微波与卫星通信 第3章
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《微波与天线》08通信第8讲 第3章 自由空间传播及菲涅尔特性
M Pr r
E 60 P Dt r 60 Pin Dt r
t
(V / m)
A
其中，D 为发射天线的方向系数
图 自由空间的电波传播
第3章 电波传播的基础知识
在通信系统的工程设计中，为了使系统的可行性 和有效性得到保证，通常要合理安排好发射机的功率、 发射天线的增益、接收机的灵敏度以及接收天线的增 益，此时有一个环节叫做“信道计算”。 信道计算的内容主要是：计算电波在传播过程中
第3章 电波传播的基础知识
Omega是一种远距、全球、全天候、昼夜工作的
双曲线、甚低频无线电导航系统。 在上世纪40年代后期由Pierce教授提出，采用了铯 钟作发射台同步，由8个发射台网组成， 8个台以精确 的时间和间隔发射信号，工作在甚低频段。用户应至 少收到3 站的信号，作用距离为14816km，定位精度白 天1.85～3.70km；夜间3.70～7.40km。 奥米加用户有商用航线，船只和陆地车辆，由于
实现具有较高增益系数的天线系统。
第3章 电波传播的基础知识
(8)分米波：用于电视广播，飞机导航、着陆，警戒雷 达，卫星导航，卫星跟踪、数传及指令网，蜂窝无线电通 信。
(9)厘米波：用于多路语音与电视信道，雷达，卫星遥 感，固定及移动卫星信道。
(10)毫米波：用于短路径通信，雷达，卫星遥感。
此波段及以上波段的系统设备和技术有待进一步发展。
的衰减程度，了解信号传输过程中各环节的衰耗安排。
就自由空间而言，电波的衰减程度可以由自由空 间的传播损耗来表示。
第3章 电波传播的基础知识
自由空间传播损耗（Free Space Propagation Loss）的定义是： 当发射天线与接收天线的方向系数都为1时，发射 天线的辐射功率P∑与接收天线的最佳接收功率PL的比 值。记为L0，即
邮电高等函授微波与卫星通信
邮电高等函授《微波与卫星通信》综合练习题一.名词解释1.扰码（↓）2.遥信（↓）3.码元误码率4.2PSK5.正折射6.等效地球半径因子7.衰落（↓）8.天线增益9.出站链路（↓）10.选择性应答11.连接容量12.P-ALOHA（↓）13.本振频稳度14.CDMA跳频二.填空1.当电波在空间传播的轨迹向上弯曲时，表明此段大气折射率梯度dN/dh 0。
2.若用一付微波天线收、发同一波段的射频信号，当发信采用垂直极化波时,则收信应采用波。
3.就云，雪，降雨，雾气对微波传播的影响来说，其中引起的衰减最为严重。
4.因QAM已调波是用载波的相位和幅度来表征多进制码元信息的,所以说QAM方式的载波是既调又调。
5.复用设备中传输速率分别为139.264Mb/s, 2.048Mb/s 时, 连接到微波站信道设备的传输线路分别采用码和码。
6.若一个收信支路中的收信中频为70MHz，用超外差方式接收时，当输入信号频率为300MHz时,它的镜像频率干扰值等于 MHz。
7.中小容量设备中发信机采用的“直接调制方式”是指。
8.当h C<0,表明微波传输路径上的尖顶形障碍物位于收发信两点的连线以，此时的微波线路称为路线路。
9.分集技术就是指的一种技术措施。
10.为达到“1”，“0”码等概率传输,在发端对原始基带码使用器进行扰码处理，而在收端对已解调的基带码再进行，还原成原始码。
11.当△f/f0＝200×10-9,频稳度等于 ppm。
12.相干解调的关键是，即要求在接收端产生一个和发送端调制波的载波同，同相位的相干信号，这种方式又叫。
13.噪声系数定义为：在一定条件下，接收机、放大器或网络的与的比值。
14.数字微波通信系统采用的备份方式可分为备份和备份。
15.微波中继通信的射频波道有波道和波道两种。
16.FDMA卫星通信系统中，各个地球站之间的频率配置可以是指配的，也可以是分配的。
17.卫星通信系统由段和段两部分组成。
微波与卫星通信(第二版)通信卫星的发射及轨道
通信卫星的发射及轨道
影响卫星发射窗口的有以下几个方面。 (1)光照条件的要求:有些发射卫星对光照条件有要求(中 轨道气象卫星、地球资源卫星、照相侦查卫星);此外,卫星上 的电源基本采用太阳能电池,这些都导致卫星发射时对发射 窗口的光照条件提出了一定的要求。 (2)气象条件的要求:卫星发射开始阶段,其飞行轨迹在大 气层内部,会受到风、雨、雷、电的影响,有可能损坏运载火 箭和卫星的电子设备或影响卫星飞行的姿态及内部结构。因 此在发射窗口的选择上应避开恶劣天气。
通信卫星的发射及轨道
图4-3 范·艾伦带及卫星轨道示意图
通信卫星的发射及轨道
(1)低轨道:通常位于内范·艾伦带之下,轨道高度根据需 求设定。较低的轨道高度有利于降低地面卫星通信系统的接 收和发射功耗,从而降低移动终端的价格,因此移动卫星通信 系统采用的就是这个轨道高度。
(2)中轨道:中轨道的高度在内范·艾伦带之上,一般在 20000km 左右,在这个轨道上的卫星系统主要是避开范·艾伦 带即可。典型的中轨道卫星系统包括美国的 GPS、中国的 北斗系统等。
通信卫星的发射及轨道
中华人民共和国成立后,非常重视运载火箭技术的研究 与使用,在20世纪50年代就开始了新型火箭的研发,并于1970 年4月24日,用“长征”一号成功地发射了我国自主研发的第 一颗人造地球卫星“东方红一号”。经过几十年的发展,我 国已经研发出了多种型号的“长征”系列运载火箭。长征系 列运载火箭具备发射低、中、高不同轨道,不同类型卫星及 载人飞船的能力,同时还具备无人深空探测能力。目前,“长 征”系列运载火箭低地球轨道运载能力达到25吨,太阳同步 轨道运载能力达到15吨,地球同步转移轨道运载能力达到14 吨,成功进入国际商务发射领域。
通信卫星的发射及轨道
微波技术与天线 王新稳 答案 第3章
第1篇：论加强中学生心理健康教育的重要性及对策据中国的心理学会对全国22个省的调查表明：约13%的中学生存在明显的心理行为问题，其中包括情绪因素及人际关系因素，同时16%的中学生表现为焦虑、强迫、抑郁等，全国有3000万中学生处于心理亚健康状态。
中学生的心理健康问题已成为一个不容忽视的社会问题。
他们的这些不健康的心理行为害人害己，对社会造成不同程度的影响。
因此加强中学生心理健康教育至关重要。
第一，加强中学生心理健康教育，是中学生树立全面健康观的要求。
健康是一个综合概念，包括身体健康、心理健康和社会适应三个方面。
在不同的历史发展阶段中，人类对健康的认识和要求，与物质生产、科学技术、社会结构的变化密切相关。
1948年世界卫生组织（WHO）在宪章中指出：“健康不仅是免于疾病和虚弱，而且是保持身体上、精神上和社会适应方面的完美状态。
”这一概念改变了以往健康仅指无生理功能异常，免于疾病的单一概念，明确概括地指出人生命活动过程中生物、心理、社会活动等方面的要求，并在1978年初级卫生保健（PHC）大会所发表的阿拉木图宣言中加以重申。
所以全面的健康观应包括身体健康、心理健康和社会适应三个方面。
出现躯体、心理、社会适应这三方面的任何障碍都是不健康的。
心理健康是中学生健康不可分割的重要方面，加强心理健康教育有助于让中学生树立全面的健康观念。
第二，加强中学生心理健康教育是实施素质教育的内在要求。
心理素质在整个素质系统中处于十分重要的地位，具有十分重要的作用。
所谓心理素质是指在先天与后天共同作用下形成的人的心理倾向和心理发展水平，它所反映的是人在某一时期内的心理倾向和心理发展水平，是人进一步发展和从事各种活动的心理条件和心理保证。
心理素质与遗传素质同属于基础素质，遗传素质是指人生来就有的某些解剖生理特点，特别是神经系统、感觉器官和运动器官的解剖生理特点。
遗传素质是各种素质形成和发展的生理基础，心理素质是各种素质形成和发展的心理基础。
微波与卫星通信第3章微波与卫星通信的通信体制课件
第3章 微波与卫星通信的通信体制
图3－6 二进制绝对调相信号的产生电路
第3章 微波与卫星通信的通信体制
2PSK信号的解调用相干检测法，又称为极性比较法， 其电路原理方框图如图3－7(a)所示。
先将调相信号S（t）经全波整流后，通过窄带滤波器 (中心频率为2fc)将整流后得到的二次谐波成分2fc滤出。然后 对2fc信号限幅、二分频，二分频器输出的就是提取出来的 相干载波，其形状为方波，此为载波提取过程。2PSK已调 波S（t）与相干载波通过相乘器进行极性比较(即解调)，解 调获得输出信号，如图3－7（b）所示。极性相同，输出为 正；极性相反，输出为负。乘法器输出信号经低通滤波和判 别后，即可得到基带信号，如图中⑦的波形。
2.多路复用方式 把在同一信道中能够同时传输多路信息且互不干扰的方 式称为多路复用。目前，广泛采用的多路复用方式有两种， 一是频分多路复用（FDM），二是时分多路复用（TDM）。 FDM是从频域的角度进行分析的，使各路信号在频率上彼 此分开，而在时域上彼此混叠在一起；TDM是从时域的角 度进行分析的，使各路信号在时间上彼此分开，而在频域上 彼此混叠在一起。
第3章 微波与卫星通信的通信体制
3.2.2 模拟调制——宽带FM 1.调频信号的产生 产生调频信号的方法有两种,一种是直接法，另一种是
倍频法。 用倍频法产生调频信号时，首先利用窄带调频器来产生
窄带调频信号，然后再用倍频的方法将其变换成宽带信号， 如图3－3所示。
第3章 微波与卫星通信的通信体制
图3－3 倍频法实现宽带调频
图3－2 三种调制方式所对应的功率谱
第3章 微波与卫星通信的通信体制
数字卫星通信中选择调制方式，应综合考虑多方面的因 素。
（1）由于通信卫星位于外层空间，因而卫星信道的自 由空间部分无起伏衰落现象，只引入白高斯噪声，可视为恒 参信道，因此，可以考虑采用最佳的调制和检测方式，如 PSK方式。
微波与卫星通信课件第3章
3.2 频分多址技术
3.2.1 频分多址技术原理与应用
特点 1. 工作原理
在以此种方式工作的卫星通信网中，每个地 球站向卫星转发器发射一个或多个载波，每个载 波都具有一定的频带，它们互不重叠地占用卫星 转发器的带宽。
2． FDMA的应用特点
频分多址方式是早的多址方式，其最突出的
特点是简单、可靠和易于实现。
所以信道分配方式采用按申请分配 即按需分配
3．星上交换SS-FDMA
在多波束环境（空分复用）中工作的卫星系统 为实现地球站间的通信，寻址时常采用星上交换 (SS-FDMA)方式。
◆上行线路和下行线路 各包含三个波束 ◆每个波束均使用同一 组频率
SS-FDMA卫星转发器方框图
其频率配置方案是事先设计好的
数字制的预分配SCPC又包括PCM-PSKSCPC和DM-PSK-SCPC方式，我们首先从PCMPSK-SCPC方式开始介绍。
（1）PCM-PSK-SCPC
在预分配SCPC方式中，任意两地球站之间 进行通信时，其下行链路的载波只携带一路信号， 并且占用一条卫星通道。
① SCPC的频率配置
在采用SCPC方式工作的IS-IV卫星通信系统 中，将其中一个卫星转发器的36MHz带宽等间隔 地分为800个通道，其频率分配如图所示：
1.每载波多路MCPC-FDMA方式
发往B、C、D站 的各路信号
分配给站A的 射频频谱
每载波多路MCPC-FDMA的分类：
按每路采用的基带信号复用类型可将MCPC分为
① FDM-FM-FDMA
各路基带模拟信号以频分复用方式复用在一起 然后以调频方式调制到某一个载波频率上 最后再以FDMA方式发射和接收
3.1 多址技术与信道分配技 术的概念
电力系统常用通信方式培训课件(共60张PPT)全文编辑修改
远动信号是脉冲序列。为使它能和话音信号同时传输，需经过调制解调器将脉冲信号调制在远动信号频段内的音频上，然后才能送入载波机的远动入口。所以，对电力线载波机而言，远动信号是指已调的音频信号，通常采用频移键控（FSK）方式传输，2.220kHz±30Hz, 或3.660kHz±30Hz等呼叫信号也是采用FSK方式传输。 远方保护信号也是音频信号。远方保护装置在发生电力事故时，需要可靠地将信号传送到远方。一般这种信号的传输时间极短，因此经常在传输远方保护信号时，先停送话音、远动、呼叫信号，等远方保护信号传完后，再继续传送其它信号。这是一种时间交替传输的复用方法，由于时间极短，并不影响其它信号的传输，同时可以全功率传输远方保护信号，确保保护信号的可靠性。
线路阻波器GZ串接在电力线路和母线之间，是对电力系统一次设备的“加工”，故又称“加工设备”，加工设备的作用是通过电力电流、阻止高频载波信号漏到变压器和电力线分支线路等电力设备，以减小变电站和分支线路对高频信号的介入损耗及同一母线不同电力线路上高频通道。 结合设备连接载波机与输电线，它包括高频电缆，作用是提供高频信号通路。 输电线既传输电能又传输高频信号。
在以数字微波通信、卫星通信为主干线的覆盖全国的电力通信网络已初步形成、多种通信手段竟相发展的今天，电力线载波通信仍然是地区网、省网乃至网局网的通信手段之一，仍是电力系统应用区域最广泛的通信方式，仍是电力通信网重要的基本通信手段；从理论研究，到运行实践，都取得了可喜的成效。
(1) 电力线载波无论是在所具有的规模范围、装机数量还是在从事人员数量上，都是空前的。 (2) 电力线载波通信综合业务能力有了很大的发展。 (3) 载波技术装备水平有了很大提高。 (4) 理论研究成果卓著。
载 波 机 A
载 波 机 B
线路阻波器GZ串接在电力线路和母线之间，是对电力系统一次设备的“加工”，故又称“加工设备”，加工设备的作用是通过电力电流、阻止高频载波信号漏到变压器和电力线分支线路等电力设备，以减小变电站和分支线路对高频信号的介入损耗及同一母线不同电力线路上高频通道。 结合设备连接载波机与输电线，它包括高频电缆，作用是提供高频信号通路。 输电线既传输电能又传输高频信号。
在以数字微波通信、卫星通信为主干线的覆盖全国的电力通信网络已初步形成、多种通信手段竟相发展的今天，电力线载波通信仍然是地区网、省网乃至网局网的通信手段之一，仍是电力系统应用区域最广泛的通信方式，仍是电力通信网重要的基本通信手段；从理论研究，到运行实践，都取得了可喜的成效。
(1) 电力线载波无论是在所具有的规模范围、装机数量还是在从事人员数量上，都是空前的。 (2) 电力线载波通信综合业务能力有了很大的发展。 (3) 载波技术装备水平有了很大提高。 (4) 理论研究成果卓著。
载 波 机 A
载 波 机 B
微波卫星移动通信复习资料
一、无线通信工程第一章微波通信一、填空题1.无线电通信是指利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式。
2.无线中波通信白天主要靠地波传播，夜晚也可由电离层反射的天波传播。
3.无线微波通信频带较宽可用于高达 2700 路甚至更多的大容量干线通信。
4.无线电发射天线必须与发射机的功放输出阻抗相匹配，使无线电波能以最高的效率发向空间。
5.无线微波通信中，可以利用对流层大气的不均匀性对微波的散射作用，进行散射通信，每个接力段可长达数百公里。
6.电波自由空间传播损耗的实质是因电波扩散损失的能量，其基本特点是接收电平与距离的平方以及频率的平方均成反比。
7.大气折射与等效地球半径大气的不均匀导致电波弯曲。
8.电波传播的长期慢衰落是由传播路径上的固定障碍物的阴影引起的。
二、单项选择题1.在无线通信电波传播的短期快衰落中，从两径信道的幅频响应特性中看到，当发送信号的频带宽度A0.5 MHz时信道引起严重的频率选择性衰落。
A.大于B.小于C.略小于D.等于2.无线超短波通信只能靠直线方式传输，传输距离约 A km。
A.50B.100C.150D.2003.无线超短波通信的工作频带较宽，可以传送 B 路以下的话路或数据信号。
A.20B.30C.40D.504. D 适合于电视广播和移动通信。
A.长波B.中波C.短波D.超短波三、多项选择题1.无线通信系统的发射机由振荡器 BCD 和功率放大器等组成。
A.解调器B.放大器C.调制器D.变频器2.无线通信系统的接收机主要由前置放大器 ABC解调器和低频基带放大器等组成。
A.变频器B.本地振荡器C.中频放大器D.调制器3.无线电通信系统包括 AC 发射天线和接收天线。
A.发射机B.发信机C.接收机D.收信机4.典型的电波传播的路径损耗预测的经验模型有 ABCD 。
A.Okumura模型B.Hata模型C.Lee模型D.曼哈顿模型四、判断题1.无线长波通信（包括长波以上）主要由沿地球表面的地波传播，也可在地面与高空电离层之间形成的波导中传播，通信距离可达数千公里甚至上万公里。
微波与卫星通信技术 PPT课件
(五) 数字微波信道的干扰和噪声
微波线路的干扰主要来自反馈系统和空间传播引入，一 般有回波干扰、交叉极化干扰、收发干扰、邻近波道干扰、 天线系统同频干扰等。 噪声主要来自设备，如收、发信机热噪声以及本振源 的热噪声等。
5.1.3 数字微波的使用与发展简况
20世纪50年代，数字微波通信起步； 20世纪70年代初，小容量、低频段的数字微波通信系统； 20世纪70年代末，迅速发展，形成了完整的技术系统。 20世纪90年代后，建成基于SDH的数字微波通信系统。 从实用化的70年代算起至今，调制方式由(2PSK)的相移 键控，发展到(1024QAM)的正交调幅方式，其频谱利用率大 大提高。目前由于新的调制方式及频带压缩技术的使用，已 使数字微波的频谱利用率大大提高。传输一路码流为64kb/s 的数字电话，已能被压缩到与一路模拟电话(带宽4KHz)所占 用的信道频谱利用率相当。数字微波具有建站快、成本低、 不须铺设线路的特点，尤其适合于紧急通信、临时通信、无 线接入等用途。
（一）无线电波和频段划分
无线电频段的划分如表5.1所示。
频段名称
长波 中波 短波 超短波（特高频） 微 波 分米波 厘米波 毫米波
频率范围
30～300kHz 300～3000kHz 3～30MHz 30～300MHz 300MHz～3GHz 3～30GHz 30～300GHz
波长范围
10000～ 1000m 1000～100m 100～10m 10～1m 100～10cm 10～1cm 1cm～1mm
（三）大气对微波传播的影响
电磁波传播主要在对流层中完成，对流层对微波传播 的影响主要表现在3个方面： （1）氧气分子和水蒸汽分子对电磁波的吸收； （2）雨、雾、雪等气象微粒对电磁波的吸收和散射； （3）对流层结构的不均匀对电磁波的折射。 当微波中继通信系统的工作频段在10GHz以下时，前 两个方面的影响不显著，只需考虑对流层折射的影响；当 工作频段在10GHz以上时，3个方面的影响都需考虑。
2023沪科版选修(3-4)第3章3.3~3.4《无线电通信》ppt
2．红外线：波长比可见光中的红光的波长长，不 能引起人的视觉，是不可见光；所有物体都在不停 地辐射红外线，且温度越高，辐射的红外线越 强 ____，波长短越____；红外线的主要作用热是效应 ________． 3．紫外线：波长比可见光中的紫杀光菌波消长毒还短，不 能引起人的视觉；主要作用：_____________．
解析：选BD.电磁波频率越高，波长就越短，绕过 地面障碍物的本领就越差，且地波在传播过程中的 能量损失随频率的增高而增大，A错；随着电磁波 频率的增大，粒子性越来越明显，其传播形式跟光 相似，沿直线传播，B正确；电磁波在各种介质中 传播时，频率不变，但传播速度不等，波长不同， C错；由于同步通讯卫星相对于地面静止在赤道上 空36000 km高的地方用它来作微波中继站，只要 有三颗这样的卫星，就可以把微波信号传播到全世 界，D正确．
3．空间波：是像光束那样沿__直__线___传播的无线 电波，这种传播方式适用于超短波和微波通信， 此外卫星中继通信，卫星电视转播等也主要是利 用空间波作为传输途径． 三、电磁波的接收 1．电谐振现像：当接收电路的固有频率跟收到的 电磁波的频率相同时，电磁波会使电路中产生最 强的电流．与机械振动中的___共_振_____现像类 似．
解析：选A.调制是把要发射的信号“加”到高频 等幅振荡上去，频率越高，传播信息能力越强， A对；电磁波在空气中以接近光速传播，B错；由 v＝λf，知波长与波速和传播频率有关，C错．
三、无线电波的接收 1．电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电 磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流 最强，这种现象叫电谐振． 2．调谐：使接收电路产生电谐振的过程叫调 谐．能够调谐的接收电路叫调谐电路．调谐的方 法一般是改变电路的L或C.
3．直线传播：微波又叫超短波，它既不能以地波 的形式传播(易被吸收)，又不能依靠电离层的反射 以天波的形式传播(能穿透)，微波只能像光那样， 沿直线传播．这种沿直线传播的电磁波叫空间波 或视波．
C_L双频测控天线设计技术
— 54 —
《微波与卫星通信》199 8年第3期
图 2 口径场分布
可以看出, 这个口径场分布在中间比较 性能的好坏直接影响天线性能, 因此波纹喇
平坦, 接近主面边缘则以较大斜率锥削, 如果 叭设计是 C/ L 双频天线设计的重要环节。波
边缘照射电平取得适当, 并对具体的 D/ K情 纹喇叭由过渡段, 耦合段和辐射段等组成, 过
式如下: r = r0 +
N
i
6 r e1
- j p 6 Bj j=1
i= 1
ri =
Zci+ 1 Zci+ 1 +
Z ci Z ci
r
0
=
Zc1 Zc1 +
Zc0 Zc0
式中, Zci 为第 i 个波纹周期的特性阻抗, 计
算式如下:
Zc =
2Z0
B( 1 Pk ( 1 -
L1) L)
1
{ [ J m- 1 ( x at) + LJ m+ 1( x at) ] dt} 2
L 波段旁瓣在5°以外要优于 - 20dB, 第一旁 重于 L 波段的天线效率。为此采取一些必要
瓣优于- 14dB。C/ L 双频天线设计与单一 C 的设计技术, 下面予以讨论。
波段天线不同, 它不仅要考虑 C 波段的天线 性能, 而且着重解决 L 波段天线效率偏低的
1. 天线反射面的设计技术
矛盾。C/ L 双频段设计困难的主要原因是 C/ L 频段共用一个馈电喇叭, 致使 C/ L 两个频 区中馈电喇叭辐射特性差异较大, 造成天线 口径场分布在 L 波段不够理想。
由口径场积分法, 远区由 GT D 法计算。
图 5 计算的 L 波段方向图
微波与卫星通信
1.静止卫星通信系统
卫星通信的工作频段与微波通信相同。
图1-4所示的是卫星通信的示意图。
图 卫 星 通 信 示 意 图
1-4
静止卫星是指卫星的运行轨道在赤道
平面内。轨道离地面高度约为35800km
（为简单起见，经常称36000km）。 图1-5所示为静止卫星配置的几何关系
示意图。
图1-5 静止卫星的配置
③ 存在星蚀和日凌中断现象。
④ 有较大的信号传输时延和回波干扰。
1.2 微波通信系统的组成
1.2.1系统组成
一条微波中继信道是由终端站、中间站和 再生中继站、终点站及电波空间组成，如
图1-1（a）所示。
终端站的任务是将复用设备送来的基带信号 或由电视台送来的视频及伴音信号，调制到微波 频率上并发射出去；或者反之，将收到的微波信 号解调出基带信号送往复用设备，或将解调出的
2.微波通信的特点
用于传输频分多路-调频制（FDM-FM） 基带信号的系统叫作模拟制微波通信系统； 用于传输数字基带信号的系统叫作数字微
波通信系统。
“微波、多路、接力”。
“微波”是指微波工作频段宽，它包 括了分米波、厘米波和毫米波三个频段。
“多路”是指微波通信的通信容量大， 即微波通信设备的通频带可以做得很宽。 “接力”是目前广泛使用于视距微波 的通信方式。
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站， 转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间 进行的通信。
卫星通信又是宇宙无线电通信形式之 一，而宇宙通信是指以宇宙飞行体为对象 的无线电通信，它有三种形式：
（1）宇宙站与地球站之间的通信； （2）宇宙站之间的通信； （3）通过宇宙站转发或反射而进行 的地球站间的通信。
目前国际卫星通信组织负责建立的国
卫星通信的工作频段与微波通信相同。
图1-4所示的是卫星通信的示意图。
图 卫 星 通 信 示 意 图
1-4
静止卫星是指卫星的运行轨道在赤道
平面内。轨道离地面高度约为35800km
（为简单起见，经常称36000km）。 图1-5所示为静止卫星配置的几何关系
示意图。
图1-5 静止卫星的配置
③ 存在星蚀和日凌中断现象。
④ 有较大的信号传输时延和回波干扰。
1.2 微波通信系统的组成
1.2.1系统组成
一条微波中继信道是由终端站、中间站和 再生中继站、终点站及电波空间组成，如
图1-1（a）所示。
终端站的任务是将复用设备送来的基带信号 或由电视台送来的视频及伴音信号，调制到微波 频率上并发射出去；或者反之，将收到的微波信 号解调出基带信号送往复用设备，或将解调出的
2.微波通信的特点
用于传输频分多路-调频制（FDM-FM） 基带信号的系统叫作模拟制微波通信系统； 用于传输数字基带信号的系统叫作数字微
波通信系统。
“微波、多路、接力”。
“微波”是指微波工作频段宽，它包 括了分米波、厘米波和毫米波三个频段。
“多路”是指微波通信的通信容量大， 即微波通信设备的通频带可以做得很宽。 “接力”是目前广泛使用于视距微波 的通信方式。
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站， 转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间 进行的通信。
卫星通信又是宇宙无线电通信形式之 一，而宇宙通信是指以宇宙飞行体为对象 的无线电通信，它有三种形式：
（1）宇宙站与地球站之间的通信； （2）宇宙站之间的通信； （3）通过宇宙站转发或反射而进行 的地球站间的通信。
目前国际卫星通信组织负责建立的国
数字微波与卫星通信
1. 卫星通信的基本概念微波是指频率为300MHz至300GHz的电磁波。
微波通信是指用微波频率作载波携带信息，通过无线电波空间进行中继（接力）通信的方式。
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。
卫星通信是宇宙无线电通信形式之一，宇宙通信是指以宇宙飞行体为对象的无线电通信，它有三种形式：（1）宇宙站与地球站之间的通信；（2）宇宙站之间的通信；；（3）通过宇宙站转发或反射而进行的地球站间的通信。
2．卫星通信的特点（1）静止卫星通信的优点：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信号传输质量高，通信线路稳定可靠。
⑤建立通信电路灵活、机动性好（2）静止卫星通信的缺点：①静止卫星的发射与控制技术比较复杂。
②地球的两极地区为通信盲区，而且地球的高纬度地区通信效果不好。
③存在星蚀和日凌中断现象。
④有较大的信号传输时延和回波干扰。
⑤具有广播特性，保密措施要加强。
3.一条微波中继信道是由终端站、中间站和再生中继站、终点站及电波传播空间组成。
微波中继站的中继方式：直接中继（射频转接）、外差中继（中频转接）、基带中继（再生中继）。
4. 卫星通信系统是由空间分系统、通信地球站分系统、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统4大部分组成的；卫星通信线路是由发端地球站，上、下行无线传输路径和收端地球站组成的。
5. 频率配置的基本原则不论是模拟微波还是数字微波，其频率配置都应符合下面的基本原则。
（1）在一个中间站，一个单向波道的收信和发信必须使用不同频率，而且有足够大的间隔，以避免发送信号被本站的收信机收到，使正常的接收信号受到干扰。
（2）多波道同时工作时，相邻波道频率之间必须有足够的间隔，以免互相发生干扰。
（3）整个频谱安排必须紧凑，使给定的频段能得到经济的利用，并能传输较高的信息速率。
（4）因微波天线和天线塔建设费用很高，多波道系统要设法共用天线。
《微波通信与卫星通信》课程作业部分答案
《微波通信与卫星通信》课程作业注意事项：要求该课程作业全部手写在浙江理工大学标准作业本上；每一章的作业题目要另起一页从新开始；本文档中所列出的题目必须把原题抄写在作业本上，随后再写答案；所有题目都是必选的，请全部做完并且独立完成；要求字迹清晰工整。
请于2015年1月7日上课时随课程论文一起上交。
第1章微波与卫星通信概述1-1 微波通信有哪些特点？卫星通信有哪些特点？微波通信具有良好的抗灾性能，对水灾、风灾以及地震等自然灾害，微波通信一般都不受影响。
但微波经空中传送，易受干扰，在同一微波电路上不能使用相同频率于同一方向，因此微波电路必须在无线电管理部门的严格管理之下进行建设。
此外由于微波直线传播的特性，在电波波束方向上，不能有高楼阻挡,因此城市规划部门要考虑城市空间微波通道的规划，使之不受高楼的阻隔而影响通信卫星通信①通信距离远，且费用与通信距离无关。
②广播方式工作，可以进行多址通信。
③通信容量大，适用多种业务传输。
④可以自发自收进行监测。
⑤无缝覆盖能力。
⑥广域复杂网络拓扑构成能力。
⑦安全可靠性。
1-2 请阐述智能天线的概念。
智能天线又称自适应天线阵列、可变天线阵列、多天线。
智能天线指的是带有可以判定信号的空间信息（比如传播方向）和跟踪、定位信号源的智能算法，并且可以根据此信息，进行空域滤波的天线阵列。
智能天线是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。
[1]智能天线采用空分复用（SDMA）方式，利用信号在传播路径方向上的差别，将时延扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰的影响降低，将同频率、同时隙信号区别开来，和其他复用技术相结合，最大限度地有效利用频谱资源。
早期应用集中于雷达和声呐信号处理领域，20世纪70年代后被引入军事通信中。
随着移动通信技术的发展，阵列处理技术被引入到移动通信领域，很快就形成了智能天线的研究领域。
微波技术与天线——电磁波导行与辐射工程(第二版)[殷际杰][电子教案]第三章课件
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3－22
3-4 金属波导（矩形截面波导） 波导管作为定向导引电磁波传输的机构，是微波传输线的一 种典型类型，它已不再是普通电路意义上的传输线。虽然电磁波 在波导中的传播特性仍然符合传输线的普遍性概念和规律，但是 深入研究导行电磁波在波导中的存在模式及条件、横向分布规律 等问题，则必须从场的角度根据电磁场基本方程来分析研究。 导行电磁波的传输形态受导体或介质边界条件的约束，边界 条件和边界形状决定了导行电磁波的电磁场分布规律、存在条件 及传播特性。常用金属波导有矩形截面和圆截面两种基本类型。
出同轴线的波阻抗 Z 0 51.2 。若介质为空气 r 1， r 1 ， 可计算出同轴线波阻抗 Z 0 76.8 。
不计损耗时同轴线传输TEM波时的相速度等于
vp 1 L0 C 0 1
v0
r r
3－12
当同轴线内填充空气介质时， p 3 108 m/s ；当填充聚苯乙烯 v 介质时， r 1 , r 2.25 ，可计算得 v p 2 108 m/s ，与自
3－8
3-2 同轴线 同轴线是一种应用非常广泛的可以导引TEM波的双线传输 线，它的最大优点是外导线圆筒可以完善地屏蔽周围电磁场对同 轴线本身的干扰和同轴线本身传送信号向周围空间的泄漏。图所 示为同轴线的结构示意图，它是一种不平衡传输线。
3－9
由电磁场理论可以得出计算同轴线分布电路参量的公式：
D L0 ln 2 d
，与自由空间中
的平面电磁波相速度 v 0 相同，即为光速。 对于平行双线传输线，线间介质多为空气或局部优良绝缘支撑 物，如果要考虑传输损耗，则可只计导体损耗而不计介质损耗 （即G0 0 ）。此时平行双线的衰减常数可按下式估算：
3-4 金属波导（矩形截面波导） 波导管作为定向导引电磁波传输的机构，是微波传输线的一 种典型类型，它已不再是普通电路意义上的传输线。虽然电磁波 在波导中的传播特性仍然符合传输线的普遍性概念和规律，但是 深入研究导行电磁波在波导中的存在模式及条件、横向分布规律 等问题，则必须从场的角度根据电磁场基本方程来分析研究。 导行电磁波的传输形态受导体或介质边界条件的约束，边界 条件和边界形状决定了导行电磁波的电磁场分布规律、存在条件 及传播特性。常用金属波导有矩形截面和圆截面两种基本类型。
出同轴线的波阻抗 Z 0 51.2 。若介质为空气 r 1， r 1 ， 可计算出同轴线波阻抗 Z 0 76.8 。
不计损耗时同轴线传输TEM波时的相速度等于
vp 1 L0 C 0 1
v0
r r
3－12
当同轴线内填充空气介质时， p 3 108 m/s ；当填充聚苯乙烯 v 介质时， r 1 , r 2.25 ，可计算得 v p 2 108 m/s ，与自
3－8
3-2 同轴线 同轴线是一种应用非常广泛的可以导引TEM波的双线传输 线，它的最大优点是外导线圆筒可以完善地屏蔽周围电磁场对同 轴线本身的干扰和同轴线本身传送信号向周围空间的泄漏。图所 示为同轴线的结构示意图，它是一种不平衡传输线。
3－9
由电磁场理论可以得出计算同轴线分布电路参量的公式：
D L0 ln 2 d
，与自由空间中
的平面电磁波相速度 v 0 相同，即为光速。 对于平行双线传输线，线间介质多为空气或局部优良绝缘支撑 物，如果要考虑传输损耗，则可只计导体损耗而不计介质损耗 （即G0 0 ）。此时平行双线的衰减常数可按下式估算：
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（1）收端可变、发端固定的DA方式
（2）收端固定、发端可变的DA方式
（3）收、发可变DA
指发送载频和接收载频都是临时申请分配的， 选择范围包括转发器的整个频带；通话结束后将 全部载频释放，以供其他终端使用。 此种方式信道利用率最高，接近于1，设备也最复杂
3
动态分配是系统根据终端申请要求，将系统 的频带资源（传输速率）实时地分配给地球站或 卫星移动通信终端，从而能高效率地利用转发器 的频带。 主要与TDMA方式结合使用
数字制的预分配SCPC又包括PCM-PSKSCPC和DM-PSK-SCPC方式，我们首先从PCMPSK-SCPC
（1）PCM-PSK-SCPC
在预分配SCPC方式中，任意两地球站之间 进行通信时，其下行链路的载波只携带一路信号， 并且占用一条卫星信道。
① SCPC的频率配置
在采用SCPC方式工作的IS-IV卫星通信系统 中，将其中一个卫星转发器的36MHz带宽等间隔 地分为800个通道，其频率分配如图所示：
3.2 频分多址技术
3.2.1 频分多址技术原理与应用
特点 1. 工作原理
在以此种方式工作的卫星通信网中，每个地 球站向卫星转发器发射一个或多个载波，每个载 波都具有一定的频带，它们互不重叠地占用卫星 转发器的带宽。
2． FDMA
频分多址方式是早的多址方式，其最突出的
特点是简单、可靠和易于实现。
信息速率为128kbit/s
② 公共信道工作特性
由上面的分析可知，SPADE系统可为
48个地球站提供397条双向通路（如图3-10 所示），这就是说，每个地球站可以每隔
50msBiblioteka ② 按需分配方式下的通信过程
在SPADE系统中，当某用户通过长途台将呼
叫通信请求送至SPADE终端时，SPADE终端为 其从397条卫星线路中选择任意一条空闲信道， 并进行连通，同时通过此信道将呼叫请求帧送到 对方用户所在的地球站，并由该站与对方局连通。 具体过程如下：
卫星略去
优点：载频专用，连接设备简单，基本无需控制设备 缺点：使用不灵活，只有在业务量高的时候通信效率 才高，业务量低时信道利用率低。 此分配制度只适用于业务量大的信道
（2）按时预分配（TPA）方式
根据统计，事先掌握各地球站间业务
量随时间的变化规律，因而在一天内可按
约定对信道做几次固定的调整，这种方式
第3章 卫星通信的多址方式
本章主要对卫星通信系统和卫星
移动通信系统中所使用的信道分配技
术和多址技术（频分多址（FDMA）、
时分多址（TDMA）、空分多址
（SDMA）和码分多址（CDMA））
等进行介绍。
3.1 多址技术与信道分配技术的概念 3.2 频分多址技术
3.3 时分多址技术
3.4 随机多址和可控多址访问方式
导频
② SCPC终端设备结构 ③ 话音信号的传输过程
话音信号的传输格式：
根据抽样定理，以8kHz进行抽样 量化采用A律13折线压扩特性
编码采用7bit构成一个码字
PCM信源编码速率为56 kbit/s
每32个码字前插入一个32bit的消息开始代码SOM构成 一帧信号（256bit）
此时信息速率变为：
C
若上下行线路各包含四个地球站，要实现相互通信，画出 其卫星转发器方框图？
3.2.3 SCPC
SCPC是英文Single Channel Per Carrier的 缩写，是每载波单路的FDMA SCPC 模拟SCPC系统 数字SCPC系统 按需分配SCPC
预分配SCPC
1． 预分配的SCPC
导频的插入与校正：
（2）DM-PSK-SCPC
与PCM-PSK-SCPC系统结构相比，在DMPSK-SCPC ① 用DM编码/译码器代替PCM编码/译码器 ② 采用BPSK调制/解调 在PCM-PSK-SCPC系统中使用的是QPSK调制 解调技术，而在DM-PSK-SCPC系统中，一般使用 的是BPSK调制解调器。
多普勒效应的应用 ① 多普勒效应不仅适用于声波，也适用于所有类型 的波形，包括光波。科学家Edwin Hubble使用多普 勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。他发现远处银河 系的光线频率在变低，即移向光谱的红端。 ② 在卫星移动通信中，当终端设备以高速运动时需 要充分考虑“多普勒效应”。另外，对于非静止卫 星通信系统，其本身也具有很高的速度，所以也需 考虑“多普勒效应” 。为了避免这种影响造成我们 通信中的问题，我们不得不在技术上加以各种考虑。 同时加大了卫星移动通信的复杂性。
时分多址访问（TDMA）——以时间为参量 来进行分割，其频率和空间是无法分开的，不同 的信号占据不同时间段，彼此互不重叠。 即让若干个地球站共同使用一个信道。但是 占用的时间不同，所以相互之间不会干扰。显然， 在相同信道数的情况下，采用时分多址要比频分 多址能容纳更多的用户。现在的移动通信系统多 数用这种多址技术。
1.每载波多路MCPC-FDMA方式
发往B、C、D站 的各路信号
分配给站A的 射频频谱
每载波多路MCPC-FDMA的分类：
按每路采用的基带信号复用类型可将MCPC分为
① FDM-FM-FDMA
各路基带模拟信号以频分复用方式复用在一起 然后以调频方式调制到某一个载波频率上 最后再以FDMA方式发射和接收
码分多址访问（CDMA）——以信号的波
形、码型为参量来实现多址访问的，其频率、时
间和空间上均无法分开，因而不同的地球站使用 不同的码型作为地址码，并且这些码型相互正交 或准正交。 采用CDMA技术可以比时分多址方式容纳更多
的用户。这种技术比较复杂，现已为不少移动通
信系统所采用。在第三代移动通信系统中，就采 用宽带码分多址技术。
（1）要求解决好卫星的功率和带宽之间的关系 （2 （3 （4）尽量减少互调的影响
3.2.2 FDMA的分类
根据每个地球站在其发送载波中是否采用复用技术
每载波多路信道的FDMA (MCPC-FDMA) 每载波单路信道的FDMA (SCPC-FDMA) 多波束环境中不同波束区中地球站间的互通 (SS-FDMA)
多普勒效应的发现
1842年的一天，多普勒正路过铁路交叉处，恰逢一列火车从 他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖， 而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低。他对这个物理现 象感到极大兴趣，并进行了研究。发现这是由于振源与观察 者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振 源频率的现象。这就是频移现象。因为，声源相对于观测者 在运动时，观测者所听到的声音会发生变化。当声源离观测 者而去时，声波的波长增加，音调变得低沉，当声源接近观 测者时，声波的波长减小，音调就变高。音调的变化同声源 与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大， 改变就越显著，后人把它称为“多普勒效应”。
4
它是指通信中各种终端随机地占用卫星信道 的一种多址分配制度。 适用于分组通信方式
3.1.2 多址技术
在卫星通信中的信号分割和识别是以载波
频率及其出现的时间或空间位置为参量实现的，
归纳起来可分为： 频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA） 码分多址（CDMA）、空分多址（SDMA）
频分多址访问（FDMA）——以频率来进行 分割的，其在时间和空间上无法分开，故此不同 的信道占用不同的频段，互不重叠。 即让不同的地球通信站占用不同频率的信道 进行通信。因为各个用户使用着不同频率的信道， 所以相互没有干扰。早期的移动通信就是采用这 个技术。
空分多址访问（SDMA）——以空间作为参量来进 行分割的，其频率和时间无法分开，因而不同的信道占据 不同的空间，这样卫星可根据空间位置接收相应覆盖区域 中的各地球站发送的上行链路信号。
例如：在一个卫星上使用多个天线，各个天线的波 束分别射向地球表面的不同区域。这样，地面上不同区域 的地球站即使在同一时间使用相同的频率进行通信，也不 会彼此形成干扰。 空分多址是一种信道增容的方式，可以实现频率的 重复使用，有利于充分利用频率资源。空分多址还可以与 其它多址方式相互兼容，从而实现组合的多址技术，例如 “空分-码分多址（SD-CDMA）”
所以信道分配方式采用按申请分配 即按需分配
3．星上交换SS-FDMA
在多波束环境（空分复用）中工作的卫星系统 为实现地球站间的通信，寻址时常采用星上交换 (SS-FDMA)方式。
◆上行线路和下行线路 各包含三个波束 ◆每个波束均使用同一 组频率
SS-FDMA卫星转发器方框图 A D
B
E
F
其频率配置方案是事先设计好的
SOM：为了解决倒π现象，同时用来确定帧同步 字头：为了正确恢复出原话音信号并提高系统的信 道利用率，包括载波恢复码40bit和位定时恢复码80bit
④ 数据信号的传输过程
在SCPC系统中，也可以传输数据信息。由
于数据信号是以连续发送的形式进行的，所以能
够正确恢复出载波信号及定时信号。
因而在接收端不存在相位模糊问题，因此无 需为恢复载波和相位定时而增加附加字头。
2.按需分配的SCPC系统（SPADE）
SPADE大大提高了有限信道的利用率
（1）SPADE
在采用SPADE方式工作的卫星通信系统中，
通常将一个卫星转发器的一部分频率配置为公用传
输信道（CSC），而另一部分频率配置为话音通道
（CH）。 配置方式与PCM-PSK-SCPC相同
图3-10 SPADE系统的频率配置
② TDM-PSK-FDMA
各路基带模拟信号以时分复用方式复用在一起 然后以调相方式调制到某一个载波频率上 最后再以FDMA方式发射和接收
2．每载波单路SCPC-FDMA方式
每个载波中只传送一路信号
无需基带复用 基带滤波 基带去复用
主要应用于业务量较小的、同时通信路数最多 只有几条甚至一条的地球站