卫星通信复习提纲.docx

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卫星通信复习提纲

卫星通信复习提纲

一绪论

1、卫星通信的基本概念，特点

概念：

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。

特点：

⑴通信距离远，且费用与通信距离无关。

⑵覆盖面积大，可进行多址通信。

⑶通信频带宽，传输容量大。

⑷机动灵活。

⑸通信线路稳定可靠，传输质量高。

2、卫星通信系统和线路组成。

系统：

地球站、通信卫星、跟踪遥测及指令系统、监控管理系统

线路：

发端地球站，上行传播路径、通信卫星转发器、下行传播路径、收端地球站

3、地球站的组成，卫星通信地球站收发系统与地面微波中继站的比较。

天馈设备、收发信机、终端设备、天线跟踪设备以及电源设备

4、卫星通信的基本原理。

经市内通信线路送来的电话信号，在地球站A的终端设备内进行多路复用（FDM/TDM），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f1的射频信号，在经功率放大器、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，首先将载波频率f1上行信号经低噪声接收机进行放大，并变换为载波频率较低的下行频率f2的信号，再经过功率放大，由天线发向收端地球站。

5、通信卫星转发器分类：

⑴透明转发器

⑵处理转发器：

①信息处理转发器

②空间交换转发器

6、卫星通信的工作频率，理想频段。

C：

6/4GHz

Ku:

14/11GHz、14/12GHz

二调制技术

1、调制的分类，影响数字调制方式选择的主要原因。

⑴分类：

模拟调制、数字调制

⑵原因：

设计目的、通信体制、信道特性

2、模拟调制

1）频率调制

⑴目的：

增加传输带宽，得到大的调制制度增益，有利于地球站接收机获得较高的载噪比（CNR），或给定CNR可以减少卫星转发器的功率。

⑵带宽和信噪比增益计算（结合第7章线路计算）。

P21

2）压扩技术：

原理，框图。

类似自动增益控制。

信号经整流并反馈到输入（或输出）端，控制输入（或输出）信号电平。

压缩器是一个可变增益放大器，它压缩话音信号的动态范围，并使电路对弱话音信号的增益高于强话音信号的增益，因此，在含有噪声的信道中，提高了原来低电平话音信号的功率，从而使整个话路的信噪比得到改善。

扩展器对被压缩器提高的信号功率进行衰减，使它恢复到原来的信号电平。

3、功率有效数字调制

1）QPSK调制，解调原理

⑴直接调相法

①4PSK信号的产生（π/4体系）。

②4DPSK信号的产生（π/2体系）

⑵相位选择法

解调：

相干正交解调（极性比较法）

2）QPSK的不足（倒∏现象），与OQPSK的不同。

QPSK的I、Q支路在时间上是对齐的，即同时发生跳变。

而SQPSK的I、Q支路在时间上错开了半个码元，即不会同时发生跳变。

因此，QPSK中最大的相位跳变为180°，而SQPSK中最大的相位跳变为±90°，因此QPSK包络的起伏更大。

同样，因为SQPSK能从时间上区分I、Q支路，因此I、Q可以分别进行二进制的差分编码，因而与QPSK的四进制差分编码相比，SQPSK的差分编码更为简单。

3）基准载波恢复的方法有哪些？

⑴直接从信号中提取载波。

⑵采用在报头内发出若干前置比特的载波基准，然后在接收端加以恢复。

4）位定时恢复的概念和提取位同步的方法。

⑴概念：

数字信号解调时还需要准确的位定时信号，否则由于位同步不准产生错位、相位抖动。

⑵方法：

①在发送端专门发送一组位同步码，在接收端检测出后，作为位同步时间基准。

②在接收端设法提取数字信号中原已含有的位同步信息。

三多址技术

1）多址联接与多路复用的区别。

多址联接：

信道复用，多个地球站发射的信号，在卫星转发器中进行射频信道的复用。

多路复用：

接口复用，在一个地球站把送来的多个（基带）信号在群频信道（即基带信道）上进行复用。

2）卫星多址技术的分类：

FDMA,TDMA,CDMA,SDMA.信道的含义。

FDMA/频段TDMA/时隙CDMA/码型SDMA/空间

3）信道分配技术：

预分配（PA）和按需分配（DA）。

4）何谓SCPC,MCPC？

SCPC：

每载波单路，每个话路分配一个载波

MCPC：

每载波多路，分配一个载波路，多个话路

5）TDMA:

工作原理.

分配给各地球站的是特定的时隙

6）TDMA同步：

初始捕获的过程，分帧同步

⑴初始捕获：

在TDMA系统中，各地球站是以基准站所发射的独特码（UW）作为基准信号来确定自己的发射时间的。

其捕获的具体步骤

⑵分帧同步：

分帧同步是指在完成初始捕获之后，为使所发射的业务分帧稳定在指定的时隙之内，而对分帧进行的定时控制。

7）TDMA帧结构，帧效率。

（作业）

帧效率：

每一帧包含一个同步分帧和m个业务分帧

注：

ppt例题

8）SCPC,语音信号传输，格式，SOM作用等。

⑴SCPC：

SCPC是英文SingleChannelPerCarrier的缩写，是每载波单路的FDMA方式。

⑵话音信号传输格式

⑶SOM作用：

由于在PCM-PSK-SCPC系统中使用的是绝对QPSK调制方式，对这种已调制信号进行相干解调时，在其所恢复的载波中会出现“0°”或“180°”的相位不确定的现象，这就是相位模糊现象。

SOM可确定帧同步和消除相位模糊。

9）ALOHA,S-ALOHA的工作过程。

⑴ALOHA：

随机多址访问方式，每个用户都可以访问一条共享信道，而无需事先与系统中的其他用户进行协商。

（发生碰撞时，等待一定时间后重发）

⑵S-ALOHA：

时隙ALOHA协议，通信按时隙划分，每个时隙正好传送一个分组，数据分组到达后必须等到下一个时隙才开始传送。

四编码技术

1）信源编码，信道编码概念。

⑴信源编码：

是指首先将话音、图像等模拟信号转换成为数字信号，然后再根据传输信息的性质，采用适当的编码方法。

（HDB3,曼彻斯特编码，AMI）

⑵信道编码是指在数据发送之前，在信息码之外附加一定比特数的监督码元，使监督码元与信息码元构成某种特定的关系，接收端根据这种特定的关系来进行检验。

（卷积码、交织码）

2）差错控制分类：

FEC,ARQ.

⑴前向纠错（FEC），又称为自动纠错，它是指检测端检测到所接收的信息出现误码的情况下，可按一定的算法，自动确定发生误码的位置，并自动予以纠正。

⑵检错重发（自动请求重发——ARQ），也称为自动请求重发（ARQ），它是指在接收端检测到接收信息出现差错之后，通过反馈信道要求发送端重发原信息，直到接收端得到正确信息为止，从而达到纠错的目的。

3）线性分组码原理。

监督关系《－》编码原理图,工作过程。

⑴线性分组码：

分组码是将每k个信息码元分为一组，然后按一定的规律产生r个监督码元，那么分组码的长度n=k+r，通常用符号（n,k）表示。

4）交织原理

交织原理是将已编码的码字（例如按线性分组码的规律构成的［n,k］分组码）按行读入，每行包含一个（n,k）分组码，共排成m行，这样构成一个m行n列的矩阵

将成片的错误离散化

5）卷积码，编码器，工作过程。

表示法：

树图，网格图，状态转移图。

附：

循环码

⏹计算校验和的算法如下：

⏹①.设G（x）为r阶，在帧的末尾附加r个零，使帧为m+r位，则相应的多项式是XrM（x）。

⏹②.按模2除法用对应于G（x）的位串去除对应于XrM（x）的位串。

⏹③.按模2减法从对应于XrM（x）的位串中减去余数。

结果就是要传送带校验和的帧，叫多项式T（x）。

将校验和加在帧的末尾，使这个带校验和的帧的多项式能被G（x）除尽。

当接收方收到带校验和的帧时，用G（x）去除它，如果有余数，则传输出错。

五信号处理

1）DSI基本原理。

（提高话音效率，空闲信道利用）

DSI：

数字话音内插技术，一般来说通话时一方讲话一方在听，因而总是只有一个方向的话路中有话音信号，而反向话路则处于空闲状态，且讲话人还有讲话中断的时间，而DSI技术则充分利用了这些空闲时间给别的话路使用

通常所使用的数字话音内插（DSI）技术包括时分话音内插（TASI）和话音预测编码（SPEC）两种方式。

时分话音内插（TASI）技术是利用呼叫之间的间隙，听话而未说话以及说话停顿的空闲时间，把空闲的通路暂时分配给其他用户以提高系统的通信容量。

2）回波控制：

概念，回波抵消器分类。

（长距离传输延时大）

⑴概念：

地面电话系统中采用二－四线转换电路会产生回波，卫星通信中时延较大，所以要采用回波控制电路，抑制回波干扰的影响，因而在话音线路中接入一定的电路，这样在不影响话音信号正常传输的条件下，将回波消弱或者抵消。

⑵分类：

模拟式回波抵消器、数字式回波抵消器（利用一滤波器模拟混合线圈，使它的输出与接收话音信号的泄漏相抵消）。

3）语音编码分类。

了解各种编码方式。

⑴波形编码：

PCM、DPCM（差分脉冲编码调制）、ADPCM（自适应～）

⑵参量编码：

语音的生成及其模型、声码器、共振峰声码器

⑶混合编码

六卫星通信网

1）网络结构。

2）VSAT网的基本概念，工作原理。

⑴概念：

VSAT（VerySmallApertureTerminal）甚小口径终端。

利用大量小口径天线的小型地球站与一个大站协调工作的卫星通信网。

⑵工作原理：

①外向传输：

（TDM帧结构）主站通过卫星向远端小站发送数据

②内向传输：

（TDMA帧结构）有个小站向主站发送数据

3）VSAT小站与主站计算机通信网络的连接，接口与协议层次（底三层）。

4）了解低轨道卫星通信系统。

Globalstar与铱星系统。

七卫星线路计算

1）噪声类型，干扰类型。

⑴噪声类型：

①热噪声②天线噪声

⑵干扰类型：

①交调干扰②邻道干扰③相邻波束间的干扰④交叉极化干扰

⑤码间干扰⑥同频干扰

2）地球性能参数，C，Gr,Lp,C/N,C/T定义，线路计算。

（例题）

题型：

1，填空（20），选择（20），问答（40）计算（20）

附：

【例3-1】已知一个TDMA系统，采用QPSK调制方式。

设帧长Tf=250μs，系统中所包含的站数m=5，各站所包含的通道数n=4相同，保护时间Tg=0.1μs，基准分帧的比特数Br与各报头的比特数Bp均为90比特，每个通道传输24路（PCM编码，每取样值编8比特码，一群加一位同步比特）。

求PCM编码器输出速率Rs，系统传输的比特率Rb、分帧长度Tb、帧效率ηf及传输线路要求带宽B。

解：

Ts=125μs，S=8×24+1=193（bit），又一个码符含两比特K=2，L=2S=386（bit），所以

（Mb/s）

（Mb/s）

（μs）

（MHz）

[传输线路带宽

取滚降系数

=0.2]

部分作业：

第一章

1．4试计算地球站与卫星间的电波传播路径时延（传播距离d按4×104km计算）等于多少？

解：

来回的传播时延＝2×4×107/3×108＝0.8/3＝0.27秒

第二章

2.1试解释QPSK和SQPSK系统的不同点。

与QPSK系统的差分编译码器相比，SQPSK调制器的差分编译码器是简单了还是复杂了？

哪个系统的包络波动较大？

解：

QPSK的I、Q支路在时间上是对齐的，即同时发生跳变。

而SQPSK的I、Q支路在时间上错开了半个码元，即不会同时发生跳变。

因此，QPSK中最大的相位跳变为180°，而SQPSK中最大的相位跳变为±90°，因此QPSK包络的起伏更大。

同样，因为SQPSK能从时间上区分I、Q支路，因此I、Q可以分别进行二进制的差分编码，因而与QPSK的四进制差分编码相比，SQPSK的差分编码更为简单。

2.4某DQPSK系统，输入的四进制序列{xi}为0，1，3，0，3，2，3，1，3，0，1，当初始状态分别为0，1，2，3时，求差分输出序列{yi}和相对码二进制序列。

解：

xi

起始值

0

1

3

0

3

2

3

1

3

0

1

yi＝xi＋yi－1

0

0

1

0

0

3

2

3

1

0

0

1

1

1

2

1

1

0

2

1

2

1

1

2

2

2

3

2

2

1

3

2

3

2

2

3

3

3

0

3

3

2

0

3

0

3

3

0

相对的二进制序列：

（以自然码表示）

0

00

01

00

00

11

01

00

01

00

00

01

1

01

10

01

01

00

10

01

10

01

01

10

2

10

11

10

10

01

11

10

11

10

10

11

3

11

10

11

11

10

00

11

00

11

11

00

第三章

3.5某TDMA系统的传输速率为17.156Mb/s，每个用户的输入数据速率为1.544Mb/s，帧效率为90％，求该系统容纳的最大地址数。

解：

该系统容纳的最大地址数＝17.156*90%/1.544=10。

3.6已知工作速率为120.832Mb/s的TDMA系统复帧周期长度为2ms，以下两种情况下：

（a）30路制式基群速率为2.048Mb/s；（b）24路制式基群速率为1.544Mb/s；试分别求出TDMA每一帧传输的比特数。

解：

第四章

4.1已知：

一致监督关系为

c2=a6Åa4Åa3

c1=a6Åa5Åa4

c0=a5Åa4Åa3

画出编码器的原理图，说明其编码工作过程，并根据监督关系确定码组中错误可能的位置。

解：

工作过程：

（1）开关K打到1，来4个移位脉冲，第一码组的a6a5a4a3依次进入D3D2D1D0中，此时编码器无输出，2端＝c2＝a6Åa4Åa3；（2分）

（2）开关K打到2上，来第5个移位脉冲，c2移入D0中，a3®D1，a4®D2，a5®D3，a6输出。

这时2端＝c2Åa3Åa5

＝a6Åa4Åa3Åa3Åa5

＝a6Åa5Åa4Å＝c1

（3）来第6个移位脉冲，c1移入D0中，c2®D1，a3®D2，a4®D3,同时a5输出a

这时2端＝c1Åc2Åa4

＝a6Åa5Åa4Åa6Åa4Åa3Åa4

＝a5Åa4Åa3＝c0

（4）来第7个移位脉冲，此时：

c0®D0，c1®D1，c2®D2，a3®D3,译码器输出a4

（5）开关倒向1，连续来4个脉冲，此过程中：

译码器依次输出a3c2c1c0，完成了对第一码组的编码。

同时第2码组移入D3，D2，D1，D0，开始了对第2码组的编码。

如此循环往复，即完成了编码过程。

伴随式：

S2＝c2Åa6Åa4Åa3

S1＝c1Åa6Åa5Åa4

S0＝c0Åa5Åa4Åa3

S2

S1

S0

0

0

0

无错误

0

0

1

c0错

0

1

0

c1错

1

0

0

c2错

0

1

1

a5错

1

1

0

a6错

1

0

1

a3错

1

1

1

a4错

4.2已知（3，1）卷积码的编码器如图所示，设输入的信息序列（b0,b1,b2,b3,b4,…）写出相应的输出码序列。

并写出编码器的监督方程。

解：

输入的信息序列为：

b0,b1,b2,b3,b4…

相应的编码输出码序列为：

b0,b0,b0,b1,b1Åb0,b1,b2,b2Åb1,b2Åb0,b3,b3Åb2,b3Åb1,b4,b4Åb3,b4Åb2…

编码器的监督方程：

bj=bi

cj1=biÅbi-1

cj1=biÅbi-2

第五章

5.1DSI和DCME电路的作用是什么？

为什么采用DSI可使TDMA通信容量增大一倍？

解：

DSI：

即数字话音内插。

一般来说通话时一方讲话一方在听，因而总是只有一个方向的话路中有话音信号，而反向话路则处于空闲状态，且讲话人还有讲话中断的时间，据统计，话路实际传送话音的平均时间百分比，即平均话音激活率仅有40％左右，而DSI技术则充分利用了这些空闲时间给别的话路使用，因平均话音激活率仅为40％左右，因而利用DSI技术可使TDMA通信系统容量增大一倍；

DCME：

把ADPCM技术和DSI技术结合在一起，可成倍地增加通信容量。

5.2试说明为什么卫星通信系统要采用回波控制电路？

解：

地面电话系统中采用二－四线转换电路会产生回波，卫星通信中时延较大，单跳为0.27秒，所以要采用回波控制电路。