卫星通信系统大作业.docx-资料库

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卫星通信系统大作业一一、课题背景及意义卫星通信是指——利用人造地球卫星作为中继站转发或发射无线信号，在两个或多个地球站之间进行的通信，具有通信距离远，覆盖面积大，频带宽、传输容量大，通信线路稳定可靠、传输质量高，机动灵活等优点。卫星通信具有其特有的技术特点，自诞生之日起就获得了迅速的发展，成为电信结构中重要的组成部分，其在全球覆盖通信、海上及空中通信和应急救灾通信等方面扮演着不可替代的角色。二、卫星通信原理卫星通信是利用无线电磁波作为传输媒介，通过人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电信号，在两个或多个地球站之间进行的通信。地球站是指设在地球表面的无线通信站。用于实现通信目的的人造卫星叫做通信卫星。如图1 所示，在一颗通信卫星天线波束覆盖范围内的地球表面区域内，各种地球站通过卫星中继、信号转发进行通信。卫星通信实际上就是利用通信卫星作为中继站的一种特殊的微波中继通信方式。三、系统组成 3.1 频段及星体选择图1 卫星通信原理示意图卫星通信频段的选择将影响到系统的传输容量、地球站及转发器的发射功率、天线尺寸和设备的复杂程度等。表3.1 列出了常用频段名称表。

名称 P波段 L波段 S波段 C波段 X波段表3.1常用频段名称表频率范围/MHz 225-390 390-1550 1550-3400 3400-8000 7925-12500 名称 Ku波段 K波段 Ka波段 Q波段 V波段频率范围/GHz 12.5-18 18-26.5 26.5-36 36-96 16-56 我们选择的星体是亚洲四号。亚洲四号只有C波段覆盖了大部分亚热带地区。因此选取C 波段。 3.2 链路计算卫星通信的链路计算主要是根据链路环境、收/发端系统参数等，计算链路信号的载波噪声功率比。载噪比是卫星通信的重要参数，在数字卫星通信系统中，地球站接受到的卫星信号的性能是以平均比特误码率来衡量的，它是链路上的载噪比、卫星通道带宽噪声以及信息比特间隔时间的函数。在信息比特速率的要求一定时，要达到需要的信号传输质量，则应该在信号调制类型和链路的载噪比之间加以权衡。卫星链路由上行链路和下行链路组成。上行链路的通信质量取决于地球站发出的功率大小和卫星接收的信号大小。下行链路的质量取决于卫星发射的功率和地球站接收的功率。而地球站与卫星之间的距离与地面通信终端之间的距离相比很远，而电磁波信号的功率与距离的平方成反比，因而地球站接收到的下行信号与卫星接收到的上行信号都很微弱，很容易受到加性白噪声以及雨水等气候条件的影响，需要在链路计算时加以考虑，增加系统余量。 3.2.1链路参数确定卫星名称轨道位置工作频段转发器带宽等效全向辐射功率EIRP（dBW）品质因数G/T（dB/K）转发器输入回退转发器输出回退表1 卫星参数表亚洲四号C波段亚太波束东经122度上行5.846GHz-6.425GHz 下行3.620GHz-4.200GHz 36MHz 北京：1=41 新加坡：2=40.3 北京：1=−0.7 新加坡：2=−3.4 3dB 0.8dB 表 2 链路计算参数表地球站 1 地点北京

地球站 2 地点通信信息速率北京站天线等效口径新加坡站天线等效口径天线效率调制方式编码方式 Modem 门限（BER=10−8）系统工程余量新加坡北京-卫星-新加坡：10MHz 新加坡-卫星-北京：10MHz D1=3m D2=4m 0.6 QPSK TPC 3/4 4.2dB 3dB 北京经纬度新加坡经纬度北京站天线仰角新加坡站天线仰角东经 116.4 度，北纬 39.9 度东经 104.3 度，北纬 1.3 度 43.48 度 69.17 度 3.2.2 北京-卫星-新加坡链路的计算以北京地球站 1 和新加坡地球站 2 构成双向卫星链路，地球站 1 发送频率=6.15，地球站 2 接收信号频率=3.9。北京发射，新加坡接收。北京站发射功率为1=20，新加坡发射功率为2=100 1）.上行链路计算北京地处中纬度地区，典型的温带季风气候，受雨雪影响较小，所以我们采用晴天模型，发射天线增益忽略雨衰。发射天线选最佳仰角 43.48 度。 A．发射天线增益和功率通量密度的计算 =(×1 )2× 1为北京站天线口径，为发射波长，η为天线效率。所以 = ×3×6.15×109 3×108 =43.5 2×0.6

有效全向辐射功率 EIRP 计算公式为卫星的功率通量密度为其中，R 为北京站到卫星距离，计算公式为 00+ℎ11 4216439.9°5.6° =1/ 其中1为北京站发射功率，=1为北京站天线馈线损耗。为北京站天线与卫星接收天线指向损耗，我们假设发射站天线正好对准卫星天线，则=0。所以 =13+43.5−1=55.5 = 42=1 42 00+ℎ 2−2 =(0+ℎ) 1+ 其中，0=6371为地球平均半径，ℎ=35797为卫星轨道高度，1=39.9°为北京站纬度，1=122°−116.4°=5.6°为北京站与卫星经度差。所以， =42164× 1+ 6371 42164 2−2×6371 =37526 =55.5−10lg 4× 37526×103 2 =−106.98/2 B．上行链路载噪比 = −10−10− 其中，为上行链路载温比，K 为玻尔兹曼常数，=1.3805×10−23/，B 为卫星转发器带宽。的计算公式为 =−+/1 为上行链路的总损耗，主要包括包括上行链路传播损耗1和大气损耗=0.5，/ 1为卫星在北京的品质因素。载噪比为接收机输入端的载波功率与噪声功率的比值，用来表征卫星链路的性能。所以卫星的功率通量密度为

2 B 的计算公式为 2）.下行链路计算 1=104 =10 4×37526×103×6.15×109 3×108 =199.7 =1+0.5=200.2 所以 =55.5−200.2−0.7=−145.4/ =××0.5×(1+) 其中，为信息速率，FEC 效率η=0.75，QPSK 编码滚降系数α=0.4，所以 =10×106×0.75×0.5×1.4=5.25=67.2dB =−145.4+228.6−10lg 5.25×106 −3=13 通信波段为 C 波段，波长较大，受雨雪影响较小，雨衰一般小于 2dB，在这里我们设雨衰= 1.5。另外，由于我们选取最佳仰角 69.17 度，所以天线噪声温度=3，地面噪声温度=10，雨区噪声温度=275。接收天线与接收机之间的馈线损耗为= 1。接收机噪声系数 F=1dB，地面环境温度0=290 00+ℎ22 00+ℎ 2−2 = 0+ℎ 42164 2−2×6371 =42164× 1+ 6371 421641.3°17.7°| =36148 这样，下行链路总损耗包括下行链路传播损耗2，大气损耗=0.5和雨衰= 1.5 2=104 由于新加坡地处热带海岛，常有台风等问题，因此考虑雨衰。但又由于我们选取的卫星卫星与新加坡站距离 2 1+ 2

2 新加坡站天线接收增益所以下行链路总的噪声温度为 =10 4×36148×103×3.9×109 3×108 =195.4 =2+0.5+1.5=197.4 = ×4×3.9×109 2×0.6 3×108 =44.26 则= −10= 100.1−1 ×290=75 =+ 1− 1 + = 3100.15+290× 1− 1100.15 +10 =96.82 = + 1− 1 + =96.82 100.1+275× 1− 1100.1 +75 =208.5 =44.26−10208.5=21/ = −10−10− =2−+−228.6−10lg 5.25×106 −0.8 =40.3−197.4+21+228.6−67.2−0.8 =29.5 整个链路载噪比 1 −1+ 1= //输入输出回退 −1 −1 天线等效噪声温度为新加坡站的品质因数下行链路载噪比

系统的能噪比计算公式为 3.2.3 新加坡-卫星-北京链路的计算 1）.上行链路计算发射天线增益 2×0.6 =12.9 0= 1−10+10 =12.9−10lg 10×106 +67.2 =10.1 新加坡站为发射站，北京站为接收站，发射频率=6.15，接收频率=3.9。新加坡站天线发射功率2=100。新加坡站发射考虑雨衰=1.5，大气损耗=0.5。 = ×4×6.15×109 3×108 =46 =1 =10100+46−1 =65 =1++ =10 4×36148×103×6.15×109 3×108 =201.38 =−+2 =65−201.38−3.4 =−139.8/ 2+0.5+1.5 发射天线等效全向辐射功率上行链路损耗所以上行链路载温比根据上文公式

= −10−10− =−139.8+228.6−67.2−3 =18.6 2）.下行链路计算下行链路损耗接收天线增益由于下行链路无雨衰，所以 2+0.5 =2+0.5 =10lg 4×37526×103×3.9×109 3×108 =196.24 = ×3×3.9×109 2×0.6 3×108 =42.04 =+=13 = −10= 100.1−1 ×290=75 = + 1− 1 + = 13100.1+290× 1− 1100.1 +75 =144.97K =42.04−10144.97=20.43/ = −10−10− =2−+−228.6−10lg 5.25×106 −0.8 =41−196.24+20.43+228.6−67.2−0.8 =30.79 北京站品质因数下行链路载噪比整个链路载噪比

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