态控制系统 ； ➢天线系统 ； ➢转发器系统 ； ➢遥测指令系统 ； ➢电源系统 ； ➢温控系统 ； ➢入轨和推进系统。
推进系统的自旋控制
链路传输工程
NF
Si So
/ Ni / No
• 噪声温度(Te)与噪声系数(NF)的关系为
[NF]=10lg(1+Te/290)dB
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(6) 品质因数（G/T ）
❖ 下行接收系统的性能主要通过品质因数G/T来 体现。
❖ 定义：接收天线增益与接收系统总的等效噪 声温度的比值。
[G/T]=[G](dB)-10lgT (dB/K)
• 概述 • 星地链路传播特性 • 卫星通信全链路质量
8
概述
• 星际链路：
– 只考虑自由空间传播损耗。
• 星-地链路：
– 由自由空间传播损耗和近地大气层的各种影响所 确定；
– 卫星通信的电波要经过对流层（含云层和雨层）、 平流层、电离层和外层空间，跨越距离大，影响 电波传播的因素很多。
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热层（电离层） 外逸层500 - 64,374 km 80 - 500 km
通信卫星的分类
➢按轨道分：赤道轨道，极轨道，倾斜轨道，同步 卫星，移动卫星，GEO，MEO，LEO； ➢按通信范围分类：国际通信卫星，区域性通信卫 星，国内通信卫星； ➢按用途分类：综合业务通信卫星，军事通信卫星， 海事通信卫星，电视直播卫星，气象卫星等； ➢按转发能力分类：无星上处理能力，有星上处理 能力；
Equivalent Isotropic Radiated Power
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(3) 馈线损耗(L)
– 实际的发射装置中，发射机和天线之间有一 段馈线，馈线损耗定义为其输入端功率Pin与 输出端功率Pout的比值。 L=Pin/Pout
– 通常用dB为单位，表示为 [L](dB)=[Pin](dBW)-[Pout](dBW)
利用它可以衡量接收系统中产生的热噪声 大小。 • 噪声功率为
N n0B kTB
❖ 其中，k为波耳兹曼常数，1.38×10-23J/K； T为噪声源的噪声温度，单位为K。B为系 统带宽为B，单位Hz。
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• 在实际卫星通信中，其内部总是会产生热噪 声或其他噪声。为了链路分析和设计的方便， 把这些噪声统统等效成热噪声来处理，因而 引入等效噪声温度Te的概念。
• 假设网络内部产生噪声为N，如果一个输入 匹配电阻在温度Te时产生的噪声功率刚好等 于N，则Te即为该网络的等效噪声温度。
N kTeB
• Te是一个等效温度，不等于环境的物理温度。
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• 除等效噪声温度外，通常噪声系数也被用来 表示系统的噪声性能。噪声系数定义为：室 温(290K)条件下，网络的输入信噪比和输出 信噪比的比值
中间层50 - 80 km 平流层
16 - 50 km
对流层
7- 16 km
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卫星通信系统的主要技术参数
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(1)天线增益G
• 卫星通信中所使用的喇叭天线、抛物面天线 等面天线的增益可按下式计算：
G
4A 2
❖ 其中，A为天线口面面积，为波长，为天 线效率，现代卡塞格伦天线的可达 0.75(f=4GHz)或0.65(f=6GHz)左右。
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(4) 传输损耗(L)
– 卫星通信中，电波在上行或下行链路中传输 时，会受到各种因素的影响而产生损耗。最 主要的是自由空间传播损耗，此外，还应考 虑大气损耗、天线跟踪误差、极化方向误差 等所产生的损耗。
– 通常用dB为单位。
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(5) 等效噪声温度（Te）和噪声系数(NF) • 噪声温度是通信接收机中的一个重要概念，