第4章1卫星通信系统

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卫星通信

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)

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


1
收 端

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

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
27
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
28
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

卫星  通信
卫星通信是宇宙无线电通信的形式之一。国际电信联盟(ITU)的世界无线 电行政会议(WARC)通过的规定中,确定了有关卫星通信的术语和定义。
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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

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

卫星通信系统概述-文档资料
• 解决边远地区通信服务、企业专网、洲际通信、 国防通信,与地面通信网结合解决广域无缝覆盖。
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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

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。

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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。
20
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。
19
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。
12
(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
18
(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。
9
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
13
(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。
16
• 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
10
卫星通信系统的主要技术参数
11
(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。
14
(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。
15
(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,
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