卫星通信导论（第5版）PPT完整全套教学课件

卫星通信第1章卫星通信系统概述.ppt第2章卫星轨道.ppt第3章链路传输工程.ppt第4章多址技术.ppt第5章星载和地球站设备.ppt第6章VSAT通信网.ppt第7章卫星移动通信系统.ppt第8章卫星宽带通信系统.ppt第9章卫星数字电视广播系统.ppt第10章卫星定位与导航系统.ppt第11章深空通信.ppt全套可编辑PPT课件

课程简介课程名称：卫星通信课程学时：32周学时：4课程性质：专业选修课程目的本课程是为通信工程、计算机通信、无线电技术等专业高年级学生开设的一门专业课，其目的是使学生掌握卫星通信系统的组成、原理和技术的基础知识。课程特点讲述卫星通信的基础知识，侧重于基本概念和原理，而对于复杂的数学推导，则从略。课程概况课程成绩计算平时成绩：30％（半期考试和作业各占15％）期末考试：70％通信：在两个或多个位置实现信息的传输、接收和处理。有线通信：光纤、电缆、明线无线通信：短波/超短波通信、微波中继通信、地面移动通信、卫星通信

卫星通信是个人通信网的组成部分，是地面通信网的补充。

卫星通信卫星通信的概念

卫星通信是指利用通信卫星转发器实现地球站（或手持终端）之间、或者地球站与航天器之间的无线电通信。教材和参考书朱立东等，《卫星通信导论》（第3版），北京：电子工业出版社，2009年11月第1次印刷（卫星通信课程教材）DennisRoddy.SatelliteCommunications.TheMcGraw-HillCompanies,inc.,2002（清华大学出版社）TimothyPratt,CharlesBostianandJeremyAllnutt.SatelliteCommunications.NewYork:JohnWilyandSons,Inc.,2003（电子工业出版社）张乃通等，《卫星移动通信系统》(第2版），北京：电子工业出版社，2000ErichLutz,MarkusWernerandAxelJahn.SatelliteSystemsforPersonalandBroadCommunications.Berlin:Springer-Verlag,2000第一章卫星通信系统概述一、卫星轨道二、卫星通信系统的组成三、卫星通信的业务类型四、频率分配五、卫星通信的特点六、卫星通信的发展历史七、通信卫星的分类八、卫星通信的研究动态九、卫星通信的应用一、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三大定律。开普勒定律

开普勒第一定律：卫星以地心为一个焦点做椭圆运动。其轨道平面的极坐标为：

图1椭圆轨道的示意图

开普勒第二定律：卫星与地心的连线在相同时间内扫过的面积相等。

V为卫星在轨道上的瞬时速度。其中a为椭圆轨道的半长轴，r为卫星到地心的距离。u为开普勒常数，u值为398601.58*109m3/s2

开普勒第三定律：卫星运转周期的平方与轨道半长轴的3次方成正比。

u为开普勒常数，u值为398601.58109m3/s2。(1)地球非球形引起的摄动，表现为：卫星的轨道面绕地轴缓慢转动近地点位置变化（2）大气阻力的影响卫星轨道的远地点降低，长轴缩短，即运行周期缩短偏心率减小，轨道愈变愈圆

卫星轨道摄动

地球形状不规则大气阻力太阳和月球引力二、卫星通信系统的组成空间段 主要是卫星本身。星体包括两大子系统：星载设备和卫星母体。地面段 典型的地面段即地球站，包括地面卫星控制中心（SCC,Satellitecontrolcenter）及其跟踪、遥测和指令站（TT&C,Tracking,telemetryandcommandstation）。用户段：各种用户终端三、卫星通信的业务类型ITU(InternationalTelecommunicationUnion)定义三种业务类型：固定卫星业务FSS(Fixedsatelliteservice)移动卫星业务MSS(Mobilesatelliteservice)广播卫星业务BSS(Broadcastingsatelliteservice)四、频率分配卫星通信的频率窗口：大气对不同频率电波传播的吸收损耗差异很大，形成星－地传输的频率窗口。吸收损耗在22和60GHz有峰值。卫星通信频段：目前常用频段有L，S，C，X，Ku，Ka。

L频段：1～2GHZ，一般记为1.6/1.5G(上行/

下行)，用于MSS，GEO卫星测控。

S频段：2～4GHz，用于MSS，GEO卫星测控。

C频段：4～7GHz，用于FSS和MSS的馈电链路。

Ku频段：12～18GHz，用于FSS，BSS。

Ka频段：20～40GHz,用于FSS，MSS。此外，VHF、UHF用于低轨小卫星通信。

VHF频段：0.1~0.3GHz，用于移动、导航业务

UHF频段：0.3~1.0GHz，用于移动、导航业务更高频段

Q频段：36.0~46.0GHz，V频段：46.0~56.0GHz大气吸收附加损耗与频率的关系五、卫星通信的特点服务范围宽：一颗GEO卫星覆盖全球表面的

42%；中低轨星座系统可实现全球覆盖。可用频段宽：从150MHz～30GHz(Ka波段)。目前已开始开发Q、V波段(40～50GHz)。网络路由简捷：旁路复杂的地面“网络云”。跨国公司专网。网络建设速度快、成本低：除建站外，无需地面施工。运行维护费用低。系统均匀服务，易引入新业务：统一的业务提供商，利于系统为各地区提供均匀的服务。卫星通信在中国的特殊地位幅员辽阔人口众多地区发展不平衡中国有60％左右的地区是地面网盲区，如海洋、高山、沙漠和草原等，通信的困难甚至成为人们生存的障碍由于卫星通信相对于地面通信网的综合造价成本高，终端贵，因此，卫星通信的市场定位应该是地面通信网的延伸和补充，主要服务于地面通信网不能覆盖的区域及有特殊通信需求的人群卫星覆盖区域广，可以较经济地为地面蜂窝网覆盖范围以外的用户“唯星用户”提供移动通信业务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。卫星移动通信和地面移动通信六、世界卫星通信的发展历史1945年ClarkeA.C.提出三颗同步卫星覆盖全球1957年前苏联发射世界上第一颗卫星Sputnik1963年美国发射世界上第一颗同步轨道卫星SYNCOM1964年INTERSAT成立1965年第一颗商用同步卫星“晨鸟”进入轨道1975年第一次通过卫星成功实现直接广播试验卫星通信的发展历史（续）1979年INMARSAT成立1982年国际海事卫星通信进入运行1984年第一个DTH系统在日本进入运行1987年INMARSAT成功进行地面移动卫星通信试验1989～1990年INMARSAT将全球移动卫星通信业务扩展到地面和空间移动通信领域1995年WRC对非静止轨道卫星系统分配新频谱；商用LEO卫星系统ORBCOM第一次传送低速数据试验成功1998年通过LEO星座引入手机通信业务1999~2000年引入卫星直接广播语音业务2000~2005年引入宽带个人通信，Ka频段发展迅速中国卫星通信的发展中国第一颗试验卫星“东方红一号”于1970年4月24日发射成功，重37Kg，运转周期110分钟，绕地球一周，以旋极化的全球波束向全球广播“东方红乐曲”。东方红一号中国卫星发展史（续）1984年8月8日成功发射第一颗同步轨道试验通信卫星“东方红二-1”，定位在125°E，重433Kg，携带2个8W的C频段转发器，以全球波束辐射，中心波束为23.4dBW。1986年2月1日“东方红二号-2“成功定位在103°E，携带2个C频转发器，以区域椭圆波束辐射传送，重433Kg，中心波束为34.5dBW。携带2个8W的C频段转发器，以全球波束辐射，中心波束为23.4dBW。中国卫星发展史（续）1988年3月7日“东方红二号甲-1“简称“东二甲-1“，对外称“中卫一号“定位在87.5°E，波束中心指向101.7°E，34.11°N，中心波束为36dBW。4个C频段转发器，二个8W，二个10W，以区域椭圆波束辐射传送。卫星重441Kg，寿命7年。1990年2月4日“东方红二号甲3“简称“东二甲3“，对外称“中卫三号“定位在98°E，波束中心指向103.23°E，33.84°N，中心波束36dBW。4个C频段转发器以区域椭圆波束辐射传送。卫星重441Kg。中国卫星发展史（续）1991年12月28日“东方红三号”发射但卫星定位失败。1993年7月“中星五号”卫星启用，定位115.5o，播出8个省级节目。1996年7月3日『亚太一A』在西昌发射中心成功发射，本卫星和『亚太一号』相同为C频段双极星，定位于东经134°E，台湾地区信号覆盖强度为37dBm，接收容易。1997年5月11日新的“东方红三号”又称为“中卫6号”发射成功，它是新型大功率的卫星，携带24个C频段转发器，定位125°E。中国卫星发展史（续）1998年5月30日新的“中卫一号”发射成功。它是第一颗携带Ku频段的新型大功率的卫星，携带18个

C频段转发器，定位在87.5°E。1998年7月18日“鑫诺一号”发射成功。携带14个Ku频段转发器和24个C频段转发器和一对C-Ku频段互联转发器，定位在110.5°E。中国卫星发展史（续）2003年10月21日11时16分，太原卫星发射中心用“长征”四号乙运载火箭成功地将中国与巴西联合研制的第二颗“资源一号”卫星和中国科学院研制的“创新一号”小卫星送入太空。火箭发射13分钟后，“资源一号”卫星进入太阳同步轨道。火箭继续飞行约40秒后，“创新一号”卫星与火箭分离，进入预定轨道。中国卫星发展史（续）2003年10月15日，神州五号在酒泉卫星发射中心成功发射。2005年10月12日，神州五号在酒泉卫星发射中心成功发射。2008年9月25日成功发射神州五号中国卫星发展史（续）2006年10月29日“鑫诺二号”卫星在西昌发射成功，但是在定点过程中出现技术故障，致使太阳帆板二次展开和通信天线展开未能完成，无法提供通信广播传输服务2000年10月31日、12月21日、2003年5月25日、2007年2月3日先后成功发射四颗北斗导航试验卫星

2007年4月14日中国成功发射了第一颗北斗导航卫星北斗导航试验卫星一号（Beidou-1）中国卫星发展史（续）2007年6月1日“鑫诺三号”卫星在西昌发射成功，轨道位置：E125o，覆盖中国及周边国家和地区。2008年4月25日中国首颗数据中继卫星“天链一号01星”在西昌发射成功，其任务是为卫星、飞船等航天器提高数据中继和测控服务2009年4月15日第2颗北斗导航卫星在西昌卫星发射中心成功发射2010年1月17日第3颗北斗导航卫星在西昌卫星发射中心成功发射卫星通信的发展趋势传统的C、Ku频段静止轨道卫星将保持稳定发展，并将以大容量(转发器数量在50个左右)、高功率(功率为8000瓦至15000瓦)和长寿命(寿命在15年左右)的新系统逐步更换现有系统。静止轨道卫星移动通信系统服务对象将从原有的传统用户转移至缺少陆地服务的边远地区。Ka频段静止轨道卫星系统已逐步走向实用化，卫星通信网从窄带向宽带过渡，如覆盖美洲的EchoStar-Ka、ASTROLINK和PAS等。

卫星通信的发展趋势（续）窄带的中、低轨道卫星移动通信系统投入运行，如Iridium、ICO和Globalstar等系统。宽带低轨道系统正在加紧开发之中，预计在21世纪初可陆续发射，用于高速数据和可视电话传输。如Teledesic系统共包括288颗卫星，工作于Ka频段，寿命设计为10年左右。小型低轨卫星系统已陆续投入运行，用于低速数据传输，如E-Sat、GEAmerican和GEMnet等系统。全球定位卫星系统将面临升级换代的问题。中、低轨道卫星系统为适应新技术发展和系统对容量的更大要求已形成了新的演变过渡方案，如Iridium系统将其运行的卫星数目从66颗增加至96颗。随着1997年9月26日美国FCC频率申请计划新周期的开始，Q、V段新系统纷纷推出，各公司开始申请Q和V频段新系统。卫星通信的发展趋势（续）同步卫星向大容量、多波束、智能化方向发展低轨卫星与地面蜂窝通信相结合，实现全球个人通信小卫星通信地面站的广泛应用数字视频广播(DVB)和数字音频广播步入家庭和个人用户多媒体通信和Internet接入微小卫星、纳卫星和皮卫星的快速发展卫星通信技术空间段技术地面段技术用户终端技术卫星通信技术空间段技术

卫星通信系统空间段：卫星重量、功率和尺寸，星上通信设备。卫星转发器数目增多，从最少1个增加到48个，同时每个转发器的容量增加到36MHz(C波段)/54MHz(Ku波段)；使用频段从C波段(6/4GHz)移向Ku波段(14/12GHz或14/11GHz；星上天线增多，从第四代卫星开始逐步形成由全球波束、半球波束、区域波束和点波束组成的多波束系统，频率复用次数增多；实现星上波束交换

卫星通信技术（续）地面段技术以前：超低温参数放大器，速调管或行波管放大器；现在：全固化常温低噪声放大器和全固化功率放大器发展起来；卫星功率不断增大，地面站逐步由大变小，天线直径由30米减小到几米甚至不到1米。

需要发展的一些技术更高频段的开发和多频段共用多星共位大型可展开天线技术动态可调功率放大器技术先进的调制、编码和压缩技术高功率、高EIRP技术星座卫星系统关键技术星座设计星间链路多波束天线技术星上交换和处理移动性管理技术网络控制和管理技术卫星系统与地面系统的综合应用（微）小卫星技术七、通信卫星的分类按轨道分：GEO，HEO，MEO，LEO按工作区域分：国际通信卫星、国内通信卫星、区域通信卫星按应用领域分：广播电视卫星、跟踪与数据中继卫星、军事通信卫星（如战略、战术通信卫星、舰队通信卫星、军用数据转发卫星等）。卫星按重量分类种类重量（kg）大卫星>1000中型卫星500～1000小卫星100～500微小卫星10～100纳卫星1～10皮卫星0.1～1飞卫星<0.1八、卫星通信的研究动态国外卫星研究动态英国：Surrey大学，ICO全球通信公司的ICO(10355km,12颗卫星，轨道倾角45度美国：Motorola铱系统，Loral和Qualcomm的全球星系统，Microsoft公司参与的“Teledesic”系统俄罗斯：Informcosmos的Marathon-Acros（GEO,5)，2003年预计发射40余颗通信卫星和探测卫星德国：SATCON公司的LEOSATCOURIER(800km，77颗卫星，轨道倾角77度）法国：AlcatelEspace的SkyBridge(1457km,64颗卫星）美国大学纳卫星计划项目承担单位“3星”星群（3-Sat）亚历桑那大学，科罗拉多大学，新墨西哥大学电磁辐射与闪光探测（Emerald）斯坦福大学和克拉拉大学电离层探测与卫星编队（ION-F）犹他大学，弗吉尼亚工学院，华盛顿大学星群开拓者（CP）波士顿大学太阳帆（SB）纳卫星卡内基美隆大学纳卫星的发射与释放美国空军研究实验室九、卫星通信应用卫星视频广播业务交互式业务数据通信和Internet业务移动通信业务卫星导航卫星遥感（对空和对地遥感）气象观测地球资源勘探、海洋监视侦察（包括照相侦察和电子侦察）、预警支持载人航天远程教育、远程医疗卫星其它应用

第2章卫星轨道

目录一、与星座有关的基本概念二、卫星轨道的分类三、卫星的轨道要素四、卫星对地面的覆盖参考书张乃通等，《卫星移动通信系统》，北京：电子工业出版社，2000年张更新等，《卫星移动通信系统》，北京：人民邮电出版社，2001年王希季，李大耀。《卫星设计学》，上海：上海科学技术出版社，1997年一、与星座有关的基本概念天文学的几个术语升节点春分点和秋分点日心圆坐标系地心赤道坐标系太阳日恒星日世界时间和地方时天文学的几个术语天球：人们为了便于研究天体，假想以空间任意点为中心，以无限长为半径所作的球。

天赤道：延伸地球赤道面而同天球相交的大圆称为“天赤道”。天极：向南北两个方向无限延长地球自转轴所在的直线，与天球形成两个交点，分别叫作北天极与南天极。黄道：从地球上看，太阳于一年之内在恒星之间所走的视路径，即地球的公转轨道平面和天球相交的大圆。黄道和天赤道成23度26分的角，相交于春分点和秋分点。

太阳月球地球卫星图2地球、卫星、月球和太阳的相对位置升节点（或升交点）：卫星从地球的南半球向北半球飞行的时候经过地球赤道平面的点。春分点和秋分点：从地球上看，太阳沿黄道逆时针运动，黄道和天赤道在天球上存在相距180°的两个交点，其中太阳沿黄道从天赤道以南向北通过天赤道的那一点，称为春分点，与春分点相隔180°的另一点，称为秋分点，太阳分别在每年的春分（3月21日前后）和秋分（9月23日前后）通过春分点和秋分点。

简单地说，春分点为太阳沿黄道从天赤道以南向北通过天赤道的那一点。春分点秋分点黄道天赤道图4春分点和秋分点示意图日心（Heliocentric）椭圆坐标系：坐标系的原点是太阳的中心，其XY基准平面与地球绕着太阳旋转的椭圆轨道面重合。X轴定义为连接原点和椭圆面与地球赤道面的横断面的连线，其正方向指向春分点方向。Y轴的正方向指向X轴正方向的东方，Z轴的正方向指向原点的北方。

地心（Geocentric）赤道坐标系：坐标原点为地心；坐标轴X在赤道平面内，指向春分点；Z轴垂直于地球赤道面，与地球自转角速度方向一致；Y轴与X轴、Z轴垂直，构成右手系。太阳日：一个太阳日是指太阳连续经过当地子午线的时间间隔，即通常所说的一天。如果地球只是自转，而不绕着太阳转的话，一个太阳日就应该与地球自转一圈的时间相同。实际上，地球除了自转外，还要绕着太阳旋转（一年转一圈）。因此，在一个太阳日中地球自转就超过了360o，平均说来在一个太阳日中地球要多自转0.986o。恒星日：一个恒星日定义为地球绕其轴自转360o需的时间。一个恒星日要比一个太阳日短，一个太阳日为24小时，而一个恒星日约为23小时56分4.09秒。对于GEO卫星来说，为了与地面上的一点保持相对静止，其轨道周期就必须是一个恒星日。图5太阳日和恒星日示意图世界时间：为了在全世界范围内确定一个时间基准，选择英国格林尼治的民用时间作为世界时间（UniversalTime，简记为UT），因此，世界时间有时也叫格林尼治标准时间（GreenwichMeanTime，简记为GMT）。地方时：以地方子午圈为基准所决定的时间，叫做地方时。在同一计量系统内，同一瞬间测得地球上任意两点的地方时刻之差，在数值上等于这两点的地理经度差。

二、卫星轨道的分类按卫星轨道的倾角分按卫星轨道的偏心率分按轨道的高度分按卫星轨道的重复特性分按卫星轨道的倾角大小分

卫星轨道的倾角是指卫星轨道面与赤道平面的夹角。赤道轨道：轨道倾角为0度，轨道面与赤道面重合。极轨道：轨道倾角为90度，轨道平面通过地球南、北极，与赤道平面垂直。顺行轨道：轨道倾角大于0度而小于90度，将这种卫星送入轨道，运载火箭需要朝偏东方向发射。利用地球自西向东自转的一部分速度，从而节省运载火箭的能量。逆行轨道：轨道倾角大于90度而小于180度，将这种卫星送入轨道，运载火箭需要朝偏西方向发射。不能利用地球自转速度来节约运载火箭的能量，反而要付出额外的能量去克服一部分地球自转速度。

赤道轨道顺行轨道

极轨道逆行轨道图6不同倾角的卫星轨道太阳同步轨道：当卫星轨道角度大于90度时，地球的非球形重力场使卫星的轨道平面由西向东转动。适当调整卫星的高度、倾角、形状，可以使卫星轨道的转动角速度恰好等于地球绕太阳公转的平均角速度，这种轨道称为太阳同步轨道。太阳同步轨道卫星可以在相同的当地时间和光照条件下，多次拍摄同一地区的云层和地面目标，气象卫星和资源卫星多采用这种轨道。按卫星轨道的偏心率不同分圆轨道：偏心率为零的轨道，偏心率接近零的近圆轨道有时也称为圆轨道。椭圆轨道：偏心率在0和1之间的轨道。偏心率大于0.2的轨道称为大偏心率椭圆轨道，又称大椭圆轨道。沿椭圆轨道运行的卫星，探测的空间范围相对较大。抛物线轨道：偏心率为1的轨道。双曲线轨道：偏心率大于1的轨道。沿抛物线和双曲线轨道运行，卫星将飞离地球的引力场。行星探测器的星际航行，采用这两种轨道。圆、椭圆轨道的选择全球卫星通信系统多采用圆轨道，可以均匀覆盖南北球区域卫星通信系统，若覆盖区域相对于赤道不对称或覆盖区域纬度较高，则宜采用椭圆轨道按卫星轨道的高度分低轨道(LEO)：轨道高度低于2000公里。中轨道(MEO)：轨道高度在2000公里和20000公里之间。高轨道(HEO)：轨道高度大于20000公里而又小于35786.6公里。地球静止轨道(GEO)：轨道高度为35786.6公里。图7范.艾伦带示意图1500km-5000km，以3750km为中心13000km-20000km，以18500km为中心按卫星轨道的重复特性分

卫星的星下点：卫星瞬时位置和地球中心的连线与地球表面的交点。回归轨道：卫星的星下点轨迹在一天内重复的轨道，一般地球自转周期与卫星轨道周期的比值为整数。准回归轨道：卫星的星下点轨迹间隔N（整正数）日后进行重复的轨道，当N=1时就是回归轨道。非回归轨道：卫星的星下点轨迹不周期性重迭的轨道。卫星星下点图8星下点轨迹卫星星下点轨迹举例

►一颗轨道高度为13892km，轨道倾角60º，初始位置（0ºE，0ºN）的卫星24小时的星下点轨迹如下图所示

卫星在外层空间沿着轨道运行，而地球在不断地自转。卫星在沿着椭圆轨道绕地球运行时，其后一圈运行的星下点轨迹一般不重复前一圈运行的星下点轨迹。沿椭圆轨道运行的卫星在某一圈运行的星下点轨迹由以下方程决定（定义该圈运行通过升节点的时刻作为度量零点）。

是卫星星下点的地心纬度，单位是度；是卫星星下点的地心经度，单位是度；是升节点的经度，单位是度；是t时刻卫星与升节点之间的角距（从升节点开始度量，顺行方向取正值，逆行方向取负值）；t是飞行时间，单位为秒；是地球自转角速度，单位为度/秒；

号分别用于顺行和逆行轨道。图9圆轨道卫星星下点轨迹图

卫星运动的速度和轨道周期分别为：U为开普勒常数，u=398601.58109m3/s2。图10圆轨道覆盖示意图

其中e是地面上的通信终端对卫星的仰角，星下覆盖区对应的地球中心角γ(覆盖地心角)为：仰角e为：S是终端到卫星的距离，表示为：用户到卫星的传播时延为：地球表面上，卫星的覆盖区域面积为：卫星在地面上的覆盖半径为：卫星在地球上覆盖的弧长为：用户可以通信的轨道弧长为：用户可以与卫星通信的最长时间为：例题一

卫星绕地球做圆轨道运动，假设地球半径为6356.755km，系统要求用户终端的最小仰角为10o，卫星距地面的高度为785km，求（1）单颗卫星的覆盖区域面积；（2）用户到卫星的传播时延；（3）用户可以与卫星通信的最长时间。例题二

有一个由N颗地球静止轨道卫星组成的通信系统，已知静止轨道卫星高度H＝36000km，假定地球站天线最小仰角Emin＝20o

。为使该通信系统能够完全覆盖地球赤道，问至少要有多少颗卫星（N）？三、卫星的轨道要素轨道平面倾角i轨道的半长轴a轨道的偏心率e升节点位置

近地点幅角

卫星初始时刻的位置

图3轨道参数图

下面讨论的卫星轨道要素是指单颗卫星。轨道平面倾角i：轨道平面与赤道平面的夹角轨道的偏心率e：对于椭圆轨道，是两个焦点之间的距离与长轴之比。升节点位置（又称为升交点赤经）

：从春分点到地心的连线和从升节点到地心的连线之间的夹角。近地点幅角

：从升节点到地心的连线与卫星近地点和地心连线的夹角。卫星初始时刻的位置

：卫星在初始时刻到地心的连线与升节点到地心连线之间的夹角。其中

是初始时刻卫星在轨道内的幅角，从升节点位置开始计算。

在卫星轨道的六个要素中，轨道倾角和升节点位置决定轨道平面在惯性空间的位置，近地点幅角决定轨道在轨道平面内的指向，轨道半长轴和轨道偏心率决定轨道的大小和形状。对于圆轨道，只需要四个轨道参数，即轨道高度、轨道倾角、升节点位置和某一特定时刻卫星在轨道平面内距升节点的角距。

四、卫星对地面的覆盖单颗卫星的覆盖区域：表示卫星在空间轨道上的某一位置对地面的覆盖。卫星的地面覆盖带：卫星沿空间轨道运行对地面的覆盖情况。卫星环的覆盖带：多颗卫星组成的卫星环沿空间轨道运行对地面的覆盖情况。图11单颗卫星覆盖带示意图图12覆盖区域最大斜视距离和可见弧长相对卫星轨道高度的关系星座覆盖形式持续性全球覆盖持续性地带覆盖持续性区域覆盖部分覆盖

持续性全球覆盖持续性地带覆盖持续性区域覆盖部分覆盖图13不同的覆盖形式98第3章链路传输工程99目录一、星-地链路传播特性二、卫星移动通信链路特性三、天线的方向性和电极化问题四、噪声与干扰五、卫星通信全链路质量六、信道对传输信号的损害七、上、下行链路的RF干扰100链路传播特性星际链路：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的各种影响所确定101

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。

热层（热电离层）（Thermosphere）

80-500km中间层（Mesosphere）

50-80km平流层（Stratosphere）

16-50km对流层（Troposphere）

7-16km

外逸层（Exosphere）

500-64,374km102传播问题物理原因主要影响衰减和天空噪声增加大气气体、云、雨大约10GHz以上频率信号去极化雨、冰结晶体C和Ku频段的双极化系统折射和大气多径大气气体低仰角跟踪和通信信号闪烁对流层和电离层折射扰动对流层：低仰角和10GHz

以上频率电离层：10GHz以下频率反射多径和阻塞地球表面及表面上物体卫星移动业务传播延迟、变化对流层和电离层精确的定时、定位卫星通信系统的传播问题103卫星通信系统的主要技术参数等效全向辐射功率（EIRP）定义：地球站或卫星的天线发射功率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。

EIRP=P·G，或EIRP(dBW)=P(dBW)+G(dB)噪声温度（Te）定义：将噪声系数折合为电阻元件在相当于某温度下的热噪声，温度以绝对温度K计。噪声温度（Te）与噪声系数(NF）的关系为：NF=10lg(1+Te/290)dB品质因素（G/Te）定义：天线增益与噪声温度的比值。

G/Te=G(dB)-10lgTe(dB/K)104天线增益的计算公式

卫星移动通信系统中的天线增益可以按下式进行计算：(2-3)式中，A是天线口面的有效面积(m2)，

是工作波长（m），

为天线效率，Ae为接收天线有效面积。其中=c/f，c为光速，取值为3*108(m/s)。(2-3)式作变换，则105例一计算频率为6GHz时，口径3m的抛物面天线的增益。（天线效率为0.55）解：根据106习题2.5

某地球站使用5m的天线，工作频率为12GHz，天线噪声温度为100K，接收机前端噪声温度为120K，试计算G/T值（天线与接收机之间的馈线损耗忽略，天线效率为0.55）解：根据107一、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。自由空间传播损耗

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。108图2-1以确定的天线面积在不同距离上接收辐射能量109图2-2自由空间损耗与传播路径长度的关系110图2-3卫星与地球站的几何关系111图2-4静止卫星与地球站的通信距离关系曲线1122.2若静止卫星定位于E90o，求位于E110o，N40o的地球站对卫星的仰角、信号传播距离。若射频频率为6GHz，计算链路的自由空间传播损耗。解：113有关链路计算的公式自由空间传播损耗功率密度接收信号功率114自由空间传播损耗计算公式电波从点源全向天线发出后在自由空间传播，能量将扩散到一个球面上。如用定向天线，电波将向某一方向会聚，在此方向上获得增益，那么到达接收点的信号功率为：

其中：PT为发射功率;GT为发射天线增益;GR为接收天线增益；Lf为自由空间传播损耗。d为传播距离，

为工作波长，C为光速，f为工作频率。Lf通常用分贝表示，当d用km、f用GHz表示时，又可以表示为115116例二卫星和地面站之间的距离为42,000km。计算6GHz时的自由空间损耗。解：根据公式（2-8），

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

功率密度（功率通量密度）是指发射功率经过空间传播到达接收点后，在单位面积内的功率。可以表示为（2-1）式。（2-2）式中，PT为天线的发射功率（W），GT为发射天线的增益，d为自由空间传播距离。118例三

卫星的EIRP值为49.4dBW，计算卫星离地面距离为40000km时，地面站的功率密度。解：根据式（2-1），

地面站的功率密度为119接收信号功率的计算公式若接收信号的有效接收面积为A·

，则接收到的功率为：若用接收天线增益（式2-3）来表示，上式可以改写为：120链路附加损耗大气吸收损耗雨衰和云雾的影响大气折射的影响电离层闪烁和多径121链路附加损耗

1.大气吸收损耗

在大气各种气体中，水蒸汽、氧气对电波的吸收衰减起主要作用，水蒸汽的第一吸收峰在22GHz，氧气在60GHz(35－80GHz间)。对非常低的水蒸汽密度，衰减可假定与水蒸汽密度成正比。由于在22GHz和60GHz处有较大的损耗峰存在，这些频率不宜用于星-地链路，但可用于星间链路。总体上，大气吸收损耗随频率的增加而增大。在0.3-l0GHz的频段，大气损耗小，适合于电波传播，这一频段是当前应用最多的频段。30GHz附近也有一个低损耗区。122大气吸收附加损耗与频率的关系123链路附加损耗

2、雨衰和云雾的影响

在雨天或有雾的气象条件下，雨滴和雾对于较高频率（10GHz以上）的电波会产生散射和吸收作用，从而引入较大的附加损耗，称为雨衰。仰角为θ的传播路径上的降雨衰减量为：LR=γR·lR(θ)γR是降雨衰减系数，定义为由雨滴引起的单位长度上的衰减，单位dB／km；lR(θ)是降雨地区的等效路径长度，定义为当仰角为θ时传播路径上产生的总降雨衰减(dB)与对应于地球站所在地降雨强度的降雨衰减系数比(dB／km)，单位为km。124图2-6不同仰角时的雨衰频率特性125降雨衰减系数的频率特性126降雨地区的等效路径长度127云、雾引起的损耗可用下式计算：其中f为频率，单位为GHz；Vm为能见度，单位为m。密雾：Vm<50m浓雾：50≤Vm<200m中等雾：200≤Vm<500m雪引起的附加损耗可用下式计算：其中f为频率，单位为GHz；I为降雪强度，单位为mm/H。15GHz下，只有中等强度以上的雪才有影响。128链路附加损耗3、大气折射的影响大气折射率随着高度的增加、大气密度的减小而减小，电波射线因折射率随高度变化而产生弯曲，波束上翘一个角度增量。大气折射率的变动对穿越大气的电波起到一个凹透镜的作用，使电波产生微小的散焦衰减，衰减量与频率无关。在仰角大于5度时，散焦衰减小于0.2dB。此外，因大气湍流引起的大气指数的变化，使电波向各个方向上散射，导致电波到达大口面天线时振幅和相位不均匀分布，引起散射衰落，这类损耗较小。129图2-7微波信号通过大气层时产生折射130链路附加损耗4、电离层闪烁和多径

电离层内存在电子密度的随机不均匀性而引起闪烁，可使信号产生折射。电离层中不均匀体的发生和发展，造成了穿越其中的电波的散射，使得电磁能量在时空中重新分布，造成电波信号的幅度、相位、到达角、极化状态等发生短期不规则变化。对闪烁深度大的地区，用编码、交织、重发等技术，来克服衰落，减少电离层闪烁的影响；其它地区可用适当增加储备余量的方法克服电离层闪烁的影响。

131电离层闪烁形成多径传播132图2-8地面反射形成的多径传播133地磁中纬度地区（非闪烁增强带）电离层闪烁造成的衰落（dB）134电离层闪烁储备余量135

二、卫星移动通信链路特性多径衰落：电波在移动环境中传播时，会遇到各种物体，经反射、散射、绕射，到达接收天线时，已经成为通过各个路径到达的合成波。各传播路径分量的幅度和相位各不相同，因此合成信号起伏大，称为多径衰落。阴影衰落：电波途经建筑物、树木等时受到阻挡被衰减，这种阴影遮蔽对陆地卫星移动通信系统的电波传播影响很大。卫星移动信道的分析模型：经验模型、几何分析模型、概率分布模型。经验模型不能揭示传播过程的物理本质，但可以描述出对重要参数的敏感度；几何分析模型用几何分析的方法，能预测单个或多个散射源的作用，解释衰落机制，但需将结果扩展到实际的复杂情况；概率分布模型建立了对传播过程的理解，对实际情况作了简化假设。下面基于概率模型来描述卫星移动通信信道的电波传播特性。136Rician概率密度函数由建筑物、树木或其它反射物造成的反射波形成的多径信号，与直射波信号合成，其信号包络r(t)服从Rician分布，相位服从[0,2]的均匀分布，r(t)可以表示为：其中和为相互正交的高斯过程，而参数K称为莱斯因子，它是直射分量的功率与其他多径分量功率之和的比值。

r(t)的概率密度函数为

是电压的标准差，

2是平均多径功率，I0()是第一类零阶修正贝塞尔函数。Z为直射波分量。定义Rice因子K为直射波功率与平均多径功率的比值，K值反映了多径散射对信号分布的影响。137

当信号的直射波分量被树木、输电线或高的地面障碍物所遮蔽时，接收信号的强度r1(t)服从对数高斯条件下的Rician分布，相位服从[0,2]的均匀分布，r1(t)可以表示为其中，yc(t)和ys(t)是互为正交的对数高斯过程，其特性由均值

和方差

2确定。

莱斯信道的莱斯因子K和对数正态莱斯信道的均值

和方差

2都与用户对卫星的仰角有关。在农村树木遮蔽条件下，K、

和

2可用下面的经验公式进行计算:138(2-13)式中的参数K0，K1,…由表2.1给出。表2.1经验公式（2-13）中的参数值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图2-9不同仰角时接收电平累积分布

140表2-2接收信号有效性分别为90，95和99%时的余量141Rayleigh概率密度函数Rayleigh概率密度函数是Rician分布的特殊情况，即当没有直射波分量(Z=0)时，接收信号全部由多径信号组成，其信号包络r的概率密度函数为：142Lognormal概率密度函数卫星与地面站之间的直射波被路边的树木或其它障碍物吸收或散射掉时，要出现阴影衰落。此时的电压变量是由于阴影而成为Lognormal的。随机变量Z的概率密度函数为：

和d0分别是lnZ的均值和方差。143多普勒频移在卫星移动通信系统中，卫星与地面移动终端之间存在相对运动，因而它们作为发射机或接收机的载体，接收信号相对于发送信号将产生多普勒频移。分析表明，多普勒频移fD可由下式表示其中，V为卫星与用户的相对运动速度，fc为射频频率，C为光速，

为卫星与用户之间的连线与速度V方向的夹角。144三、天线的方向性和电极化问题天线增益和方向图天线增益通常是指最大辐射方向上信号功率增加的倍数，天线方向图可以描述天线在整个空间内辐射功率的分布情况。方向图的主要参数是主瓣的半功率角θ0.5（单位为度），常称为波束宽度，对于抛物面天线，其近似估算公式为

其中，D为抛物面天线的口面直径，单位为m；N是一个与场分布图在天线口面上的分布规律有关的常数。当场在天线口面上呈均匀分布时，N=58；当场在天线口面上呈锥形分布时，N=70。

锥形分布是指场分布图在天线口面上从中心向四周逐渐减弱的分布，即口面中心的场强最强，而边缘的场强最弱。145146

θ为以主瓣中心轴线为参考的方向角；而J1()为第一类一阶贝塞尔函数。

对于同相均匀激励的圆口径天线来说，方向图可用下式表示147图2-12泄漏对地面微波系统产生干扰148天线的极化隔离一般情况下，在一个周期内电场矢量的顶点在垂直于传播方向的平面上的投影为一个椭圆，称为椭圆极化。从天线顺着电波传播方向看，若电场矢量顺时针旋转，称为右旋，若逆时针旋转，称为左旋。对于一个椭圆极化波，可以用三个参数来描述它：(1)旋转方向，（2）轴比，（3）倾角（长轴相对于基轴的倾角）。圆极化和线极化是椭圆极化的两种特例：轴比为1的极化为圆极化，而轴比为无限大的极化为线极化。任何一种极化方式，极化波矢量都可以分解为相互正交的两个分量。对于圆极化波，分解为左旋和右旋两个极化波矢量；对于线极化波，分解为水平极化和垂直极化两个分量。149

理论上两个正交极化波是完全隔离的，一个天线可以配置两个接收或发送端口。每个端口只与一个极化波匹配，而与另一个极化波正交。在卫星通信系统中，由于实际收、发设备的误差以及电波传播过程中降雨的去极化作用等因素的影响，发送波的极化方向与接收端所要求的极化方向有误差，这将引起两个结果：首先，接收的正交分量将有泄漏、并对匹配接收的有用信号形成干扰；其次，匹配接收信号将因误差而有所减小，称为极化损耗。150图2-13由馈源喇叭形成的垂直和水平极化波电波传播方向电波传播方向151四、噪声与干扰系统热噪声宇宙噪声外部环境干扰其他干扰152系统热噪声系统热噪声热噪声：只要传导媒质不处于绝对温度的零度，其中的带电粒子就存在随机运动，产生对信号形成干扰的噪声，称为热噪声。噪声功率谱密度n0：

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。噪声的功率谱密度与频率无关，为白噪声。网络输出噪声功率N0：

其中，T0是输入匹配电阻的噪声温度，Te称为网络的等效噪声温度，A为网络增益，B为网络的带宽。153等效噪声温度与噪声系数天线噪声温度：天线噪声温度是衡量通过天线进入接收机的噪声量的一个指标，通过对所有来自外部噪声源的噪声分量进行积分求得。噪声温度：随着损耗的增加，辐射噪声也相应增加。大气对地球站天线噪声温度的影响可以用下式计算：其中，Ts为天线接收到的天电噪声温度（K）；Tm为传播媒质的有效温度（K）；L为路径损耗（dB）。噪声系数NF：定义为输入信噪比与输出信噪比的比值。网络的等效噪声温度Te可以表示为：154有耗无源网络（馈线等）的等效噪声温度

在输入、输出端匹配的情况下，输出端负载得到的噪声功率No为同时输出噪声功率还可以表示为输入噪声功率对输出的贡献，加上网络内部噪声对输出的贡献。假设无源网络的损耗为LF，增益为A=1/LF。则网络输出噪声功率为：等效噪声温度（特指损耗LF的温度，Te改用TF表示)为：无源有耗网络的噪声系数为155级联网络的等效噪声温度

n个级联网络的输出噪声功率分别为：其中，T0为输入端噪声温度。和级联的n个网络的增益和等效噪声温度。n级网络输出噪声功率为：A1A2An输出…输入156n级网络的输出噪声功率也可以表示为：其中，A0=1。157n级网络总的等效噪声温度为：

各级网络的内部噪声对总的等效噪声温度的贡献均要折算到系统的输入端，第k级网络内部噪声对总的等效噪声温度的贡献为：158一个由n级放大器级联而成的网络，其等效噪声温度也可以表示为：n级级联网络的噪声系数为：其中，Fn是第n级放大器的噪声系数。159接收系统的等效噪声温度图2-16接收系统噪声温度160

“接收系统的等效噪声温度”包括天线、馈线和接收机在内的所有噪声的等效噪声温度。以接收机输入端为参考点，将天线、馈线的噪声温度折算到接收机输入端，并与接收机的等效噪声温度相加。（地球站）天线噪声主要包括了由天线主瓣进入天线的宇宙噪声、大气噪声，和由天线旁瓣进入的地面噪声、大气噪声和太阳噪声。同时，下雨时还有雨的吸收噪声。一般来说，晴天条件下天线噪声温度大约在30-50K的范围，然而它与下列因素有关：仰角（仰角越大，噪声越小）；天线直径（直径越大，噪声越小）；天气条件（雨天噪声剧增，特别是10GHz以上的频段）。天线的噪声温度用Ta表示，它是在馈线的输入端的数值。假设馈线损耗为LF，则将其折算到馈线输出端，即接收机输入端时，其等效值Tae为161

假定馈线环境温度为T0，根据式（2-33）可得馈线的噪声温度。由于馈线噪声已折算到其输入端，此时馈线已为无噪声的理想馈线，其输入和输出的信噪比相等。与噪声功率成比例的噪声温度折算到其输出端后为TFe=（1-1/LF）T0(2-34)

若接收机等效噪声温度为Tre（接收机的等效噪声温度Tre主要由接收机的前级低噪声放大器LNA确定），则整个接收系统的等效噪声温度T为162例四两个放大器级联，每个有10dB的增益，噪声温度200K，计算总增益和相对输入的等效噪声温度。解：总增益为：G=G1+G2=20(dB)，而相对输入的等效噪声温度为：163例五、如下图所示，网络由天线、接收机和LNA组成，接收机噪声指数为12dB，LNA增益为50dB，其噪声温度为150K，接收机和LNA之间的电缆损耗为5dB，天线的噪声温度为35K。计算网络相对于输入端的噪声温度。假定环境温度为290K。164解：对于接收机，因为其噪声指数为12dB，即F=101.2=15.85。

对于低噪声放大器（LNA），其增益为50dB，即G=105。因此，网络相对于输入端的噪声温度为：165例六、已知条件同例七。电缆损耗在低噪声放大器之前，而不在低噪声放大器与接收机之间。环境温度为290K。计算网络相对于输入端的等效噪声温度。166解：对于接收机，因为其噪声指数为12dB，即F=101.2=15.85。

对于低噪声放大器（LNA），其增益为50dB，即G=105。因此，网络相对于输入端的噪声温度为：167宇宙噪声宇宙噪声来自于外层空间星体的热气体在星际空间的辐射，其中最主要的噪声干扰源来自太阳。168频率（MHz）噪声温度（oK）3007*1056004.6*10510003.6*10530006.5*104100001.1*104太阳寂静期的噪声温度（天线增益53dB）169其他干扰

卫星通信系统内的其他噪声干扰主要包括系统间干扰、共道干扰、互调干扰、交叉极化干扰等。系统间干扰：如卫星通信系统与地面微波通信系统之间的干扰共道干扰：为了充分利用频率资源，常采用空间频率复用技术，相同频道可能分配在指向不同地区的两个波束覆盖区，但波束间的隔离往往并不十分理想，从而产生共信道干扰。交叉极化干扰：为了充分利用频率资源，卫星通信系统常采用极化隔离频率复用技术，即两个波束的指向区域可能是重叠的并且使用相同的频率，通过使用不同的极化方式来实现信号间的隔离。由于极化的不完全正交可能造成干扰，即能量从一种极化状态耦合到另一种极化状态引起的干扰。这也是一种共道干扰。互调干扰：当转发器用于转发多载波信号时，总是希望转发器有较高的功率效率，但高效率的功放可能产生较明显的非线性，使各载波信号之间形成互调干扰。

170五、卫星通信的全链路质量链路预算分析全链路传输质量171链路预算分析图2-15链路单元与功率平衡方程172

电波经自由空间传播后的接收信号功率Pr:若考虑发射机到发射天线的波导传播损耗（馈线）Lt和接收天线到接收机的波导传播损耗Lr，则接收信号功率为：(3-m)式称为功率平衡方程。173接收机的输入噪声功率可以表示为：T为接收系统的等效噪声温度，它包括从天线进入接收机的噪声的等效噪声温度和接收机内部噪声折算至其输入端的等效噪声温度；k为波耳兹曼常数，；B为系统的带宽。接收信号的载噪比C/N为：其中，C为接收载波功率，N表示接收端的噪声功率，C=(EIRP•G)/LfLtLr,N=KBT,G为接收天线增益。174除载噪比C/N作为系统的重要参数以外，也常用载波功率与等效噪声温度之比C/T反映系统的性能。其中，C=(EIRP•G)/L，L=LfLtLr,G/T为接收系统的品质因素。不同类型的卫星通信系统，对G/T的要求有较大差异。例如，国际卫星七号（IS-Ⅶ）的工作于全球波束的空间站G/T值为-11.5dB/K，而天线仰角大于5度的A型标准地球站，在晴天的G/T值应满足：G/T≥40.7+20lg(f/4)。欧洲通信卫星（EUTELSAT）是区域性波束覆盖，空间站G/T值为-5.3dB/K，而对地球站G/T的要求为37.7dB/K+20lgf/4。卫星移动通信的地面移动终端天线增益通常只有1~2dB，G/T在-22~-23dB/K左右。175全链路传输质量卫星通信系统全链路的传输质量主要决定于上行和下行链路的载波（功率）与噪声温度之比。对于上、下行链路，分别有（2-36）和（2-37）中，(EIRP)e和(EIRP)s分别为地球站和卫星的等效全向辐射功率，(G/T)s

和(G/T)e分别为卫星接收系统和地球站接收系统的品质因素，Lu和Ld分别为上行链路和下行链路的传输损耗。176

当卫星转发器的行波管放大器（TWTA）同时放大多个载波时，将产生互调噪声，其影响也用载波噪声温度比(C/T)i来表示。互调噪声的大小与载波数目、各载波间的相对电平、频率配置方案和行波管工作点有关。全链路传输质量的载波噪声温度比C/T为：

其中，C/T为全链路传输的载波噪声温度比，总的等效噪声温度T为各部分的噪声温度之和。

链路余量：(2-38)式右端增加一项作为系统的余量；规定链路实际信噪比高于门限信噪比。链路预算的任务有两类：在选定空间转发器和地球站设备的情况下，验证系统能否满足用户的使用要求；或者，在已知空间站或地球站部分参数的条件下，根据实际应用的技术要求，确定对设备另一部分指标的要求，如地球站天线尺寸、接收机噪声性能等。177链路预算实例Ku波段DTH系统下行链路预算已知条件：卫星发射功率为250W,天线增益为30dBi，传输带宽为27MHz，地面为小型单收站(RO),其天线直径为45cm，等效噪声温度假定为140K。参数数值发射功率发射波导损耗发射天线增益EIRP自由空间损耗接收机天线增益（45cm直径）接收端波导损耗接收信号功率接收噪声功率（T=140K,B=27MHz）C/N250W或24.0dBw1.0dB30.0dBi53.0dBw205.6dB32.7dBi0.5dB-120.4dBw-132.8dBw12.4dB

178C波段多载波系统链路预算（1）上行链路频率为6GHz，传送距离假定为38607km（仰角30°）。上行链路自由空间传播损耗为:

假定：地球站EIRP=85dBw,卫星接收机G/T=-11.6dB/K，则上行链路的C/T值：（2）下行链路频率为4GHz，传送距离仍为38607km，则下行链路的自由空间传播损耗为：179

假定卫星饱和EIRP=26dBW。考虑到转发器工作在多载波情况，为减小互调干扰，卫星实际工作的EIRP为20dBW。假定地球站G/T=41dB/K,则下行链路C/T值为：

对于多载波工作的转发器，典型的互调噪声(C/T)im为-131.7dBW/K，而上、下链路受到的其他干扰的(C/T)I典型值为-130.5dBW/K。全链路的C/T值为：180

在确定系统带宽B后，可求得接收信（载）噪比C/N。噪声功率N=kBT，接收站的载波功率为C=(EIRP․G)/(LfLtLr),则载波噪声功率比C/N为则那么C/N=[C/T]-[k]-[B]=-138.05+228.6-65.56=24.99dB181因为其中，噪声功率为N=kTB，噪声功率谱密度为n0=kT，则载噪比频谱密度C/n0为182例七假设卫星链路的传播损耗为200dB，余量和其它损耗总计为3dB，接收机的[G/T]值为11dB/K，EIRP值为45dBW。计算系统接收到的[C/N]值。（假设带宽为36MHz）解：183例八

载波频率12GHz，自由空间损耗206dB，天线指向损耗1dB，大气损耗2dB，接收机的G/T值为19.5dB/K，接收机馈线损耗1dB。EIRP为48dBW。计算载噪比频谱密度。解：载噪比频谱密度为：184六、信道对传输信号的损害

通信系统中，实际的非理想信道会对传输信号造成损害,这种损害不是由于噪声或外部干扰造成的，而是由于信道的线性失真和非线性失真所引起的。

由于系统特性而产生的失真称为线性失真，与信号本身幅度无关，输出信号与输入信号之间保持线性关系，传输函数只与频率或时间有关；信号在传输中引起的失真与被传输信号本身的幅度有关时称为非线性失真，传输函数是输入信号幅度的函数。信道的线性失真包括幅度频率失真和相位频率失真，前者是在信号带宽内，信道不能提供平坦的增益特性；而相位频率失真是由于相频特性的非线性产生的，即在带内不能提供平坦的群延时特性（调相信号在通过滤波器时，其包络的传播时间延迟称作时间延迟或群延时）。非线性失真主要由功率放大器（特别是星载行波管放大器TWTA）产生。信道的非线性失真分为幅度非线性失真和相位非线性失真。185失真类型与输入信号幅度的关系输出与输入信号的关系传输函数新的频率成分失真产生的原因线性失真无呈线性为频率或时间的函数不产生电抗元件的分布参数非线性失真有呈非线性为输入信号幅度的函数产生非线性元器件线性失真与非线性失真的比较186图2-17星上TWTA的典型特性187图2-18FDMA系统的最佳TWTA工作点和相应的C/N188七、上下行链路的射频干扰

卫星通信系统上、下行链路之间造成RF干扰的原因之一是地球站或卫星相关设备电磁兼容性方面存在缺陷。卫星系统上、下行链路的RF干扰也可以是由地面微波中继通信系统或其它卫星通信系统引入的。上行干扰是地球站在向自己的“目标卫星”发送信号的同时，向相邻卫星辐射了不希望有的信号而形成干扰。该地球站在“相邻卫星”的（天线波束）的覆盖范围内(通常卫星都具较宽的天线波束覆盖范围)。理论上，地球站天线应当有窄的波束，只瞄准自己的“目标卫星”，而上行干扰是由于地球站天线波束不够尖锐，而在较宽的方向上的辐射引起的。189图2-19上、下行RF干扰示意图190图2-20上行C/I与地球站天线直径的关系曲线191图2-21DTH系统下行C/I与接收天线直径和卫星间隔的关系192第4章多址技术193提要一、多路复用和多址联接二、频分多址（FDMA）三、时分多址（TDMA）四、码分多址（CDMA）五、三种多址技术的RF利用方式六、卫星分组数据通信协议194一、多路复用和多址联接多路复用：将来自不同信息源的各路信息，按某种方式合并成一个多路信号，然后通过同一个信道传送给接收端。接收端再从该多路信号中按相应方式分离出各路信号，分送给不同的用户或终端。简而言之，多路复用是利用一条信道同时传输多路信号的一种技术，可以解决在同一信道内同时传送多个信号的问题。多路复用方式可分为频分复用、时分复用、码分复用、波分复用等。195多址联接：指多个通信站的射频信号在射频信道上的复用，以实现各个通信站之间的通信。对于卫星通信系统，多址联接指的是多个地球站发射的信号，通过卫星转发器的射频信道复用，实现各站间通信的一种方式。常见的多址方式有频分多址、时分多址、码分多址和空分多址。多址联接和多路复用的关系：多址联接和多路复用的理论基础都是信号的正交分割原理。但多址联接是指多个电台或通信站发射的信号在射频信道上的复用，以达到各台、站之间同一时间、同一方向的用户间的多边通信；多路复用是指一个电台或通信站内的多路低频信号在基带信道上的复用，以达到两个台、站之间双边点对点的通信。196频分多路复用（FDM）：按照频率参量的正交分割原理，将各路信号的频谱搬移至互不重叠的频带上同时在一个信道中传输。接收端通过不同中心频率的带通滤波器，可以将各路信号分离出来。频分多路复用的各路信号在时域中混叠在一起，在频域中可分辨。时分多路复用（TDM）：利用时间的正交性，即以时间作为信号分割的参量，使各路信号在时间轴上互不重叠，它利用不同时隙来传送各路不同信号。在TDM系统中，每个信号占据着不同的时间区间，但每个信号均占有相同的频域，各路信号在频域中混叠在一起，在时域中可分辨。（一）多路复用197码分多路复用（CDM）：根据码型结构的不同实现信号的正交分割，各路信号在时间和频率上是互相重叠的，接收端用相关器或匹配滤波器实现信号分离。波分复用（WDM）：为了增加光纤通信系统的传输容量，可以在一条光纤中传输多个不同波长的光信号，只要这些光源的波长有着适当的距离，接收端的光频器件就可将它们分开。（二）多址联接频分多址（FDMA）：各站、台发出的射频信号在指定的射频频带内，但在频谱上互不重叠地排列，共同分用该射频频带，接收端用带通滤波器分离各路射频信号。时分多址（TDMA）：以不同的时隙来区分地址，每站有一指定时隙，各站只是在自己的时隙内发射信号。码分多址（CDMA）：每个用户有一个特定结构的码字作为地址，不同用户的不同波形信号以同一频率发射出去，各站的接收是根据相应的信号波形分离出自己需要的信号。空分多址（SDMA）：利用天线的方向性和用户的地区隔离性实现信号的分离。198199二、频分多址技术（FDMA）

卫星通信系统的频分多址技术：频分多址是卫星通信系统中普遍采用的一种多址技术。当多个地球站共用卫星转发器时，如果根据配置的载波频率的不同来区分地球站的地址，这种多址联接方式就为频分多址。它对各地球站配置不同的频率，以实现不同地球站之间的联接。这种频率配置可以是预先固定指配的，也可以是按需分配的。对于分配给地球站的各个载波来说，可以是一个载波承载多个话路信号，也可以是一个载波只承载一个话路信号的方式进行传输，前者称为每载波多路方式（MCPC），而后者为单路单载波方式（SCPC）。200图3-2Intelsat的36MHz转发器带宽内SCPC信道安排方案

201图3-3TWTA输入回退与载波-互调干扰之比的典型关系线202FDMA的非线性效应频谱扩展：相邻信道干扰；交调（IM）谐波：邻近业务信道的干扰。

交调干扰主