数字微波与卫星通信

1. 卫星通信的基本概念

微波是指频率为300MHz至300GHz的电磁波。

微波通信是指用微波频率作载波携带信息，通过无线电波空间进行中继（接力）通信的方式。

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。

卫星通信是宇宙无线电通信形式之一，宇宙通信是指以宇宙飞行体为对象的无线电通信，它有三种形式：（1）宇宙站与地球站之间的通信；（2）宇宙站之间的通信；；（3）通过宇宙站转发或反射而进行的地球站间的通信。2．卫星通信的特点

（1）静止卫星通信的优点：①通信距离远，且费用与通信距离无关②覆盖面积大，可进行多址通信③通信频带宽，传输容量大④信号传输质量高，通信线路稳定可靠。⑤建立通信电路灵活、机动性好

（2）静止卫星通信的缺点：①静止卫星的发射与控制技术比较复杂。②地球的两极地区为通信盲区，而且地球的高纬度地区通信效果不好。③存在星蚀和日凌中断现象。④有较大的信号传输时延和回波干扰。⑤

具有广播特性，保密措施要加强。

3.一条微波中继信道是由终端站、中间站和再生中继站、终点站及电波传播空间组成。

微波中继站的中继方式：直接中继（射频转接）、外差中继（中频转接）、基带中继（再生中继）。

4. 卫星通信系统是由空间分系统、通信地球站分系统、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统4大部分组成的；卫星通信线路是由发端地球站，上、下行无线传输路径和收端地球站组成的。

5. 频率配置的基本原则

不论是模拟微波还是数字微波，其频率配置都应符合下面的基本原则。

（1）在一个中间站，一个单向波道的收信和发信必须使用不同频率，而且有足够大的间隔，以避免发送信号被本站的收信机收到，使正常的接收信号受到干扰。

（2）多波道同时工作时，相邻波道频率之间必须有足够的间隔，以免互相发生干扰。

（3）整个频谱安排必须紧凑，使给定的频段能得到经济的利用，并能传输较高的信息速率。

（4）因微波天线和天线塔建设费用很高，多波道系统要设法共用天线。所以选用的频率配置方案应有利于天线共用，达到天线建设费用低，又能满足技术指标的目的。

（5）不应产生镜像干扰，即不允许某一波道的发信频率等于其他波道收信机的镜像频率。

我国国家无线电委员会建议的三种射频波道配置方案：集体排列方案、交替波道配置方案、同波道交叉极化方案。卫星通信频段的选取

选取工作频段时，考虑的主要因素：

（1）天线系统接收的外界干扰噪声要小；（2）电波传播损耗要小；（3）适用于该频段的设备重量要轻，且体积小；（4）可用频带宽，以便满足传输信息的要求；（5）与其他地面无线系统（雷达系统、地面微波中继通信系统等）之间的相互干扰要尽量小；（6）尽可能地利用现有的通信技术和设备。

综上所述，应将工作频段选择在电波能穿透电离层的特高频段或微波频段。

卫星通信的无线电窗口

目前大多数卫星通信系统选择了如下频段：

（1）UHF（超高频）频段——400/200MHz；（2）微波L频段——1.6/1.5GHz;（3）微波C频段——6.0/4.0GHz;（4）微波X频段——8.0/7.0GHz;（5）微波Ku频段——14.0/12.0GHz和14.0/11.0GHz;

（6）微波Ka频段——30/20GHz。

6.无线电波的传播方式：表面波传播、天波传播、视距传播、散射传播、外层空间传播。

自由空间传播损耗：Ls（dB）=92.4+20lgd+20lgf；（距离d以km为单位，频率f以GHz为单位）

自由空间传播下收信电平：收发天线增益分别为Gr（dB）,Gt（dB）；收发两端馈线系统损耗分别为Lfr（dB）,Lft （dB）；收发两端分路系统损耗分别为Lbr（dB）,Lbt（dB）：

Pr（dBm）＝Pt（dBm）+（Gt+Gr）－（Lft＋Lfr）－（Lbt＋Lbr）－Ls

7．惠更斯—费涅耳原理

惠更斯原理关于光波或电磁波波动性学说的基本思想：光和电磁波都是一种振动，振动源周围的媒质是有弹性的，故一点的振动可通过媒质传递给邻近的质点，并依次向外扩展，而成为在媒质中传播的波。

我们把费涅耳区上一点P到TR连线的垂直距离称为费涅耳区半径，用F表示。第一费涅耳区半径用F1表示。相邻费涅耳区在收信点R产生的场强反相（相位相差180°）。也就是说，第二费涅耳区在R点产生的场强与第一费涅耳区反相；第三费涅耳区在R点产生的场强与第二费涅耳区反相，但与第一费涅耳区同相。

划分菲涅尔区半波带的球面是任意选取的，因此当球面半径R变化时，尽管各菲涅尔区的尺寸也在变化，但是它们的几何定义不变。而它们的几何定义是以A,P两点为焦点的椭圆定义。如果考虑到以传播路径为轴线的旋转对称性，不同位置的同一菲涅尔半波带的外围轮廓线应是一个以收、发两点为焦点的旋转椭球。通常称第一菲涅尔椭球为电波传播的主要通道。波长越短，第一菲涅尔区半径越小，对应的第一菲涅尔椭球越细长。对于波长非常短的光学波段，椭球体更加细长，因而产生了光学中研究过的纯粹的射线传播。

8. 自由空间余隙：h0=0.577F1，此时h c/F1 = 0.577,V=1,VdB=0dB.

9. 大气折射

大气折射率n=c/v

n值通常在1.0到1.00045之间，为了便于计算，有时用折射指数N＝（n－1）×10^6

在自由空间N＝0，在地球表面N＝300左右。

折射率梯度表示折射率随高度的变化率，从而体现了不同高度的大气压力、温度及湿度对大气折射的影响。（1）dn/dh＞0，n随高度的增加而增加，由式（4-13）看出，v与n成反比。

（2）dn/dh＜0，v随高度的增加而增加，使电波传播的轨迹向下弯曲.

等效地球半径

K为等效地球半径系数：K=Re/Ro，K与折射率的关系为：K=1/(1+Ro dn/dh)

折射率的分类

（1）无折射：当dn/dh＝0时，N不随大气的垂直高度而变化,K＝1或Re＝R。

（2）负折射：当dn/dh＞0时，上层空间电波射线速度小，下层空间电波射线速度大，使电波传播轨迹向上弯曲。

（3）正折射：当dn/dh＜0时，上层空间电波射线速度大，下层空间电波射线速度小，使电波传播轨迹向下弯曲。

10.大气折射引起的余隙变化

在数值上，余隙的变化就是地球凸起高度的变化

K＞1（正折射）时，等效的余隙h ce增大；

K＜1（负折射）时，等效的余隙h ce减小；

11.衰落的种类：大气吸收衰耗、雨雾引起的散射衰耗、K型衰落、波导型衰落、闪烁衰落

12. 频率选择性衰落

对一个中继段而言，收信点除可以收到直射波外，还会收到来自路径某点的反射波。在接受的合成信号中，表现为

某个小频带内的频率衰减过大，使信号在整个频带内不同频率的衰落深度不同，这种现象称为多径衰落。这种衰落

就是频率选择性衰落。

解决办法：采用分集接收和自适应均衡技术。

可把多径传播归纳为两种类型：一种是直射波与反射波形成的多径；另一种是低空大气层大气效应造成的几种途径

并存的多径。第一种是主要的。但当地面反射波强度弱时，第二种主要。