衛(wèi)星通信導(dǎo)論（第5版）PPT完整全套教學(xué)課件

衛(wèi)星通信第1章衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述.ppt第2章衛(wèi)星軌道.ppt第3章鏈路傳輸工程.ppt第4章多址技術(shù).ppt第5章星載和地球站設(shè)備.ppt第6章VSAT通信網(wǎng).ppt第7章衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng).ppt第8章衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng).ppt第9章衛(wèi)星數(shù)字電視廣播系統(tǒng).ppt第10章衛(wèi)星定位與導(dǎo)航系統(tǒng).ppt第11章深空通信.ppt全套可編輯PPT課件

課程簡(jiǎn)介課程名稱：衛(wèi)星通信課程學(xué)時(shí)：32周學(xué)時(shí)：4課程性質(zhì)：專業(yè)選修課程目的本課程是為通信工程、計(jì)算機(jī)通信、無(wú)線電技術(shù)等專業(yè)高年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門專業(yè)課，其目的是使學(xué)生掌握衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成、原理和技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。課程特點(diǎn)講述衛(wèi)星通信的基礎(chǔ)知識(shí)，側(cè)重于基本概念和原理，而對(duì)于復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，則從略。課程概況課程成績(jī)計(jì)算平時(shí)成績(jī)：30％（半期考試和作業(yè)各占15％）期末考試：70％通信：在兩個(gè)或多個(gè)位置實(shí)現(xiàn)信息的傳輸、接收和處理。有線通信：光纖、電纜、明線無(wú)線通信：短波/超短波通信、微波中繼通信、地面移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信是個(gè)人通信網(wǎng)的組成部分，是地面通信網(wǎng)的補(bǔ)充。

衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信的概念

衛(wèi)星通信是指利用通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器實(shí)現(xiàn)地球站（或手持終端）之間、或者地球站與航天器之間的無(wú)線電通信。教材和參考書朱立東等，《衛(wèi)星通信導(dǎo)論》（第3版），北京：電子工業(yè)出版社，2009年11月第1次印刷（衛(wèi)星通信課程教材）DennisRoddy.SatelliteCommunications.TheMcGraw-HillCompanies,inc.,2002（清華大學(xué)出版社）TimothyPratt,CharlesBostianandJeremyAllnutt.SatelliteCommunications.NewYork:JohnWilyandSons,Inc.,2003（電子工業(yè)出版社）張乃通等，《衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)》(第2版），北京：電子工業(yè)出版社，2000ErichLutz,MarkusWernerandAxelJahn.SatelliteSystemsforPersonalandBroadCommunications.Berlin:Springer-Verlag,2000第一章衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述一、衛(wèi)星軌道二、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成三、衛(wèi)星通信的業(yè)務(wù)類型四、頻率分配五、衛(wèi)星通信的特點(diǎn)六、衛(wèi)星通信的發(fā)展歷史七、通信衛(wèi)星的分類八、衛(wèi)星通信的研究動(dòng)態(tài)九、衛(wèi)星通信的應(yīng)用一、衛(wèi)星軌道

假設(shè)地球是質(zhì)量均勻分布的圓球體，忽略太陽(yáng)、月球和其它行星的引力作用，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)服從開(kāi)普勒三大定律。開(kāi)普勒定律

開(kāi)普勒第一定律：衛(wèi)星以地心為一個(gè)焦點(diǎn)做橢圓運(yùn)動(dòng)。其軌道平面的極坐標(biāo)為：

圖1橢圓軌道的示意圖

開(kāi)普勒第二定律：衛(wèi)星與地心的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。

V為衛(wèi)星在軌道上的瞬時(shí)速度。其中a為橢圓軌道的半長(zhǎng)軸，r為衛(wèi)星到地心的距離。u為開(kāi)普勒常數(shù)，u值為398601.58*109m3/s2

開(kāi)普勒第三定律：衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)周期的平方與軌道半長(zhǎng)軸的3次方成正比。

u為開(kāi)普勒常數(shù)，u值為398601.58109m3/s2。(1)地球非球形引起的攝動(dòng)，表現(xiàn)為：衛(wèi)星的軌道面繞地軸緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)近地點(diǎn)位置變化（2）大氣阻力的影響衛(wèi)星軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)降低，長(zhǎng)軸縮短，即運(yùn)行周期縮短偏心率減小，軌道愈變愈圓

衛(wèi)星軌道攝動(dòng)

地球形狀不規(guī)則大氣阻力太陽(yáng)和月球引力二、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成空間段 主要是衛(wèi)星本身。星體包括兩大子系統(tǒng)：星載設(shè)備和衛(wèi)星母體。地面段 典型的地面段即地球站，包括地面衛(wèi)星控制中心（SCC,Satellitecontrolcenter）及其跟蹤、遙測(cè)和指令站（TT&C,Tracking,telemetryandcommandstation）。用戶段：各種用戶終端三、衛(wèi)星通信的業(yè)務(wù)類型ITU(InternationalTelecommunicationUnion)定義三種業(yè)務(wù)類型：固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)FSS(Fixedsatelliteservice)移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)MSS(Mobilesatelliteservice)廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)BSS(Broadcastingsatelliteservice)四、頻率分配衛(wèi)星通信的頻率窗口：大氣對(duì)不同頻率電波傳播的吸收損耗差異很大，形成星－地傳輸?shù)念l率窗口。吸收損耗在22和60GHz有峰值。衛(wèi)星通信頻段：目前常用頻段有L，S，C，X，Ku，Ka。

L頻段：1～2GHZ，一般記為1.6/1.5G(上行/

下行)，用于MSS，GEO衛(wèi)星測(cè)控。

S頻段：2～4GHz，用于MSS，GEO衛(wèi)星測(cè)控。

C頻段：4～7GHz，用于FSS和MSS的饋電鏈路。

Ku頻段：12～18GHz，用于FSS，BSS。

Ka頻段：20～40GHz,用于FSS，MSS。此外，VHF、UHF用于低軌小衛(wèi)星通信。

VHF頻段：0.1~0.3GHz，用于移動(dòng)、導(dǎo)航業(yè)務(wù)

UHF頻段：0.3~1.0GHz，用于移動(dòng)、導(dǎo)航業(yè)務(wù)更高頻段

Q頻段：36.0~46.0GHz，V頻段：46.0~56.0GHz大氣吸收附加損耗與頻率的關(guān)系五、衛(wèi)星通信的特點(diǎn)服務(wù)范圍寬：一顆GEO衛(wèi)星覆蓋全球表面的

42%；中低軌星座系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。可用頻段寬：從150MHz～30GHz(Ka波段)。目前已開(kāi)始開(kāi)發(fā)Q、V波段(40～50GHz)。網(wǎng)絡(luò)路由簡(jiǎn)捷：旁路復(fù)雜的地面“網(wǎng)絡(luò)云”?？鐕?guó)公司專網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度快、成本低：除建站外，無(wú)需地面施工。運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。系統(tǒng)均勻服務(wù)，易引入新業(yè)務(wù)：統(tǒng)一的業(yè)務(wù)提供商，利于系統(tǒng)為各地區(qū)提供均勻的服務(wù)。衛(wèi)星通信在中國(guó)的特殊地位幅員遼闊人口眾多地區(qū)發(fā)展不平衡中國(guó)有60％左右的地區(qū)是地面網(wǎng)盲區(qū)，如海洋、高山、沙漠和草原等，通信的困難甚至成為人們生存的障礙由于衛(wèi)星通信相對(duì)于地面通信網(wǎng)的綜合造價(jià)成本高，終端貴，因此，衛(wèi)星通信的市場(chǎng)定位應(yīng)該是地面通信網(wǎng)的延伸和補(bǔ)充，主要服務(wù)于地面通信網(wǎng)不能覆蓋的區(qū)域及有特殊通信需求的人群衛(wèi)星覆蓋區(qū)域廣，可以較經(jīng)濟(jì)地為地面蜂窩網(wǎng)覆蓋范圍以外的用戶“唯星用戶”提供移動(dòng)通信業(yè)務(wù)解決邊遠(yuǎn)地區(qū)通信服務(wù)、企業(yè)專網(wǎng)、洲際通信、國(guó)防通信，與地面通信網(wǎng)結(jié)合解決廣域無(wú)縫覆蓋衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)能擴(kuò)大地面移動(dòng)通信的地理和業(yè)務(wù)覆蓋范圍，除提供常規(guī)的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)外，還可向空中、海面和復(fù)雜地理結(jié)構(gòu)的地面區(qū)域的各類移動(dòng)用戶提供服務(wù)。從應(yīng)用來(lái)講，地面移動(dòng)通信網(wǎng)主要集中在高業(yè)務(wù)量的應(yīng)用環(huán)境，而衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)最適合于低業(yè)務(wù)量地區(qū)、航海、航空及地面網(wǎng)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的應(yīng)用環(huán)境，并且在地面網(wǎng)絡(luò)過(guò)載或發(fā)生故障時(shí)作為其迂回網(wǎng)絡(luò)。衛(wèi)星移動(dòng)通信和地面移動(dòng)通信六、世界衛(wèi)星通信的發(fā)展歷史1945年ClarkeA.C.提出三顆同步衛(wèi)星覆蓋全球1957年前蘇聯(lián)發(fā)射世界上第一顆衛(wèi)星Sputnik1963年美國(guó)發(fā)射世界上第一顆同步軌道衛(wèi)星SYNCOM1964年INTERSAT成立1965年第一顆商用同步衛(wèi)星“晨鳥(niǎo)”進(jìn)入軌道1975年第一次通過(guò)衛(wèi)星成功實(shí)現(xiàn)直接廣播試驗(yàn)衛(wèi)星通信的發(fā)展歷史（續(xù)）1979年INMARSAT成立1982年國(guó)際海事衛(wèi)星通信進(jìn)入運(yùn)行1984年第一個(gè)DTH系統(tǒng)在日本進(jìn)入運(yùn)行1987年INMARSAT成功進(jìn)行地面移動(dòng)衛(wèi)星通信試驗(yàn)1989～1990年INMARSAT將全球移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)擴(kuò)展到地面和空間移動(dòng)通信領(lǐng)域1995年WRC對(duì)非靜止軌道衛(wèi)星系統(tǒng)分配新頻譜；商用LEO衛(wèi)星系統(tǒng)ORBCOM第一次傳送低速數(shù)據(jù)試驗(yàn)成功1998年通過(guò)LEO星座引入手機(jī)通信業(yè)務(wù)1999~2000年引入衛(wèi)星直接廣播語(yǔ)音業(yè)務(wù)2000~2005年引入寬帶個(gè)人通信，Ka頻段發(fā)展迅速中國(guó)衛(wèi)星通信的發(fā)展中國(guó)第一顆試驗(yàn)衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”于1970年4月24日發(fā)射成功，重37Kg，運(yùn)轉(zhuǎn)周期110分鐘，繞地球一周，以旋極化的全球波束向全球廣播“東方紅樂(lè)曲”。東方紅一號(hào)中國(guó)衛(wèi)星發(fā)展史（續(xù)）1984年8月8日成功發(fā)射第一顆同步軌道試驗(yàn)通信衛(wèi)星“東方紅二-1”，定位在125°E，重433Kg，攜帶2個(gè)8W的C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，以全球波束輻射，中心波束為23.4dBW。1986年2月1日“東方紅二號(hào)-2“成功定位在103°E，攜帶2個(gè)C頻轉(zhuǎn)發(fā)器，以區(qū)域橢圓波束輻射傳送，重433Kg，中心波束為34.5dBW。攜帶2個(gè)8W的C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，以全球波束輻射，中心波束為23.4dBW。中國(guó)衛(wèi)星發(fā)展史（續(xù)）1988年3月7日“東方紅二號(hào)甲-1“簡(jiǎn)稱“東二甲-1“，對(duì)外稱“中衛(wèi)一號(hào)“定位在87.5°E，波束中心指向101.7°E，34.11°N，中心波束為36dBW。4個(gè)C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，二個(gè)8W，二個(gè)10W，以區(qū)域橢圓波束輻射傳送。衛(wèi)星重441Kg，壽命7年。1990年2月4日“東方紅二號(hào)甲3“簡(jiǎn)稱“東二甲3“，對(duì)外稱“中衛(wèi)三號(hào)“定位在98°E，波束中心指向103.23°E，33.84°N，中心波束36dBW。4個(gè)C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器以區(qū)域橢圓波束輻射傳送。衛(wèi)星重441Kg。中國(guó)衛(wèi)星發(fā)展史（續(xù)）1991年12月28日“東方紅三號(hào)”發(fā)射但衛(wèi)星定位失敗。1993年7月“中星五號(hào)”衛(wèi)星啟用，定位115.5o，播出8個(gè)省級(jí)節(jié)目。1996年7月3日『亞太一A』在西昌發(fā)射中心成功發(fā)射，本衛(wèi)星和『亞太一號(hào)』相同為C頻段雙極星，定位于東經(jīng)134°E，臺(tái)灣地區(qū)信號(hào)覆蓋強(qiáng)度為37dBm，接收容易。1997年5月11日新的“東方紅三號(hào)”又稱為“中衛(wèi)6號(hào)”發(fā)射成功，它是新型大功率的衛(wèi)星，攜帶24個(gè)C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，定位125°E。中國(guó)衛(wèi)星發(fā)展史（續(xù)）1998年5月30日新的“中衛(wèi)一號(hào)”發(fā)射成功。它是第一顆攜帶Ku頻段的新型大功率的衛(wèi)星，攜帶18個(gè)

C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，定位在87.5°E。1998年7月18日“鑫諾一號(hào)”發(fā)射成功。攜帶14個(gè)Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器和24個(gè)C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器和一對(duì)C-Ku頻段互聯(lián)轉(zhuǎn)發(fā)器，定位在110.5°E。中國(guó)衛(wèi)星發(fā)展史（續(xù)）2003年10月21日11時(shí)16分，太原衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征”四號(hào)乙運(yùn)載火箭成功地將中國(guó)與巴西聯(lián)合研制的第二顆“資源一號(hào)”衛(wèi)星和中國(guó)科學(xué)院研制的“創(chuàng)新一號(hào)”小衛(wèi)星送入太空?；鸺l(fā)射13分鐘后，“資源一號(hào)”衛(wèi)星進(jìn)入太陽(yáng)同步軌道?；鸺^續(xù)飛行約40秒后，“創(chuàng)新一號(hào)”衛(wèi)星與火箭分離，進(jìn)入預(yù)定軌道。中國(guó)衛(wèi)星發(fā)展史（續(xù)）2003年10月15日，神州五號(hào)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。2005年10月12日，神州五號(hào)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。2008年9月25日成功發(fā)射神州五號(hào)中國(guó)衛(wèi)星發(fā)展史（續(xù)）2006年10月29日“鑫諾二號(hào)”衛(wèi)星在西昌發(fā)射成功，但是在定點(diǎn)過(guò)程中出現(xiàn)技術(shù)故障，致使太陽(yáng)帆板二次展開(kāi)和通信天線展開(kāi)未能完成，無(wú)法提供通信廣播傳輸服務(wù)2000年10月31日、12月21日、2003年5月25日、2007年2月3日先后成功發(fā)射四顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星

2007年4月14日中國(guó)成功發(fā)射了第一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星一號(hào)（Beidou-1）中國(guó)衛(wèi)星發(fā)展史（續(xù)）2007年6月1日“鑫諾三號(hào)”衛(wèi)星在西昌發(fā)射成功，軌道位置：E125o，覆蓋中國(guó)及周邊國(guó)家和地區(qū)。2008年4月25日中國(guó)首顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號(hào)01星”在西昌發(fā)射成功，其任務(wù)是為衛(wèi)星、飛船等航天器提高數(shù)據(jù)中繼和測(cè)控服務(wù)2009年4月15日第2顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射2010年1月17日第3顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢(shì)傳統(tǒng)的C、Ku頻段靜止軌道衛(wèi)星將保持穩(wěn)定發(fā)展，并將以大容量(轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量在50個(gè)左右)、高功率(功率為8000瓦至15000瓦)和長(zhǎng)壽命(壽命在15年左右)的新系統(tǒng)逐步更換現(xiàn)有系統(tǒng)。靜止軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)服務(wù)對(duì)象將從原有的傳統(tǒng)用戶轉(zhuǎn)移至缺少陸地服務(wù)的邊遠(yuǎn)地區(qū)。Ka頻段靜止軌道衛(wèi)星系統(tǒng)已逐步走向?qū)嵱没?，衛(wèi)星通信網(wǎng)從窄帶向?qū)拵н^(guò)渡，如覆蓋美洲的EchoStar-Ka、ASTROLINK和PAS等。

衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢(shì)（續(xù)）窄帶的中、低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)投入運(yùn)行，如Iridium、ICO和Globalstar等系統(tǒng)。寬帶低軌道系統(tǒng)正在加緊開(kāi)發(fā)之中，預(yù)計(jì)在21世紀(jì)初可陸續(xù)發(fā)射，用于高速數(shù)據(jù)和可視電話傳輸。如Teledesic系統(tǒng)共包括288顆衛(wèi)星，工作于Ka頻段，壽命設(shè)計(jì)為10年左右。小型低軌衛(wèi)星系統(tǒng)已陸續(xù)投入運(yùn)行，用于低速數(shù)據(jù)傳輸，如E-Sat、GEAmerican和GEMnet等系統(tǒng)。全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)將面臨升級(jí)換代的問(wèn)題。中、低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)為適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展和系統(tǒng)對(duì)容量的更大要求已形成了新的演變過(guò)渡方案，如Iridium系統(tǒng)將其運(yùn)行的衛(wèi)星數(shù)目從66顆增加至96顆。隨著1997年9月26日美國(guó)FCC頻率申請(qǐng)計(jì)劃新周期的開(kāi)始，Q、V段新系統(tǒng)紛紛推出，各公司開(kāi)始申請(qǐng)Q和V頻段新系統(tǒng)。衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢(shì)（續(xù)）同步衛(wèi)星向大容量、多波束、智能化方向發(fā)展低軌衛(wèi)星與地面蜂窩通信相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人通信小衛(wèi)星通信地面站的廣泛應(yīng)用數(shù)字視頻廣播(DVB)和數(shù)字音頻廣播步入家庭和個(gè)人用戶多媒體通信和Internet接入微小衛(wèi)星、納衛(wèi)星和皮衛(wèi)星的快速發(fā)展衛(wèi)星通信技術(shù)空間段技術(shù)地面段技術(shù)用戶終端技術(shù)衛(wèi)星通信技術(shù)空間段技術(shù)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)空間段：衛(wèi)星重量、功率和尺寸，星上通信設(shè)備。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目增多，從最少1個(gè)增加到48個(gè)，同時(shí)每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的容量增加到36MHz(C波段)/54MHz(Ku波段)；使用頻段從C波段(6/4GHz)移向Ku波段(14/12GHz或14/11GHz；星上天線增多，從第四代衛(wèi)星開(kāi)始逐步形成由全球波束、半球波束、區(qū)域波束和點(diǎn)波束組成的多波束系統(tǒng)，頻率復(fù)用次數(shù)增多；實(shí)現(xiàn)星上波束交換

衛(wèi)星通信技術(shù)（續(xù)）地面段技術(shù)以前：超低溫參數(shù)放大器，速調(diào)管或行波管放大器；現(xiàn)在：全固化常溫低噪聲放大器和全固化功率放大器發(fā)展起來(lái)；衛(wèi)星功率不斷增大，地面站逐步由大變小，天線直徑由30米減小到幾米甚至不到1米。

需要發(fā)展的一些技術(shù)更高頻段的開(kāi)發(fā)和多頻段共用多星共位大型可展開(kāi)天線技術(shù)動(dòng)態(tài)可調(diào)功率放大器技術(shù)先進(jìn)的調(diào)制、編碼和壓縮技術(shù)高功率、高EIRP技術(shù)星座衛(wèi)星系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)星座設(shè)計(jì)星間鏈路多波束天線技術(shù)星上交換和處理移動(dòng)性管理技術(shù)網(wǎng)絡(luò)控制和管理技術(shù)衛(wèi)星系統(tǒng)與地面系統(tǒng)的綜合應(yīng)用（微）小衛(wèi)星技術(shù)七、通信衛(wèi)星的分類按軌道分：GEO，HEO，MEO，LEO按工作區(qū)域分：國(guó)際通信衛(wèi)星、國(guó)內(nèi)通信衛(wèi)星、區(qū)域通信衛(wèi)星按應(yīng)用領(lǐng)域分：廣播電視衛(wèi)星、跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星、軍事通信衛(wèi)星（如戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)通信衛(wèi)星、艦隊(duì)通信衛(wèi)星、軍用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星等）。衛(wèi)星按重量分類種類重量（kg）大衛(wèi)星>1000中型衛(wèi)星500～1000小衛(wèi)星100～500微小衛(wèi)星10～100納衛(wèi)星1～10皮衛(wèi)星0.1～1飛衛(wèi)星<0.1八、衛(wèi)星通信的研究動(dòng)態(tài)國(guó)外衛(wèi)星研究動(dòng)態(tài)英國(guó)：Surrey大學(xué)，ICO全球通信公司的ICO(10355km,12顆衛(wèi)星，軌道傾角45度美國(guó)：Motorola銥系統(tǒng)，Loral和Qualcomm的全球星系統(tǒng)，Microsoft公司參與的“Teledesic”系統(tǒng)俄羅斯：Informcosmos的Marathon-Acros（GEO,5)，2003年預(yù)計(jì)發(fā)射40余顆通信衛(wèi)星和探測(cè)衛(wèi)星德國(guó)：SATCON公司的LEOSATCOURIER(800km，77顆衛(wèi)星，軌道傾角77度）法國(guó)：AlcatelEspace的SkyBridge(1457km,64顆衛(wèi)星）美國(guó)大學(xué)納衛(wèi)星計(jì)劃項(xiàng)目承擔(dān)單位“3星”星群（3-Sat）亞歷桑那大學(xué)，科羅拉多大學(xué)，新墨西哥大學(xué)電磁輻射與閃光探測(cè)（Emerald）斯坦福大學(xué)和克拉拉大學(xué)電離層探測(cè)與衛(wèi)星編隊(duì)（ION-F）猶他大學(xué)，弗吉尼亞工學(xué)院，華盛頓大學(xué)星群開(kāi)拓者（CP）波士頓大學(xué)太陽(yáng)帆（SB）納衛(wèi)星卡內(nèi)基美隆大學(xué)納衛(wèi)星的發(fā)射與釋放美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室九、衛(wèi)星通信應(yīng)用衛(wèi)星視頻廣播業(yè)務(wù)交互式業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通信和Internet業(yè)務(wù)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)衛(wèi)星導(dǎo)航衛(wèi)星遙感（對(duì)空和對(duì)地遙感）氣象觀測(cè)地球資源勘探、海洋監(jiān)視偵察（包括照相偵察和電子偵察）、預(yù)警支持載人航天遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療衛(wèi)星其它應(yīng)用

第2章衛(wèi)星軌道

目錄一、與星座有關(guān)的基本概念二、衛(wèi)星軌道的分類三、衛(wèi)星的軌道要素四、衛(wèi)星對(duì)地面的覆蓋參考書張乃通等，《衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)》，北京：電子工業(yè)出版社，2000年張更新等，《衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)》，北京：人民郵電出版社，2001年王希季，李大耀?！缎l(wèi)星設(shè)計(jì)學(xué)》，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1997年一、與星座有關(guān)的基本概念天文學(xué)的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)升節(jié)點(diǎn)春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)日心圓坐標(biāo)系地心赤道坐標(biāo)系太陽(yáng)日恒星日世界時(shí)間和地方時(shí)天文學(xué)的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)天球：人們?yōu)榱吮阌谘芯刻祗w，假想以空間任意點(diǎn)為中心，以無(wú)限長(zhǎng)為半徑所作的球。

天赤道：延伸地球赤道面而同天球相交的大圓稱為“天赤道”。天極：向南北兩個(gè)方向無(wú)限延長(zhǎng)地球自轉(zhuǎn)軸所在的直線，與天球形成兩個(gè)交點(diǎn)，分別叫作北天極與南天極。黃道：從地球上看，太陽(yáng)于一年之內(nèi)在恒星之間所走的視路徑，即地球的公轉(zhuǎn)軌道平面和天球相交的大圓。黃道和天赤道成23度26分的角，相交于春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)。

太陽(yáng)月球地球衛(wèi)星圖2地球、衛(wèi)星、月球和太陽(yáng)的相對(duì)位置升節(jié)點(diǎn)（或升交點(diǎn)）：衛(wèi)星從地球的南半球向北半球飛行的時(shí)候經(jīng)過(guò)地球赤道平面的點(diǎn)。春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)：從地球上看，太陽(yáng)沿黃道逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，黃道和天赤道在天球上存在相距180°的兩個(gè)交點(diǎn)，其中太陽(yáng)沿黃道從天赤道以南向北通過(guò)天赤道的那一點(diǎn)，稱為春分點(diǎn)，與春分點(diǎn)相隔180°的另一點(diǎn)，稱為秋分點(diǎn)，太陽(yáng)分別在每年的春分（3月21日前后）和秋分（9月23日前后）通過(guò)春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，春分點(diǎn)為太陽(yáng)沿黃道從天赤道以南向北通過(guò)天赤道的那一點(diǎn)。春分點(diǎn)秋分點(diǎn)黃道天赤道圖4春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)示意圖日心（Heliocentric）橢圓坐標(biāo)系：坐標(biāo)系的原點(diǎn)是太陽(yáng)的中心，其XY基準(zhǔn)平面與地球繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的橢圓軌道面重合。X軸定義為連接原點(diǎn)和橢圓面與地球赤道面的橫斷面的連線，其正方向指向春分點(diǎn)方向。Y軸的正方向指向X軸正方向的東方，Z軸的正方向指向原點(diǎn)的北方。

地心（Geocentric）赤道坐標(biāo)系：坐標(biāo)原點(diǎn)為地心；坐標(biāo)軸X在赤道平面內(nèi)，指向春分點(diǎn)；Z軸垂直于地球赤道面，與地球自轉(zhuǎn)角速度方向一致；Y軸與X軸、Z軸垂直，構(gòu)成右手系。太陽(yáng)日：一個(gè)太陽(yáng)日是指太陽(yáng)連續(xù)經(jīng)過(guò)當(dāng)?shù)刈游缇€的時(shí)間間隔，即通常所說(shuō)的一天。如果地球只是自轉(zhuǎn)，而不繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)的話，一個(gè)太陽(yáng)日就應(yīng)該與地球自轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間相同。實(shí)際上，地球除了自轉(zhuǎn)外，還要繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)（一年轉(zhuǎn)一圈）。因此，在一個(gè)太陽(yáng)日中地球自轉(zhuǎn)就超過(guò)了360o，平均說(shuō)來(lái)在一個(gè)太陽(yáng)日中地球要多自轉(zhuǎn)0.986o。恒星日：一個(gè)恒星日定義為地球繞其軸自轉(zhuǎn)360o需的時(shí)間。一個(gè)恒星日要比一個(gè)太陽(yáng)日短，一個(gè)太陽(yáng)日為24小時(shí)，而一個(gè)恒星日約為23小時(shí)56分4.09秒。對(duì)于GEO衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，為了與地面上的一點(diǎn)保持相對(duì)靜止，其軌道周期就必須是一個(gè)恒星日。圖5太陽(yáng)日和恒星日示意圖世界時(shí)間：為了在全世界范圍內(nèi)確定一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，選擇英國(guó)格林尼治的民用時(shí)間作為世界時(shí)間（UniversalTime，簡(jiǎn)記為UT），因此，世界時(shí)間有時(shí)也叫格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（GreenwichMeanTime，簡(jiǎn)記為GMT）。地方時(shí)：以地方子午圈為基準(zhǔn)所決定的時(shí)間，叫做地方時(shí)。在同一計(jì)量系統(tǒng)內(nèi)，同一瞬間測(cè)得地球上任意兩點(diǎn)的地方時(shí)刻之差，在數(shù)值上等于這兩點(diǎn)的地理經(jīng)度差。

二、衛(wèi)星軌道的分類按衛(wèi)星軌道的傾角分按衛(wèi)星軌道的偏心率分按軌道的高度分按衛(wèi)星軌道的重復(fù)特性分按衛(wèi)星軌道的傾角大小分

衛(wèi)星軌道的傾角是指衛(wèi)星軌道面與赤道平面的夾角。赤道軌道：軌道傾角為0度，軌道面與赤道面重合。極軌道：軌道傾角為90度，軌道平面通過(guò)地球南、北極，與赤道平面垂直。順行軌道：軌道傾角大于0度而小于90度，將這種衛(wèi)星送入軌道，運(yùn)載火箭需要朝偏東方向發(fā)射。利用地球自西向東自轉(zhuǎn)的一部分速度，從而節(jié)省運(yùn)載火箭的能量。逆行軌道：軌道傾角大于90度而小于180度，將這種衛(wèi)星送入軌道，運(yùn)載火箭需要朝偏西方向發(fā)射。不能利用地球自轉(zhuǎn)速度來(lái)節(jié)約運(yùn)載火箭的能量，反而要付出額外的能量去克服一部分地球自轉(zhuǎn)速度。

赤道軌道順行軌道

極軌道逆行軌道圖6不同傾角的衛(wèi)星軌道太陽(yáng)同步軌道：當(dāng)衛(wèi)星軌道角度大于90度時(shí)，地球的非球形重力場(chǎng)使衛(wèi)星的軌道平面由西向東轉(zhuǎn)動(dòng)。適當(dāng)調(diào)整衛(wèi)星的高度、傾角、形狀，可以使衛(wèi)星軌道的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度恰好等于地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的平均角速度，這種軌道稱為太陽(yáng)同步軌道。太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星可以在相同的當(dāng)?shù)貢r(shí)間和光照條件下，多次拍攝同一地區(qū)的云層和地面目標(biāo)，氣象衛(wèi)星和資源衛(wèi)星多采用這種軌道。按衛(wèi)星軌道的偏心率不同分圓軌道：偏心率為零的軌道，偏心率接近零的近圓軌道有時(shí)也稱為圓軌道。橢圓軌道：偏心率在0和1之間的軌道。偏心率大于0.2的軌道稱為大偏心率橢圓軌道，又稱大橢圓軌道。沿橢圓軌道運(yùn)行的衛(wèi)星，探測(cè)的空間范圍相對(duì)較大。拋物線軌道：偏心率為1的軌道。雙曲線軌道：偏心率大于1的軌道。沿拋物線和雙曲線軌道運(yùn)行，衛(wèi)星將飛離地球的引力場(chǎng)。行星探測(cè)器的星際航行，采用這兩種軌道。圓、橢圓軌道的選擇全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)多采用圓軌道，可以均勻覆蓋南北球區(qū)域衛(wèi)星通信系統(tǒng)，若覆蓋區(qū)域相對(duì)于赤道不對(duì)稱或覆蓋區(qū)域緯度較高，則宜采用橢圓軌道按衛(wèi)星軌道的高度分低軌道(LEO)：軌道高度低于2000公里。中軌道(MEO)：軌道高度在2000公里和20000公里之間。高軌道(HEO)：軌道高度大于20000公里而又小于35786.6公里。地球靜止軌道(GEO)：軌道高度為35786.6公里。圖7范.艾倫帶示意圖1500km-5000km，以3750km為中心13000km-20000km，以18500km為中心按衛(wèi)星軌道的重復(fù)特性分

衛(wèi)星的星下點(diǎn)：衛(wèi)星瞬時(shí)位置和地球中心的連線與地球表面的交點(diǎn)。回歸軌道：衛(wèi)星的星下點(diǎn)軌跡在一天內(nèi)重復(fù)的軌道，一般地球自轉(zhuǎn)周期與衛(wèi)星軌道周期的比值為整數(shù)。準(zhǔn)回歸軌道：衛(wèi)星的星下點(diǎn)軌跡間隔N（整正數(shù)）日后進(jìn)行重復(fù)的軌道，當(dāng)N=1時(shí)就是回歸軌道。非回歸軌道：衛(wèi)星的星下點(diǎn)軌跡不周期性重迭的軌道。衛(wèi)星星下點(diǎn)圖8星下點(diǎn)軌跡衛(wèi)星星下點(diǎn)軌跡舉例

?一顆軌道高度為13892km，軌道傾角60o，初始位置（0oE，0oN）的衛(wèi)星24小時(shí)的星下點(diǎn)軌跡如下圖所示

衛(wèi)星在外層空間沿著軌道運(yùn)行，而地球在不斷地自轉(zhuǎn)。衛(wèi)星在沿著橢圓軌道繞地球運(yùn)行時(shí)，其后一圈運(yùn)行的星下點(diǎn)軌跡一般不重復(fù)前一圈運(yùn)行的星下點(diǎn)軌跡。沿橢圓軌道運(yùn)行的衛(wèi)星在某一圈運(yùn)行的星下點(diǎn)軌跡由以下方程決定（定義該圈運(yùn)行通過(guò)升節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻作為度量零點(diǎn)）。

是衛(wèi)星星下點(diǎn)的地心緯度，單位是度；是衛(wèi)星星下點(diǎn)的地心經(jīng)度，單位是度；是升節(jié)點(diǎn)的經(jīng)度，單位是度；是t時(shí)刻衛(wèi)星與升節(jié)點(diǎn)之間的角距（從升節(jié)點(diǎn)開(kāi)始度量，順行方向取正值，逆行方向取負(fù)值）；t是飛行時(shí)間，單位為秒；是地球自轉(zhuǎn)角速度，單位為度/秒；

號(hào)分別用于順行和逆行軌道。圖9圓軌道衛(wèi)星星下點(diǎn)軌跡圖

衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的速度和軌道周期分別為：U為開(kāi)普勒常數(shù)，u=398601.58109m3/s2。圖10圓軌道覆蓋示意圖

其中e是地面上的通信終端對(duì)衛(wèi)星的仰角，星下覆蓋區(qū)對(duì)應(yīng)的地球中心角γ(覆蓋地心角)為：仰角e為：S是終端到衛(wèi)星的距離，表示為：用戶到衛(wèi)星的傳播時(shí)延為：地球表面上，衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域面積為：衛(wèi)星在地面上的覆蓋半徑為：衛(wèi)星在地球上覆蓋的弧長(zhǎng)為：用戶可以通信的軌道弧長(zhǎng)為：用戶可以與衛(wèi)星通信的最長(zhǎng)時(shí)間為：例題一

衛(wèi)星繞地球做圓軌道運(yùn)動(dòng)，假設(shè)地球半徑為6356.755km，系統(tǒng)要求用戶終端的最小仰角為10o，衛(wèi)星距地面的高度為785km，求（1）單顆衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域面積；（2）用戶到衛(wèi)星的傳播時(shí)延；（3）用戶可以與衛(wèi)星通信的最長(zhǎng)時(shí)間。例題二

有一個(gè)由N顆地球靜止軌道衛(wèi)星組成的通信系統(tǒng)，已知靜止軌道衛(wèi)星高度H＝36000km，假定地球站天線最小仰角Emin＝20o

。為使該通信系統(tǒng)能夠完全覆蓋地球赤道，問(wèn)至少要有多少顆衛(wèi)星（N）？三、衛(wèi)星的軌道要素軌道平面傾角i軌道的半長(zhǎng)軸a軌道的偏心率e升節(jié)點(diǎn)位置

近地點(diǎn)幅角

衛(wèi)星初始時(shí)刻的位置

圖3軌道參數(shù)圖

下面討論的衛(wèi)星軌道要素是指單顆衛(wèi)星。軌道平面傾角i：軌道平面與赤道平面的夾角軌道的偏心率e：對(duì)于橢圓軌道，是兩個(gè)焦點(diǎn)之間的距離與長(zhǎng)軸之比。升節(jié)點(diǎn)位置（又稱為升交點(diǎn)赤經(jīng)）

：從春分點(diǎn)到地心的連線和從升節(jié)點(diǎn)到地心的連線之間的夾角。近地點(diǎn)幅角

：從升節(jié)點(diǎn)到地心的連線與衛(wèi)星近地點(diǎn)和地心連線的夾角。衛(wèi)星初始時(shí)刻的位置

：衛(wèi)星在初始時(shí)刻到地心的連線與升節(jié)點(diǎn)到地心連線之間的夾角。其中

是初始時(shí)刻衛(wèi)星在軌道內(nèi)的幅角，從升節(jié)點(diǎn)位置開(kāi)始計(jì)算。

在衛(wèi)星軌道的六個(gè)要素中，軌道傾角和升節(jié)點(diǎn)位置決定軌道平面在慣性空間的位置，近地點(diǎn)幅角決定軌道在軌道平面內(nèi)的指向，軌道半長(zhǎng)軸和軌道偏心率決定軌道的大小和形狀。對(duì)于圓軌道，只需要四個(gè)軌道參數(shù)，即軌道高度、軌道傾角、升節(jié)點(diǎn)位置和某一特定時(shí)刻衛(wèi)星在軌道平面內(nèi)距升節(jié)點(diǎn)的角距。

四、衛(wèi)星對(duì)地面的覆蓋單顆衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域：表示衛(wèi)星在空間軌道上的某一位置對(duì)地面的覆蓋。衛(wèi)星的地面覆蓋帶：衛(wèi)星沿空間軌道運(yùn)行對(duì)地面的覆蓋情況。衛(wèi)星環(huán)的覆蓋帶：多顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星環(huán)沿空間軌道運(yùn)行對(duì)地面的覆蓋情況。圖11單顆衛(wèi)星覆蓋帶示意圖圖12覆蓋區(qū)域最大斜視距離和可見(jiàn)弧長(zhǎng)相對(duì)衛(wèi)星軌道高度的關(guān)系星座覆蓋形式持續(xù)性全球覆蓋持續(xù)性地帶覆蓋持續(xù)性區(qū)域覆蓋部分覆蓋

持續(xù)性全球覆蓋持續(xù)性地帶覆蓋持續(xù)性區(qū)域覆蓋部分覆蓋圖13不同的覆蓋形式98第3章鏈路傳輸工程99目錄一、星-地鏈路傳播特性二、衛(wèi)星移動(dòng)通信鏈路特性三、天線的方向性和電極化問(wèn)題四、噪聲與干擾五、衛(wèi)星通信全鏈路質(zhì)量六、信道對(duì)傳輸信號(hào)的損害七、上、下行鏈路的RF干擾100鏈路傳播特性星際鏈路：只考慮自由空間傳播損耗星-地鏈路：由自由空間傳播損耗和近地大氣的各種影響所確定101

衛(wèi)星通信的電波要經(jīng)過(guò)對(duì)流層（含云層和雨層）、平流層、電離層和外層空間，跨越距離大，影響電波傳播的因素很多。

熱層（熱電離層）（Thermosphere）

80-500km中間層（Mesosphere）

50-80km平流層（Stratosphere）

16-50km對(duì)流層（Troposphere）

7-16km

外逸層（Exosphere）

500-64,374km102傳播問(wèn)題物理原因主要影響衰減和天空噪聲增加大氣氣體、云、雨大約10GHz以上頻率信號(hào)去極化雨、冰結(jié)晶體C和Ku頻段的雙極化系統(tǒng)折射和大氣多徑大氣氣體低仰角跟蹤和通信信號(hào)閃爍對(duì)流層和電離層折射擾動(dòng)對(duì)流層：低仰角和10GHz

以上頻率電離層：10GHz以下頻率反射多徑和阻塞地球表面及表面上物體衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)傳播延遲、變化對(duì)流層和電離層精確的定時(shí)、定位衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳播問(wèn)題103衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)等效全向輻射功率（EIRP）定義：地球站或衛(wèi)星的天線發(fā)射功率P與該天線增益G的乘積。表明了定向天線在最大輻射方向?qū)嶋H所輻射的功率。

EIRP=P·G，或EIRP(dBW)=P(dBW)+G(dB)噪聲溫度（Te）定義：將噪聲系數(shù)折合為電阻元件在相當(dāng)于某溫度下的熱噪聲，溫度以絕對(duì)溫度K計(jì)。噪聲溫度（Te）與噪聲系數(shù)(NF）的關(guān)系為：NF=10lg(1+Te/290)dB品質(zhì)因素（G/Te）定義：天線增益與噪聲溫度的比值。

G/Te=G(dB)-10lgTe(dB/K)104天線增益的計(jì)算公式

衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中的天線增益可以按下式進(jìn)行計(jì)算：(2-3)式中，A是天線口面的有效面積(m2)，

是工作波長(zhǎng)（m），

為天線效率，Ae為接收天線有效面積。其中=c/f，c為光速，取值為3*108(m/s)。(2-3)式作變換，則105例一計(jì)算頻率為6GHz時(shí)，口徑3m的拋物面天線的增益。（天線效率為0.55）解：根據(jù)106習(xí)題2.5

某地球站使用5m的天線，工作頻率為12GHz，天線噪聲溫度為100K，接收機(jī)前端噪聲溫度為120K，試計(jì)算G/T值（天線與接收機(jī)之間的饋線損耗忽略，天線效率為0.55）解：根據(jù)107一、星-地鏈路傳播特性

衛(wèi)星通信的電波在傳播中要受到損耗，其中最主要的是自由空間傳播損耗，它占總損耗的大部分。其它損耗還有大氣、雨、云、雪、霧等造成的吸收和散射損耗等。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)還會(huì)因?yàn)槭艿侥撤N陰影遮蔽(例如樹(shù)木、建筑物的遮擋等)而增加額外的損耗，固定業(yè)務(wù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)則可通過(guò)適當(dāng)選址避免這一額外的損耗。自由空間傳播損耗

自由空間電波傳播是無(wú)線電波最基本、最簡(jiǎn)單的傳播方式。自由空間是一個(gè)理想化的概念，為人們研究電波傳播提供了一個(gè)簡(jiǎn)化的計(jì)算環(huán)境。108圖2-1以確定的天線面積在不同距離上接收輻射能量109圖2-2自由空間損耗與傳播路徑長(zhǎng)度的關(guān)系110圖2-3衛(wèi)星與地球站的幾何關(guān)系111圖2-4靜止衛(wèi)星與地球站的通信距離關(guān)系曲線1122.2若靜止衛(wèi)星定位于E90o，求位于E110o，N40o的地球站對(duì)衛(wèi)星的仰角、信號(hào)傳播距離。若射頻頻率為6GHz，計(jì)算鏈路的自由空間傳播損耗。解：113有關(guān)鏈路計(jì)算的公式自由空間傳播損耗功率密度接收信號(hào)功率114自由空間傳播損耗計(jì)算公式電波從點(diǎn)源全向天線發(fā)出后在自由空間傳播，能量將擴(kuò)散到一個(gè)球面上。如用定向天線，電波將向某一方向會(huì)聚，在此方向上獲得增益，那么到達(dá)接收點(diǎn)的信號(hào)功率為：

其中：PT為發(fā)射功率;GT為發(fā)射天線增益;GR為接收天線增益；Lf為自由空間傳播損耗。d為傳播距離，

為工作波長(zhǎng)，C為光速，f為工作頻率。Lf通常用分貝表示，當(dāng)d用km、f用GHz表示時(shí)，又可以表示為115116例二衛(wèi)星和地面站之間的距離為42,000km。計(jì)算6GHz時(shí)的自由空間損耗。解：根據(jù)公式（2-8），

Lf=92.44+20lg42000+20lg6=200.46(dB)117功率密度的計(jì)算公式

功率密度（功率通量密度）是指發(fā)射功率經(jīng)過(guò)空間傳播到達(dá)接收點(diǎn)后，在單位面積內(nèi)的功率?？梢员硎緸椋?-1）式。（2-2）式中，PT為天線的發(fā)射功率（W），GT為發(fā)射天線的增益，d為自由空間傳播距離。118例三

衛(wèi)星的EIRP值為49.4dBW，計(jì)算衛(wèi)星離地面距離為40000km時(shí)，地面站的功率密度。解：根據(jù)式（2-1），

地面站的功率密度為119接收信號(hào)功率的計(jì)算公式若接收信號(hào)的有效接收面積為A·

，則接收到的功率為：若用接收天線增益（式2-3）來(lái)表示，上式可以改寫為：120鏈路附加損耗大氣吸收損耗雨衰和云霧的影響大氣折射的影響電離層閃爍和多徑121鏈路附加損耗

1.大氣吸收損耗

在大氣各種氣體中，水蒸汽、氧氣對(duì)電波的吸收衰減起主要作用，水蒸汽的第一吸收峰在22GHz，氧氣在60GHz(35－80GHz間)。對(duì)非常低的水蒸汽密度，衰減可假定與水蒸汽密度成正比。由于在22GHz和60GHz處有較大的損耗峰存在，這些頻率不宜用于星-地鏈路，但可用于星間鏈路?？傮w上，大氣吸收損耗隨頻率的增加而增大。在0.3-l0GHz的頻段，大氣損耗小，適合于電波傳播，這一頻段是當(dāng)前應(yīng)用最多的頻段。30GHz附近也有一個(gè)低損耗區(qū)。122大氣吸收附加損耗與頻率的關(guān)系123鏈路附加損耗

2、雨衰和云霧的影響

在雨天或有霧的氣象條件下，雨滴和霧對(duì)于較高頻率（10GHz以上）的電波會(huì)產(chǎn)生散射和吸收作用，從而引入較大的附加損耗，稱為雨衰。仰角為θ的傳播路徑上的降雨衰減量為：LR=γR·lR(θ)γR是降雨衰減系數(shù)，定義為由雨滴引起的單位長(zhǎng)度上的衰減，單位dB／km；lR(θ)是降雨地區(qū)的等效路徑長(zhǎng)度，定義為當(dāng)仰角為θ時(shí)傳播路徑上產(chǎn)生的總降雨衰減(dB)與對(duì)應(yīng)于地球站所在地降雨強(qiáng)度的降雨衰減系數(shù)比(dB／km)，單位為km。124圖2-6不同仰角時(shí)的雨衰頻率特性125降雨衰減系數(shù)的頻率特性126降雨地區(qū)的等效路徑長(zhǎng)度127云、霧引起的損耗可用下式計(jì)算：其中f為頻率，單位為GHz；Vm為能見(jiàn)度，單位為m。密霧：Vm<50m濃霧：50≤Vm<200m中等霧：200≤Vm<500m雪引起的附加損耗可用下式計(jì)算：其中f為頻率，單位為GHz；I為降雪強(qiáng)度，單位為mm/H。15GHz下，只有中等強(qiáng)度以上的雪才有影響。128鏈路附加損耗3、大氣折射的影響大氣折射率隨著高度的增加、大氣密度的減小而減小，電波射線因折射率隨高度變化而產(chǎn)生彎曲，波束上翹一個(gè)角度增量。大氣折射率的變動(dòng)對(duì)穿越大氣的電波起到一個(gè)凹透鏡的作用，使電波產(chǎn)生微小的散焦衰減，衰減量與頻率無(wú)關(guān)。在仰角大于5度時(shí)，散焦衰減小于0.2dB。此外，因大氣湍流引起的大氣指數(shù)的變化，使電波向各個(gè)方向上散射，導(dǎo)致電波到達(dá)大口面天線時(shí)振幅和相位不均勻分布，引起散射衰落，這類損耗較小。129圖2-7微波信號(hào)通過(guò)大氣層時(shí)產(chǎn)生折射130鏈路附加損耗4、電離層閃爍和多徑

電離層內(nèi)存在電子密度的隨機(jī)不均勻性而引起閃爍，可使信號(hào)產(chǎn)生折射。電離層中不均勻體的發(fā)生和發(fā)展，造成了穿越其中的電波的散射，使得電磁能量在時(shí)空中重新分布，造成電波信號(hào)的幅度、相位、到達(dá)角、極化狀態(tài)等發(fā)生短期不規(guī)則變化。對(duì)閃爍深度大的地區(qū)，用編碼、交織、重發(fā)等技術(shù)，來(lái)克服衰落，減少電離層閃爍的影響；其它地區(qū)可用適當(dāng)增加儲(chǔ)備余量的方法克服電離層閃爍的影響。

131電離層閃爍形成多徑傳播132圖2-8地面反射形成的多徑傳播133地磁中緯度地區(qū)（非閃爍增強(qiáng)帶）電離層閃爍造成的衰落（dB）134電離層閃爍儲(chǔ)備余量135

二、衛(wèi)星移動(dòng)通信鏈路特性多徑衰落：電波在移動(dòng)環(huán)境中傳播時(shí)，會(huì)遇到各種物體，經(jīng)反射、散射、繞射，到達(dá)接收天線時(shí)，已經(jīng)成為通過(guò)各個(gè)路徑到達(dá)的合成波。各傳播路徑分量的幅度和相位各不相同，因此合成信號(hào)起伏大，稱為多徑衰落。陰影衰落：電波途經(jīng)建筑物、樹(shù)木等時(shí)受到阻擋被衰減，這種陰影遮蔽對(duì)陸地衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的電波傳播影響很大。衛(wèi)星移動(dòng)信道的分析模型：經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀缀畏治瞿Ｐ?、概率分布模型。?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒荒芙沂緜鞑ミ^(guò)程的物理本質(zhì)，但可以描述出對(duì)重要參數(shù)的敏感度；幾何分析模型用幾何分析的方法，能預(yù)測(cè)單個(gè)或多個(gè)散射源的作用，解釋衰落機(jī)制，但需將結(jié)果擴(kuò)展到實(shí)際的復(fù)雜情況；概率分布模型建立了對(duì)傳播過(guò)程的理解，對(duì)實(shí)際情況作了簡(jiǎn)化假設(shè)。下面基于概率模型來(lái)描述衛(wèi)星移動(dòng)通信信道的電波傳播特性。136Rician概率密度函數(shù)由建筑物、樹(shù)木或其它反射物造成的反射波形成的多徑信號(hào)，與直射波信號(hào)合成，其信號(hào)包絡(luò)r(t)服從Rician分布，相位服從[0,2]的均勻分布，r(t)可以表示為：其中和為相互正交的高斯過(guò)程，而參數(shù)K稱為萊斯因子，它是直射分量的功率與其他多徑分量功率之和的比值。

r(t)的概率密度函數(shù)為

是電壓的標(biāo)準(zhǔn)差，

2是平均多徑功率，I0()是第一類零階修正貝塞爾函數(shù)。Z為直射波分量。定義Rice因子K為直射波功率與平均多徑功率的比值，K值反映了多徑散射對(duì)信號(hào)分布的影響。137

當(dāng)信號(hào)的直射波分量被樹(shù)木、輸電線或高的地面障礙物所遮蔽時(shí)，接收信號(hào)的強(qiáng)度r1(t)服從對(duì)數(shù)高斯條件下的Rician分布，相位服從[0,2]的均勻分布，r1(t)可以表示為其中，yc(t)和ys(t)是互為正交的對(duì)數(shù)高斯過(guò)程，其特性由均值

和方差

2確定。

萊斯信道的萊斯因子K和對(duì)數(shù)正態(tài)萊斯信道的均值

和方差

2都與用戶對(duì)衛(wèi)星的仰角有關(guān)。在農(nóng)村樹(shù)木遮蔽條件下，K、

和

2可用下面的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算:138(2-13)式中的參數(shù)K0，K1,…由表2.1給出。表2.1經(jīng)驗(yàn)公式（2-13）中的參數(shù)值K

K0=2.731K1=-0.1074K2=0.002774

0=2.331

1=0.1142

2=-0.001939

3=1.049×10-5

0=4.5

1=-0.05139圖2-9不同仰角時(shí)接收電平累積分布

140表2-2接收信號(hào)有效性分別為90，95和99%時(shí)的余量141Rayleigh概率密度函數(shù)Rayleigh概率密度函數(shù)是Rician分布的特殊情況，即當(dāng)沒(méi)有直射波分量(Z=0)時(shí)，接收信號(hào)全部由多徑信號(hào)組成，其信號(hào)包絡(luò)r的概率密度函數(shù)為：142Lognormal概率密度函數(shù)衛(wèi)星與地面站之間的直射波被路邊的樹(shù)木或其它障礙物吸收或散射掉時(shí)，要出現(xiàn)陰影衰落。此時(shí)的電壓變量是由于陰影而成為L(zhǎng)ognormal的。隨機(jī)變量Z的概率密度函數(shù)為：

和d0分別是lnZ的均值和方差。143多普勒頻移在衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中，衛(wèi)星與地面移動(dòng)終端之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而它們作為發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的載體，接收信號(hào)相對(duì)于發(fā)送信號(hào)將產(chǎn)生多普勒頻移。分析表明，多普勒頻移fD可由下式表示其中，V為衛(wèi)星與用戶的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，fc為射頻頻率，C為光速，

為衛(wèi)星與用戶之間的連線與速度V方向的夾角。144三、天線的方向性和電極化問(wèn)題天線增益和方向圖天線增益通常是指最大輻射方向上信號(hào)功率增加的倍數(shù)，天線方向圖可以描述天線在整個(gè)空間內(nèi)輻射功率的分布情況。方向圖的主要參數(shù)是主瓣的半功率角θ0.5（單位為度），常稱為波束寬度，對(duì)于拋物面天線，其近似估算公式為

其中，D為拋物面天線的口面直徑，單位為m；N是一個(gè)與場(chǎng)分布圖在天線口面上的分布規(guī)律有關(guān)的常數(shù)。當(dāng)場(chǎng)在天線口面上呈均勻分布時(shí)，N=58；當(dāng)場(chǎng)在天線口面上呈錐形分布時(shí)，N=70。

錐形分布是指場(chǎng)分布圖在天線口面上從中心向四周逐漸減弱的分布，即口面中心的場(chǎng)強(qiáng)最強(qiáng)，而邊緣的場(chǎng)強(qiáng)最弱。145146

θ為以主瓣中心軸線為參考的方向角；而J1()為第一類一階貝塞爾函數(shù)。

對(duì)于同相均勻激勵(lì)的圓口徑天線來(lái)說(shuō)，方向圖可用下式表示147圖2-12泄漏對(duì)地面微波系統(tǒng)產(chǎn)生干擾148天線的極化隔離一般情況下，在一個(gè)周期內(nèi)電場(chǎng)矢量的頂點(diǎn)在垂直于傳播方向的平面上的投影為一個(gè)橢圓，稱為橢圓極化。從天線順著電波傳播方向看，若電場(chǎng)矢量順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，稱為右旋，若逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，稱為左旋。對(duì)于一個(gè)橢圓極化波，可以用三個(gè)參數(shù)來(lái)描述它：(1)旋轉(zhuǎn)方向，（2）軸比，（3）傾角（長(zhǎng)軸相對(duì)于基軸的傾角）。圓極化和線極化是橢圓極化的兩種特例：軸比為1的極化為圓極化，而軸比為無(wú)限大的極化為線極化。任何一種極化方式，極化波矢量都可以分解為相互正交的兩個(gè)分量。對(duì)于圓極化波，分解為左旋和右旋兩個(gè)極化波矢量；對(duì)于線極化波，分解為水平極化和垂直極化兩個(gè)分量。149

理論上兩個(gè)正交極化波是完全隔離的，一個(gè)天線可以配置兩個(gè)接收或發(fā)送端口。每個(gè)端口只與一個(gè)極化波匹配，而與另一個(gè)極化波正交。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，由于實(shí)際收、發(fā)設(shè)備的誤差以及電波傳播過(guò)程中降雨的去極化作用等因素的影響，發(fā)送波的極化方向與接收端所要求的極化方向有誤差，這將引起兩個(gè)結(jié)果：首先，接收的正交分量將有泄漏、并對(duì)匹配接收的有用信號(hào)形成干擾；其次，匹配接收信號(hào)將因誤差而有所減小，稱為極化損耗。150圖2-13由饋源喇叭形成的垂直和水平極化波電波傳播方向電波傳播方向151四、噪聲與干擾系統(tǒng)熱噪聲宇宙噪聲外部環(huán)境干擾其他干擾152系統(tǒng)熱噪聲系統(tǒng)熱噪聲熱噪聲：只要傳導(dǎo)媒質(zhì)不處于絕對(duì)溫度的零度，其中的帶電粒子就存在隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)信號(hào)形成干擾的噪聲，稱為熱噪聲。噪聲功率譜密度n0：

其中，k為波耳茲曼常數(shù)，1.38×10-23J/K；T為噪聲源的噪聲溫度，單位為K。噪聲的功率譜密度與頻率無(wú)關(guān)，為白噪聲。網(wǎng)絡(luò)輸出噪聲功率N0：

其中，T0是輸入匹配電阻的噪聲溫度，Te稱為網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度，A為網(wǎng)絡(luò)增益，B為網(wǎng)絡(luò)的帶寬。153等效噪聲溫度與噪聲系數(shù)天線噪聲溫度：天線噪聲溫度是衡量通過(guò)天線進(jìn)入接收機(jī)的噪聲量的一個(gè)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)所有來(lái)自外部噪聲源的噪聲分量進(jìn)行積分求得。噪聲溫度：隨著損耗的增加，輻射噪聲也相應(yīng)增加。大氣對(duì)地球站天線噪聲溫度的影響可以用下式計(jì)算：其中，Ts為天線接收到的天電噪聲溫度（K）；Tm為傳播媒質(zhì)的有效溫度（K）；L為路徑損耗（dB）。噪聲系數(shù)NF：定義為輸入信噪比與輸出信噪比的比值。網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度Te可以表示為：154有耗無(wú)源網(wǎng)絡(luò)（饋線等）的等效噪聲溫度

在輸入、輸出端匹配的情況下，輸出端負(fù)載得到的噪聲功率No為同時(shí)輸出噪聲功率還可以表示為輸入噪聲功率對(duì)輸出的貢獻(xiàn)，加上網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲對(duì)輸出的貢獻(xiàn)。假設(shè)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的損耗為L(zhǎng)F，增益為A=1/LF。則網(wǎng)絡(luò)輸出噪聲功率為：等效噪聲溫度（特指損耗LF的溫度，Te改用TF表示)為：無(wú)源有耗網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)為155級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度

n個(gè)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的輸出噪聲功率分別為：其中，T0為輸入端噪聲溫度。和級(jí)聯(lián)的n個(gè)網(wǎng)絡(luò)的增益和等效噪聲溫度。n級(jí)網(wǎng)絡(luò)輸出噪聲功率為：A1A2An輸出…輸入156n級(jí)網(wǎng)絡(luò)的輸出噪聲功率也可以表示為：其中，A0=1。157n級(jí)網(wǎng)絡(luò)總的等效噪聲溫度為：

各級(jí)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部噪聲對(duì)總的等效噪聲溫度的貢獻(xiàn)均要折算到系統(tǒng)的輸入端，第k級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲對(duì)總的等效噪聲溫度的貢獻(xiàn)為：158一個(gè)由n級(jí)放大器級(jí)聯(lián)而成的網(wǎng)絡(luò)，其等效噪聲溫度也可以表示為：n級(jí)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)為：其中，F(xiàn)n是第n級(jí)放大器的噪聲系數(shù)。159接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度圖2-16接收系統(tǒng)噪聲溫度160

“接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度”包括天線、饋線和接收機(jī)在內(nèi)的所有噪聲的等效噪聲溫度。以接收機(jī)輸入端為參考點(diǎn)，將天線、饋線的噪聲溫度折算到接收機(jī)輸入端，并與接收機(jī)的等效噪聲溫度相加。（地球站）天線噪聲主要包括了由天線主瓣進(jìn)入天線的宇宙噪聲、大氣噪聲，和由天線旁瓣進(jìn)入的地面噪聲、大氣噪聲和太陽(yáng)噪聲。同時(shí)，下雨時(shí)還有雨的吸收噪聲。一般來(lái)說(shuō)，晴天條件下天線噪聲溫度大約在30-50K的范圍，然而它與下列因素有關(guān)：仰角（仰角越大，噪聲越?。惶炀€直徑（直徑越大，噪聲越小）；天氣條件（雨天噪聲劇增，特別是10GHz以上的頻段）。天線的噪聲溫度用Ta表示，它是在饋線的輸入端的數(shù)值。假設(shè)饋線損耗為L(zhǎng)F，則將其折算到饋線輸出端，即接收機(jī)輸入端時(shí)，其等效值Tae為161

假定饋線環(huán)境溫度為T0，根據(jù)式（2-33）可得饋線的噪聲溫度。由于饋線噪聲已折算到其輸入端，此時(shí)饋線已為無(wú)噪聲的理想饋線，其輸入和輸出的信噪比相等。與噪聲功率成比例的噪聲溫度折算到其輸出端后為TFe=（1-1/LF）T0(2-34)

若接收機(jī)等效噪聲溫度為Tre（接收機(jī)的等效噪聲溫度Tre主要由接收機(jī)的前級(jí)低噪聲放大器LNA確定），則整個(gè)接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度T為162例四兩個(gè)放大器級(jí)聯(lián)，每個(gè)有10dB的增益，噪聲溫度200K，計(jì)算總增益和相對(duì)輸入的等效噪聲溫度。解：總增益為：G=G1+G2=20(dB)，而相對(duì)輸入的等效噪聲溫度為：163例五、如下圖所示，網(wǎng)絡(luò)由天線、接收機(jī)和LNA組成，接收機(jī)噪聲指數(shù)為12dB，LNA增益為50dB，其噪聲溫度為150K，接收機(jī)和LNA之間的電纜損耗為5dB，天線的噪聲溫度為35K。計(jì)算網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于輸入端的噪聲溫度。假定環(huán)境溫度為290K。164解：對(duì)于接收機(jī)，因?yàn)槠湓肼曋笖?shù)為12dB，即F=101.2=15.85。

對(duì)于低噪聲放大器（LNA），其增益為50dB，即G=105。因此，網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于輸入端的噪聲溫度為：165例六、已知條件同例七。電纜損耗在低噪聲放大器之前，而不在低噪聲放大器與接收機(jī)之間。環(huán)境溫度為290K。計(jì)算網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于輸入端的等效噪聲溫度。166解：對(duì)于接收機(jī)，因?yàn)槠湓肼曋笖?shù)為12dB，即F=101.2=15.85。

對(duì)于低噪聲放大器（LNA），其增益為50dB，即G=105。因此，網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于輸入端的噪聲溫度為：167宇宙噪聲宇宙噪聲來(lái)自于外層空間星體的熱氣體在星際空間的輻射，其中最主要的噪聲干擾源來(lái)自太陽(yáng)。168頻率（MHz）噪聲溫度（oK）3007*1056004.6*10510003.6*10530006.5*104100001.1*104太陽(yáng)寂靜期的噪聲溫度（天線增益53dB）169其他干擾

衛(wèi)星通信系統(tǒng)內(nèi)的其他噪聲干擾主要包括系統(tǒng)間干擾、共道干擾、互調(diào)干擾、交叉極化干擾等。系統(tǒng)間干擾：如衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面微波通信系統(tǒng)之間的干擾共道干擾：為了充分利用頻率資源，常采用空間頻率復(fù)用技術(shù)，相同頻道可能分配在指向不同地區(qū)的兩個(gè)波束覆蓋區(qū)，但波束間的隔離往往并不十分理想，從而產(chǎn)生共信道干擾。交叉極化干擾：為了充分利用頻率資源，衛(wèi)星通信系統(tǒng)常采用極化隔離頻率復(fù)用技術(shù)，即兩個(gè)波束的指向區(qū)域可能是重疊的并且使用相同的頻率，通過(guò)使用不同的極化方式來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)間的隔離。由于極化的不完全正交可能造成干擾，即能量從一種極化狀態(tài)耦合到另一種極化狀態(tài)引起的干擾。這也是一種共道干擾?；フ{(diào)干擾：當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器用于轉(zhuǎn)發(fā)多載波信號(hào)時(shí)，總是希望轉(zhuǎn)發(fā)器有較高的功率效率，但高效率的功放可能產(chǎn)生較明顯的非線性，使各載波信號(hào)之間形成互調(diào)干擾。

170五、衛(wèi)星通信的全鏈路質(zhì)量鏈路預(yù)算分析全鏈路傳輸質(zhì)量171鏈路預(yù)算分析圖2-15鏈路單元與功率平衡方程172

電波經(jīng)自由空間傳播后的接收信號(hào)功率Pr:若考慮發(fā)射機(jī)到發(fā)射天線的波導(dǎo)傳播損耗（饋線）Lt和接收天線到接收機(jī)的波導(dǎo)傳播損耗Lr，則接收信號(hào)功率為：(3-m)式稱為功率平衡方程。173接收機(jī)的輸入噪聲功率可以表示為：T為接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度，它包括從天線進(jìn)入接收機(jī)的噪聲的等效噪聲溫度和接收機(jī)內(nèi)部噪聲折算至其輸入端的等效噪聲溫度；k為波耳茲曼常數(shù)，；B為系統(tǒng)的帶寬。接收信號(hào)的載噪比C/N為：其中，C為接收載波功率，N表示接收端的噪聲功率，C=(EIRP?G)/LfLtLr,N=KBT,G為接收天線增益。174除載噪比C/N作為系統(tǒng)的重要參數(shù)以外，也常用載波功率與等效噪聲溫度之比C/T反映系統(tǒng)的性能。其中，C=(EIRP?G)/L，L=LfLtLr,G/T為接收系統(tǒng)的品質(zhì)因素。不同類型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，對(duì)G/T的要求有較大差異。例如，國(guó)際衛(wèi)星七號(hào)（IS-Ⅶ）的工作于全球波束的空間站G/T值為-11.5dB/K，而天線仰角大于5度的A型標(biāo)準(zhǔn)地球站，在晴天的G/T值應(yīng)滿足：G/T≥40.7+20lg(f/4)。歐洲通信衛(wèi)星（EUTELSAT）是區(qū)域性波束覆蓋，空間站G/T值為-5.3dB/K，而對(duì)地球站G/T的要求為37.7dB/K+20lgf/4。衛(wèi)星移動(dòng)通信的地面移動(dòng)終端天線增益通常只有1~2dB，G/T在-22~-23dB/K左右。175全鏈路傳輸質(zhì)量衛(wèi)星通信系統(tǒng)全鏈路的傳輸質(zhì)量主要決定于上行和下行鏈路的載波（功率）與噪聲溫度之比。對(duì)于上、下行鏈路，分別有（2-36）和（2-37）中，(EIRP)e和(EIRP)s分別為地球站和衛(wèi)星的等效全向輻射功率，(G/T)s

和(G/T)e分別為衛(wèi)星接收系統(tǒng)和地球站接收系統(tǒng)的品質(zhì)因素，Lu和Ld分別為上行鏈路和下行鏈路的傳輸損耗。176

當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的行波管放大器（TWTA）同時(shí)放大多個(gè)載波時(shí)，將產(chǎn)生互調(diào)噪聲，其影響也用載波噪聲溫度比(C/T)i來(lái)表示。互調(diào)噪聲的大小與載波數(shù)目、各載波間的相對(duì)電平、頻率配置方案和行波管工作點(diǎn)有關(guān)。全鏈路傳輸質(zhì)量的載波噪聲溫度比C/T為：

其中，C/T為全鏈路傳輸?shù)妮d波噪聲溫度比，總的等效噪聲溫度T為各部分的噪聲溫度之和。

鏈路余量：(2-38)式右端增加一項(xiàng)作為系統(tǒng)的余量；規(guī)定鏈路實(shí)際信噪比高于門限信噪比。鏈路預(yù)算的任務(wù)有兩類：在選定空間轉(zhuǎn)發(fā)器和地球站設(shè)備的情況下，驗(yàn)證系統(tǒng)能否滿足用戶的使用要求；或者，在已知空間站或地球站部分參數(shù)的條件下，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)要求，確定對(duì)設(shè)備另一部分指標(biāo)的要求，如地球站天線尺寸、接收機(jī)噪聲性能等。177鏈路預(yù)算實(shí)例Ku波段DTH系統(tǒng)下行鏈路預(yù)算已知條件：衛(wèi)星發(fā)射功率為250W,天線增益為30dBi，傳輸帶寬為27MHz，地面為小型單收站(RO),其天線直徑為45cm，等效噪聲溫度假定為140K。參數(shù)數(shù)值發(fā)射功率發(fā)射波導(dǎo)損耗發(fā)射天線增益EIRP自由空間損耗接收機(jī)天線增益（45cm直徑）接收端波導(dǎo)損耗接收信號(hào)功率接收噪聲功率（T=140K,B=27MHz）C/N250W或24.0dBw1.0dB30.0dBi53.0dBw205.6dB32.7dBi0.5dB-120.4dBw-132.8dBw12.4dB

178C波段多載波系統(tǒng)鏈路預(yù)算（1）上行鏈路頻率為6GHz，傳送距離假定為38607km（仰角30°）。上行鏈路自由空間傳播損耗為:

假定：地球站EIRP=85dBw,衛(wèi)星接收機(jī)G/T=-11.6dB/K，則上行鏈路的C/T值：（2）下行鏈路頻率為4GHz，傳送距離仍為38607km，則下行鏈路的自由空間傳播損耗為：179

假定衛(wèi)星飽和EIRP=26dBW?？紤]到轉(zhuǎn)發(fā)器工作在多載波情況，為減小互調(diào)干擾，衛(wèi)星實(shí)際工作的EIRP為20dBW。假定地球站G/T=41dB/K,則下行鏈路C/T值為：

對(duì)于多載波工作的轉(zhuǎn)發(fā)器，典型的互調(diào)噪聲(C/T)im為-131.7dBW/K，而上、下鏈路受到的其他干擾的(C/T)I典型值為-130.5dBW/K。全鏈路的C/T值為：180

在確定系統(tǒng)帶寬B后，可求得接收信（載）噪比C/N。噪聲功率N=kBT，接收站的載波功率為C=(EIRP?G)/(LfLtLr),則載波噪聲功率比C/N為則那么C/N=[C/T]-[k]-[B]=-138.05+228.6-65.56=24.99dB181因?yàn)槠渲校肼暪β蕿镹=kTB，噪聲功率譜密度為n0=kT，則載噪比頻譜密度C/n0為182例七假設(shè)衛(wèi)星鏈路的傳播損耗為200dB，余量和其它損耗總計(jì)為3dB，接收機(jī)的[G/T]值為11dB/K，EIRP值為45dBW。計(jì)算系統(tǒng)接收到的[C/N]值。（假設(shè)帶寬為36MHz）解：183例八

載波頻率12GHz，自由空間損耗206dB，天線指向損耗1dB，大氣損耗2dB，接收機(jī)的G/T值為19.5dB/K，接收機(jī)饋線損耗1dB。EIRP為48dBW。計(jì)算載噪比頻譜密度。解：載噪比頻譜密度為：184六、信道對(duì)傳輸信號(hào)的損害

通信系統(tǒng)中，實(shí)際的非理想信道會(huì)對(duì)傳輸信號(hào)造成損害,這種損害不是由于噪聲或外部干擾造成的，而是由于信道的線性失真和非線性失真所引起的。

由于系統(tǒng)特性而產(chǎn)生的失真稱為線性失真，與信號(hào)本身幅度無(wú)關(guān)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間保持線性關(guān)系，傳輸函數(shù)只與頻率或時(shí)間有關(guān)；信號(hào)在傳輸中引起的失真與被傳輸信號(hào)本身的幅度有關(guān)時(shí)稱為非線性失真，傳輸函數(shù)是輸入信號(hào)幅度的函數(shù)。信道的線性失真包括幅度頻率失真和相位頻率失真，前者是在信號(hào)帶寬內(nèi)，信道不能提供平坦的增益特性；而相位頻率失真是由于相頻特性的非線性產(chǎn)生的，即在帶內(nèi)不能提供平坦的群延時(shí)特性（調(diào)相信號(hào)在通過(guò)濾波器時(shí)，其包絡(luò)的傳播時(shí)間延遲稱作時(shí)間延遲或群延時(shí)）。非線性失真主要由功率放大器（特別是星載行波管放大器TWTA）產(chǎn)生。信道的非線性失真分為幅度非線性失真和相位非線性失真。185失真類型與輸入信號(hào)幅度的關(guān)系輸出與輸入信號(hào)的關(guān)系傳輸函數(shù)新的頻率成分失真產(chǎn)生的原因線性失真無(wú)呈線性為頻率或時(shí)間的函數(shù)不產(chǎn)生電抗元件的分布參數(shù)非線性失真有呈非線性為輸入信號(hào)幅度的函數(shù)產(chǎn)生非線性元器件線性失真與非線性失真的比較186圖2-17星上TWTA的典型特性187圖2-18FDMA系統(tǒng)的最佳TWTA工作點(diǎn)和相應(yīng)的C/N188七、上下行鏈路的射頻干擾

衛(wèi)星通信系統(tǒng)上、下行鏈路之間造成RF干擾的原因之一是地球站或衛(wèi)星相關(guān)設(shè)備電磁兼容性方面存在缺陷。衛(wèi)星系統(tǒng)上、下行鏈路的RF干擾也可以是由地面微波中繼通信系統(tǒng)或其它衛(wèi)星通信系統(tǒng)引入的。上行干擾是地球站在向自己的“目標(biāo)衛(wèi)星”發(fā)送信號(hào)的同時(shí)，向相鄰衛(wèi)星輻射了不希望有的信號(hào)而形成干擾。該地球站在“相鄰衛(wèi)星”的（天線波束）的覆蓋范圍內(nèi)(通常衛(wèi)星都具較寬的天線波束覆蓋范圍)。理論上，地球站天線應(yīng)當(dāng)有窄的波束，只瞄準(zhǔn)自己的“目標(biāo)衛(wèi)星”，而上行干擾是由于地球站天線波束不夠尖銳，而在較寬的方向上的輻射引起的。189圖2-19上、下行RF干擾示意圖190圖2-20上行C/I與地球站天線直徑的關(guān)系曲線191圖2-21DTH系統(tǒng)下行C/I與接收天線直徑和衛(wèi)星間隔的關(guān)系192第4章多址技術(shù)193提要一、多路復(fù)用和多址聯(lián)接二、頻分多址（FDMA）三、時(shí)分多址（TDMA）四、碼分多址（CDMA）五、三種多址技術(shù)的RF利用方式六、衛(wèi)星分組數(shù)據(jù)通信協(xié)議194一、多路復(fù)用和多址聯(lián)接多路復(fù)用：將來(lái)自不同信息源的各路信息，按某種方式合并成一個(gè)多路信號(hào)，然后通過(guò)同一個(gè)信道傳送給接收端。接收端再?gòu)脑摱嗦沸盘?hào)中按相應(yīng)方式分離出各路信號(hào)，分送給不同的用戶或終端。簡(jiǎn)而言之，多路復(fù)用是利用一條信道同時(shí)傳輸多路信號(hào)的一種技術(shù)，可以解決在同一信道內(nèi)同時(shí)傳送多個(gè)信號(hào)的問(wèn)題。多路復(fù)用方式可分為頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用、波分復(fù)用等。195多址聯(lián)接：指多個(gè)通信站的射頻信號(hào)在射頻信道上的復(fù)用，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)通信站之間的通信。對(duì)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)，多址聯(lián)接指的是多個(gè)地球站發(fā)射的信號(hào)，通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的射頻信道復(fù)用，實(shí)現(xiàn)各站間通信的一種方式。常見(jiàn)的多址方式有頻分多址、時(shí)分多址、碼分多址和空分多址。多址聯(lián)接和多路復(fù)用的關(guān)系：多址聯(lián)接和多路復(fù)用的理論基礎(chǔ)都是信號(hào)的正交分割原理。但多址聯(lián)接是指多個(gè)電臺(tái)或通信站發(fā)射的信號(hào)在射頻信道上的復(fù)用，以達(dá)到各臺(tái)、站之間同一時(shí)間、同一方向的用戶間的多邊通信；多路復(fù)用是指一個(gè)電臺(tái)或通信站內(nèi)的多路低頻信號(hào)在基帶信道上的復(fù)用，以達(dá)到兩個(gè)臺(tái)、站之間雙邊點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。196頻分多路復(fù)用（FDM）：按照頻率參量的正交分割原理，將各路信號(hào)的頻譜搬移至互不重疊的頻帶上同時(shí)在一個(gè)信道中傳輸。接收端通過(guò)不同中心頻率的帶通濾波器，可以將各路信號(hào)分離出來(lái)。頻分多路復(fù)用的各路信號(hào)在時(shí)域中混疊在一起，在頻域中可分辨。時(shí)分多路復(fù)用（TDM）：利用時(shí)間的正交性，即以時(shí)間作為信號(hào)分割的參量，使各路信號(hào)在時(shí)間軸上互不重疊，它利用不同時(shí)隙來(lái)傳送各路不同信號(hào)。在TDM系統(tǒng)中，每個(gè)信號(hào)占據(jù)著不同的時(shí)間區(qū)間，但每個(gè)信號(hào)均占有相同的頻域，各路信號(hào)在頻域中混疊在一起，在時(shí)域中可分辨。（一）多路復(fù)用197碼分多路復(fù)用（CDM）：根據(jù)碼型結(jié)構(gòu)的不同實(shí)現(xiàn)信號(hào)的正交分割，各路信號(hào)在時(shí)間和頻率上是互相重疊的，接收端用相關(guān)器或匹配濾波器實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離。波分復(fù)用（WDM）：為了增加光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量，可以在一條光纖中傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，只要這些光源的波長(zhǎng)有著適當(dāng)?shù)木嚯x，接收端的光頻器件就可將它們分開(kāi)。（二）多址聯(lián)接頻分多址（FDMA）：各站、臺(tái)發(fā)出的射頻信號(hào)在指定的射頻頻帶內(nèi)，但在頻譜上互不重疊地排列，共同分用該射頻頻帶，接收端用帶通濾波器分離各路射頻信號(hào)。時(shí)分多址（TDMA）：以不同的時(shí)隙來(lái)區(qū)分地址，每站有一指定時(shí)隙，各站只是在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)射信號(hào)。碼分多址（CDMA）：每個(gè)用戶有一個(gè)特定結(jié)構(gòu)的碼字作為地址，不同用戶的不同波形信號(hào)以同一頻率發(fā)射出去，各站的接收是根據(jù)相應(yīng)的信號(hào)波形分離出自己需要的信號(hào)?？辗侄嘀罚⊿DMA）：利用天線的方向性和用戶的地區(qū)隔離性實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分離。198199二、頻分多址技術(shù)（FDMA）

衛(wèi)星通信系統(tǒng)的頻分多址技術(shù)：頻分多址是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中普遍采用的一種多址技術(shù)。當(dāng)多個(gè)地球站共用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，如果根據(jù)配置的載波頻率的不同來(lái)區(qū)分地球站的地址，這種多址聯(lián)接方式就為頻分多址。它對(duì)各地球站配置不同的頻率，以實(shí)現(xiàn)不同地球站之間的聯(lián)接。這種頻率配置可以是預(yù)先固定指配的，也可以是按需分配的。對(duì)于分配給地球站的各個(gè)載波來(lái)說(shuō)，可以是一個(gè)載波承載多個(gè)話路信號(hào)，也可以是一個(gè)載波只承載一個(gè)話路信號(hào)的方式進(jìn)行傳輸，前者稱為每載波多路方式（MCPC），而后者為單路單載波方式（SCPC）。200圖3-2Intelsat的36MHz轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬內(nèi)SCPC信道安排方案

201圖3-3TWTA輸入回退與載波-互調(diào)干擾之比的典型關(guān)系線202FDMA的非線性效應(yīng)頻譜擴(kuò)展：相鄰信道干擾；交調(diào)（IM）諧波：鄰近業(yè)務(wù)信道的干擾。

交調(diào)干擾主