卫星通信第1章

名词解释：

1 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。

2 宇宙通信：以宇宙飞行体或通信转发体为对象的无线电通信称为宇宙通信。

3 摄动:对静止卫星来说,由于地球结构的不均匀和太阳,月亮的引力的影响等,将使卫星轨道参数随时变化,不断偏离出开卜勒法则确定的理想轨道,产生一定的漂移这种现象称为摄动.

填空：

1 宇宙通信包括三种形式：（1）（地球站）与（宇宙站）之间的通信，（2）（宇宙站）与（宇宙站）之间的通信，（3）通过宇宙站的（转发或反射）进行地球站之间的通信。

2 卫星通信系统通常由（通信卫星），（地球站）（跟踪遥测及指令系统）和（监控管理系统）等四大部分组成。

3 通信卫星主要由（天线分系统），（通信分系统），（遥测指令系统），（控制分系统）和（电源分系统）等五部分组成。

简答：

1卫星通信与其它通信手段相比，具有哪些明显的特点？

答：（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）机动灵活；

（5）通信线路稳定可靠，传输质量高。

2 简述卫星通信的基本工作原理。

答：首先，经市内通信线路送来的电话信号，在一个地球站的终端设备内进行多路复用，成为多路电话的基

带信号，在调制器中对中频载波进行调制，然后经上变频器变换为微波频率f

1

的射频信号，再经功率放大器、

双工器和天线发向卫星。这一信号经过大气层和宇宙空间，信号强度将受到很大的衰减，并引入一定的噪声，

最后到达卫星。在卫星转发器中，首先将微波频率f

1

的上行信号经低噪声接收机进行放大，并变换为微波频

率较低的下行频率f

2

的信号,再经功率放大，由天线发向收端地球站。

由卫星转发器发向地球站的载波频率f

2

的信号，同样要经过大气层和宇宙空间，也要受到很大的衰减，最后到达收端地球站。由于卫星发射功率较小，天线增益较低，所以收端地球站必须用增益很高的天线和噪声非常低的接收机才能进行正常接收。收端地球站收到的信号经双工器和接收机首先将

载波频率f

2

的信号变换为中频信号并进行放大，然后经解调器进行解调，恢复为基带信号。最后利用多路复用设备进行分路，并经市内通信线路，送到用户终端。

这样就完成了单项的通信过程。

双向的通信过程与单项的通信过程完全类似。不同的只是反方向的上行

频率用另一频率f

3，而且f

3

≠f

1

, 下行频率用f

4

, 而且f

4

≠f

2

，这样以免上、

下行信号相互干扰。

3 简述静止卫星通信存在的缺点。

答：(1)静止卫星的发射与控制技术比较复杂。

(2)地球高纬地区通信效果不好,并且两极地区为通信盲区.

(3)存在日凌中断和星蚀现象.

(4)电波的传输时延较大和存在回波干扰。

4简述标准卫星通信地球站的组成及每部分的作用。.

答：

(1)天馈设备，主要作用是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，主要作用是将已调制的中频信号,经上变频变换为射频信号,并放大到一定的

电平,经反馈线送至天线向卫星发射。

(3)接收机，接收来自卫星的有用信号,经下变频器变换为中频信号,送至调制器。

(4)信道终端设备，它的主要作用是将用户终端送来的信息加以处理并成为基带信号对中

频进行调制,同时对接收的中频进行调制以及与发送端相反的处理,输出基带信号送往用户终端。

(5)跟踪设备，用来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，为系统内设备提供电源。

5 按照轨道高度的不同对地球卫星分类.

(1)低轨道卫星:卫星高度h<5000km,周期约为2~4h;

(2)中高度卫星:5000

(3)高轨道卫星:h>20000km,周期>12h.

1当卫星的运行轨道属于低轨道，并且只利用一颗通信卫星进行通信时，相距较远的两个地球站就不能同时看到卫星了。这时，如果要进行远距离通信，必须利用多颗低轨道卫星，这种系统就是通常说的的（低轨道移动卫星通信系统）；否则，

2只能采用延迟转发方式，这种系统则称为（延迟转发式卫星通信系统）。

静止卫星：当卫星的运行轨道再赤道平面内，高度大约为35800千米时，它的运转方向与地球自转方向相同，绕地球一周的公转周期约为24小时与地球自转周期相同从地球上看卫星如同静止一样，所以称静止卫星。

3需要多少颗静止卫星就可以实现除两极地区的全球通信[ ]

A.1

B.2

C.3

D.4

4目前，由国际通信卫星组织（INTELSAT）负责建立的世界卫星通信系统是利用（）实现全球通信的。

A..低轨卫星

B.立即转发式卫星系统

C.静止卫星

D.延迟转发式卫星系统

5 考虑到地球站设备的特点，有时把收、发信机分为三部分：1、（大功率发射

机）部分；2、（低噪声接受机）部分；3、（信道终端设备）。其中信道终端设备包括（中频放大器）、调制器和解调器以及（基带处理设备）等

6 如果卫星轨道平面在赤道平面内，该卫星运行轨道称为（赤道轨道）；如果轨道平面与赤道平面有一定的夹角则叫（倾斜轨道）；如果轨道平面通过地球两极附近则称为（极轨道）。

7 什么是运行轨道，轨道平面和轨道倾角？

答：卫星的运动轨迹称为运动轨道；它所在的平面称为轨道平面；卫星轨道平面与赤道平面的夹角称为轨道倾角。

8 当进行整个卫星线路计算时折算到地球站接受系统输入输出的噪声包括（地球接受系统本身的噪声）、（上行线路噪声）、（转发器的交调噪声）。

9 按基带交换工作方式工作时，上行与下行线路的传输是通过与（跳变波束的驻留同步的突发时间计划协调的）。

10卫星接入系统其最大特点是（利用卫星通信的多址传输方式）。按照系统采用的技术来分，可分为（静止轨道卫星接入系统）、（中轨道卫星接入系统）和（低轨道卫星接入系统）。

填空：

1 引起摄动的影响包括：1 （太阳和月亮）对卫星的影响，

2 （地球引力场不均）的影响，

3 （大气阻力）的影响

4 （太阳辐射压力）的影响。

2 通信卫星所用的天线有两种：一种是（通信用的微波天线）一种是（遥测、遥控和信标用的高频或甚高频天线）。

3通信卫星的控制系统包括（姿态控制）和（位置控制）两种控制设备。

4 卫星转发器是卫星的核心部分，通常包括（透明转发器）和（处理转发器）。简答：

1 描述卫星控制分系统的功能。

答：控制分系统包括姿态控制和位置控制两种控制设备。

姿态控制用来保证卫星对地球或其他基准物保持正确的姿态。

位置控制是用来消除摄动的影响，以便于使卫星与地球的相对位置保持固定。

2 卫星的主要设备由那几部分组成？

答：（ 1 ）位置与姿态控制系统（ 2 ）天线系统

（ 3 ）转发器系统（ 4 ）遥测指令系统

（ 5 ）电源系统（ 6 ）温控系统

（ 7 ）入轨和推进系统

1 世界上第一颗人造卫星是由美国在那年发射的？

A.1945

B.1960

C.1957

D.1946

2 地球站接受系统的外部噪声来源主要有（天线噪声）、（干扰噪声）、（上行

线路噪声和转发器非线性产生的交调噪声）。

名词解释：

透明转发器：是指它接收地面发来的信号后，在卫星上不做任何处理，只是进行放大、变频和再放大，并发向各地球站，即单纯完成转发任务。1简述处理转发工作过程。

答：首先将接收到的信号进行前置放大，经下变频器变为中频信号，并进行解调

译码，对得到的基带数字信号进行处理。然后在经编码，调制，以及经中频放大、上变频和微波放大后，发向地球站。

1 接收点信号的功率取决于（发射源的发射功率）、（收发两点间的距离），（收发两端天线的增益）等。

名词解释

1地球站的性能参数：如果地球站的工作频率和通信容量均确定，L

PD

和B值也是

确定的，则影响接受系统输入端载波噪声比C/N的，将取决

于G

n /T

D，

即这一比值的大小将关系到地球站受性能的好坏。

于是将G/T称为地球站的性能因数。

2 转发器器灵敏度：当卫星转发器达到最大饱和输出时，其输入所需要的的信号

功率，就是转发器灵敏度。

3 余量：为了在一些因素变化后仍能使卫星线路参数满足通信质量需要，必须保

留一些余量，这就是“通信余量”。

C-200地球站的设备组成

答：（ⅰ）主站：放大器/天线单元、射频单元和数字单元三部分组成；

（ⅱ）小站：由室内单元和室外单元两部分组成。

室内单元包括空间处理器、网络处理器、输入输出(I/O)处理器

室外单元包括天线、功率放大器、上变频器、低噪声放大器和下变频器。

1、基带交换方式系统的组成包括（接受信道）、（基带交换矩阵）、（基带处理器）和（输出发射信道）几部分。

2、基带交换方式中上行线路和下行线路的（传输方式）和（速率）并不相同，上行线路可按（110Mb/s高速率单信道TDMA）工作方式也可按（两个27.5Mb/s 低速率FDM/TDMA）方式工作，而下行线路都是采用（TDMA）方式工作。

3、基带处理器有两个控制存贮器，一个是（连机存贮器），另一个是（脱机存贮器）。

4、基带交换系统的没一条输入信道都有（三）各解调器、（一）个存贮器和（一）个译码器。解调器用于解调(3.2GHz)的中频信号.

5、透明转发器按照按其再卫星上变频的次数分为（一次变频转发器）和（二次变频转发器）。

6、卫星通信工作频段的选则是一个重要的问题，它将影响到系统的（传输容量），地球站与转发器的（发射功率），天线（尺寸的大小）和设备的（复杂程度以及成本的高低）等。

选则工作频段时需要考虑的因素。

答：首先要求电波传播衰减及其它衰减要小；其次天线接受外界噪声要小。

满足这两个要求后还要考虑：1、有较宽的可用频带，以满足信息传输的要求；2、与地面微波通信、雷达等其他无线系统间的相互干扰要小；3、能充分利用现有的通信技术，并便于与现有地面通信设备配合使用；4、设备尺寸要小。

IS-V卫星为了增大通信容量采取的措施有那些？

答：（1）在6/4和14/11GHz两频段利用空间分隔和极化隔离进行频率再用带宽达到了2173MHz.

（2）增加转发器数目和天线波束类型，已使转发器数目多达27个。

（3）采用三轴稳定方式，以获得较大的太阳电池功率。

什么叫立即转发式卫星通信系统？

答：当卫星轨道较高时相距较远的两个地球站便可以“看”到卫星，并且可将一

个地球站发出的信号，经卫星处理后立即发送给另一地球站。

计算题：

1已知IS-V 系统的一个转发带宽B sat =36MHz,k WR =1.2,试计算该转发器的系统容量。

解： 将以上数据带入[R b ]=[B sat ]+[㏒2M]-[k BR ]中

[R b ]=10lg36×1061+10lg2-10lg1.2≈78.2dB

R b ≈60Mb/s

2 以IS-V 系统参数为例，若取R=60Mb/s,采用PCM 编码后，每话路的比特数R ch =64kb/s.已知共有10个站，P=150bit,T f =750μs ，求出系统容量。

解：n=???

??????-f f ch T P n R R 1 所以n=9001075015010106010641663≈??

? ????-??-(单向话路) 3 已知工作频率为6/4GHz ，卫星转发器有效全向辐射功率[EIRP]ss = 22.dBW,接受系统的[G RS /T sat ]=-17.6dB/K,转发器灵敏度[W s ]=-67dBW/m 2,,输入补偿[BO]l =11dB,输出补偿[BO]o =4.9dB,标准地球站性能因数[G R /T D ]=40.7dB/K,接受系统采用普通限幅鉴频器，试计算以一个载波传输252路电话信号卫星线路的调频信号传输带宽和卫星线路为满足话路输出信噪比所需的C/T.

解： （1）调频信号传输带宽B.

当采用FDM 方式时，按每一路占4kHz 计算，基带信号的最高频率 F m ≈4.2n=4.2×252=1058kHz

调频信号的传输带宽：

B=2(F p l △f r +F m )

=2×(3.16×2.82×577+1.052)=1240kHz

(2)卫星线路为满足话路输出信噪比所需要的 C/T 值

52.3=t

T C ??????+228.6-10lg3.1?103+m r F f ?lg 20+6.5 K dBW T C t

/8.143≈?????? ??????N C =t

T C ??????-10lgk-10lgB =-143.8+228.8-10lg12.4?106=13.9dB

当采用普通限幅鉴频器解调时，[C/N]th ≈10dB,还有3.9dB 的余量

th

T C ??????=147.7dBW/K

4 已知IS-V 卫星系统的一个转发器工作频率为6/4GHz,卫星有效全向辐射功率为[EIRP]s =23.5dBW;[G RS /T sat ]=-18.6d B/K,标准输入功率密度[W S ]=-72dB/m 2。设取[BO]t =6db,,[BO]o =2dB 。又已知地球站的[G r /T D ]=40.7dB/K, 当采用QPSK 调制，要求误码率P e dB n E b 4.8/,1004≥≤-时，又考虑到差分译码器引起的误码，E b /n 0取10.4dB 。设信息传输速率为60.032Mb/s ，试求卫星线路参数。

解：（1）卫星线路为满足传输速率和误码率所需的C/T 值

th

T C ??????=10.4-228.6+77.8=-140.4dBW/K （2）卫星线路实际能达到的C/T 值。

[EIRP]E =-72-6+200.6-37=85.6dBW

[EIRP]S =23.5-2=21.5dBW

上行线路和下行线路的 C/T 值分别为

()6.1336.186.2006.85-=-+-=??????U

T C dBW/K K d B W T C D

/5.1347.407.1965.21-=+-=?????? K d B W T C t /7.13-=??????

由已知的误码率要求可求

[M th ]=-137.1-(-140.4)=3.8dB

5 已知[EIRP]S =23.5dBW,工作频率为6/4GHz,[L PD ]=196.7dB(f=4GHz),当采用

QPSK 调制时，[]dB n E b 4.80=接受端地球站的性能因数[],/7.40K dB T G n =其他衰减[L]=1.5dB 。试计算系统信息速率。

解：取[M]=7.5dB 将以上数据代入式中

5.7

6.228

7.405.14.8975.23][-++---=P R

≈ 78.4dB

R P ≈60Mb/s

6 在IS-V 系统中，设工作频率为6/4GHz,在一个带宽36MHz 的转发器内,共安排了800个载波传送信号；转发器饱和输出功率[W S ]=-72dBW/s 2上行传播衰减为

200.6dB,下行穿播衰减196.7dB;转发器的性能因数[G RS /T sat ]=-11.6dB/K,天线口

径8m ，地球站的性能因数卫星的发射功率为29dBW,为了减少交调分量的影响，

行比管输入，输出补偿分别为[BO]I =10dB 和[BO]o =4dB,若记入临道干扰的影响，

取[C/N]lA =26dB.试计算卫星线路的C/T 值，地球站的有效全向辐射功率EIRP E1， 和传输带宽B

解：（1）卫星线路的C/T

1.上行线路 .卫星转发器在多载波工作时 []24lg 10][λπ-??

????+-=??????sat RS I S um T G BO W T C 对于SCPC 方式以为每一条通路的C/T 值是相等的 均为 [][][]n T G BO W T C sat RS I S U lg 104lg 102-??

? ??-+-=??????λπ k dBW T C U /6.155320lg 1037)6.11(1072-=---+--=??????

下行线路。每一载波的C/T 值

[][][]K dBW n T G L BO EIRP T C D R PD SS D /7.16625307.196429lg 100-=-+--≈-??

????+--=??????

对于交调噪声的信噪比[C/N]I ,当卫星转发器同时放大的多个载波，其间隔为

4kHz 时，交调分量在转发器频带中心处最大，两侧较小，又考虑到一部分交调分量会落在工作频率带之外，因而实际上会采用话音激活使交调失真的影响有所减小，使[C/T]I 有所提高，因此 4lg 10lg 10+++????????=??????B k T C T C I

I 若取[C/N]I =16dB ,取中频带宽等于38kHz 得

K dBW T C I

/8.16248.456.22816-=++-=?????? 拒题意[C/N]IA =26dB,则根据带宽可以求得

K dBW T C IA

/8.152-=?????? 根据以上个C/T 值，可以求得 K dBW T C I

/2.168-=?????? （2）门限值[C/T]th .

对于QPSK 调制，当误码率P e 为10-4时，[E b /n 0]=8.4dB 。考虑到译码器的影

响，会使误码率有所增大，因而取[E b /n 0]=10.4dB 。按传送一路话音信号计算传

送速率R=64kb/s.

K dBW T C th

/1.1701.486.2284.10-=+-=?????? （3）地球站的有效全向辐射功率

因为卫星转发器为多载波工作且每一载波的发射功率相等，均为

[][]dBW n L BO W EIRP PU I S E 6.5625376.2001072lg 104lg 10][][2!=--+--=-??

????-++=λπ若留取2.4dBW 余量则

[EIRP]EI =56.6+2.4=59dBW

(4)传输带宽

因为采用的是QPSK 调制 所以传输速率是R(bit)带宽是R/2(kHz),接受滤波器带宽为传输带宽的1.1-1.4倍 kHz R B R 382

12.1=?= 简答：

INMARSAT 系统提供的通信业务主要包括那些内容。

答：（1）电话；（2）用户电报；（3）2.4kb/s 数据

（4）船站至岸站5.6kb/s 的单向数据；（5）紧急呼救。

未来VAST 卫星通信网的发展总方向。

答：1、降低小站、主站以及整个通信网的建造和运行费用；

2、提供数据速率更高、应用范围更广的业务，包括话音、数据、图象以及

其他类型的业务；

3、在操作、管理与维护方面，要求提供灵活、更受用户欢迎的网络；

4、VAST 网可以同更多类型的用户设备、新型交换设备以及跟先进的地面通

信网相互连接，从而构成综合业务数字网。

现在各国开展的的新一代卫星通信技术研究包括那几方面。

答：1、采用多波束卫星天线和频率在用技术；

2、在卫星上进行中频或基带交换以实现VAST 网小站间的直接通信；

3、开发30/20GHz 以上的频段；

4、采用新型的高可靠性的小型天线；

5、用更合理的调治方式；

6、采用整体调治器。

ACTS 的特点和采用的主要技术

答：特点：具有如交换、基带处理、波束跳变等先进的特性，使卫星通信网在性

能、组网的灵活性以及费用等方面做了改进

主要技术：1、使用Ka 波段；2、采用动态雨衰减补偿技术；3、多束无线天

线；4星上中频交换(SS/TDMA)；5、基带处理与基带交换(BBS/TDMA).