卫星通信导论习题答案.docx
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卫星通信导论习题答案
第1章题解
①
T=
V=s
②
T=
V=s
③
T=
V=s
④
T=
V=s
⑤
T=
V=s
184231km,281ms
2160ms
337500km
第2章题解
（1）,
⑵，
⑶，
⑷，
d=37911km
39.30
Lf=
G/T=K
\0.50.5
馈线输入端TTaT010101Tlna1010
=171°
LNA输入端TTA0.5T01一15T|_na
/10总010.10
=153°K
21
3X10W/Hz
217°K
EIRP=48dBW
G/T=K
⑴；；
⑵
4.8m（T0290K）
噪声系数的噪声温度为
T0=（T0
290K）
噪声系数的噪声温度为
T0=（T0
290K）
++100+3=179K
50
1
5000
噪声温度为01
1ft290100厂
10
10
10
EIRP=47dBW
1
101.8
1014
0.01585
0.03981
C/N=
1
102.2
曰
是,
1
102.4
0.0063090.003981
0.002328
所需的上行C/N=
（1）链路损耗L=+20lg37500+=
⑵卫星转发器输入功率C=20++26=-
卫星转发器输出功率C=110-==11W
⑶N=十10lg500+10lg36M=-
（4）C/N=
（1）卫星转发器发射的每路功率为-14dBW/路=路
（2）地球站接收载波功率C=-206+30+40=-150Dbw
地球站输入端噪声功率N=-+10lg150+10lg50K=-
载噪比C/N=
⑶余量=-=
（1）链路损耗L=+20lg38500+=
2
05
（2）接收天线增益G==
0.02459
接收载波功率C=10lg200+34-3+-1=-
（3）噪声功率N=十10lg110+10lg20M=-
（4）C/N=
余量
（5）强降雨时
接收载波功率C=-2=-
噪声功率N=-+10lg260+10lg20M=-
载噪比C/N=
余量dB
（1）链路损耗L=+20lg37500++2=
⑵噪声功率N=■+10lg500+10lg36M=-
⑶转发器输入载波功率C=10lg100+54+26-=-
载噪比C/N=
⑷卫星发射功率110-=或
链路传输损耗L=+20lg2000+=
地球站接收载波功率C=+（18-3）+1--
地球站噪声功率N=十10lg260+10lg20K=-
载噪比C/N=
第3章题解
由图3-3得输入回退6dB;由图3-4得输出回退3dB。
（1）
（2）
（2）—帧内：
1个参考突发，8个业务突发
一帧内开销比特：
560（参考突发）+9120（9个保护时隙）+8560（8个报头）
=6120bit
效率=（40800-6120）/40800=；
（3）承载的信息速率:
（40800-6120）/=s
承载的信道数:
17340/64=
mB|F236
110.2
60Mb/s
EbT
（1）EIRPbRbLk
n°G
=12+-10-+212=
Ptf=-46=（）
（2）Ptt57.544611.54dBW（）（Rb提高8倍，使所需的EIRP提高）
（1）C/N=++35=
0.6
由回退带来的允许接入的5MHz带宽的载波数为K10362
4.5
（2）设36MHz带宽内最多容纳6个5MHz带宽的载波。
由图3-4可得：
输出回退6dB相当于输入回退8dB。
由图3-3得6载波时，输入回退
8dB的载波-互调比约为16dB。
试算6载波时的下行载噪比：
回退6dB后，每载波EIRP=34-6-10lg5=21dBW
每载波的接收载噪比=21-201-67++35=
考虑到6载波时的载波-互调比为16dB，因此接收总的信噪比（含互调噪声）约为。
它比
要求的12dB门限高些，可认为是带宽受限系统。
如果要求的接收信噪比门限为15dB，则为功率受限系统。
/
（1）TDMA地球站发射功率=13-105-63-22+200=23dBW=200W
地球站接收载噪比：
33.6dB
（236322200）dB
（27.475.6228.6）dB
%
（136020196）dB
30dBd（2075.6228.6）dB
地球站接收（C/N）=
（2）FDMA地球站发射功率：
一个FDMA地球站在转发器输出端的功率为13dBW（20W）-6dB（回退）-7dB（5个站功率
叠加）=0dBW=1W
转发器接收的来自一个FDMA站的功率=-105dBW
FDMA地球站发射功率=-105+200-63-22=10dBW=10W
上行载噪比：
载波功率=10+63+22-200=-105dBW
噪声功率（噪声带宽36/5MHz）=+-=-\
上行载噪比=-105+=
下行载噪比：
载波功率=0+60+20-196=-116dBW
噪声功率（噪声带宽36/5MHz）=20+-=-140dBW
下行载噪比=-116+140=24dB
由图3-4可得：
输出回退补偿6dB相当于输入回退约8dB。
由图3-3可得：
输入回退8dB时，互调载噪比为。
地球站接收（全链路）接收载噪比=（若不考虑互调噪声干扰，载噪比为
（1）手持机解调后、判决前，只需在确定的时段内提取本站的数据信息，其接收噪声带宽
较窄（单路）;而卫星接收10路信号（连续TDMA数据流），接收噪声带宽较宽。
1105
（2）上行射频带宽：
BinR100KHZ=150KHz
m1
一10.5
下行射频带宽：
Bout100KHz75KHz
2
\（3）上行链路:
\卫星接收载波功率=+18+1-161=-149dBW
星上接收端噪声功率谱密度=+27=Hz
卫星接收信噪比=-149-40+=
误码率为104，所需信噪比为。
于是，链路电平衰落余量为。
（4）下行链路：
用户接收载波功率=-7+18+1-160=-148dBW
用户接收噪声功率谱密度=+24=Hz
用户接收信噪比=-148-40+=
BER=104所需信噪比为，因此链路电平衰落余量为。
无高斯噪声时，n=32
有高斯噪声时，n=16
Gp
ETI0
此处Eb.T。
为信噪比
12
n=1023/10.=64
每站信息比特率：
30Mc/s/1023=s
转发器传输的总信息比特率为：
6429.331.877Mb/s
转发器带宽：
30M（1+=45MHz
采用FDMA或TDMA方式，可提高卫星转发器的传输信息量，但需增加信息发射功率。
第4章题解
0570—1.750
0.5D
siny=（35786+6378）/6378=,y=o
2491562
地心角x:
x=覆盖面积=4R；13.96106km2
180
D=0.154m
警14dB
342
2
1
101
所需的接收载波功率C=+接收天线增益G=10lg[—]=
100.1"\10。
.710
0.1（S/N）d
下行（S/N），dB
11
14
16
18
20
上行（S/N），dB
0.2585
全链路信噪比10lg（1/=
误码率约10
信噪比为（8-1）=7dB时，误码率小于
10
信噪比4dB,（2，1，7）卷积码时，误码率约
10
一帧比特数:
200+8100=1000
以1Kb/s速率传送一帧（即100个传感器一轮采样数据）的时间为1s。
一轮采样的时间为1s，40000km距离的传输时间为。
因此，当太空舱某传感器数据发生变化时，地面控制站可能要等待之后才能获得该信息。
第5章题解
（1）
偏离天线波束主轴线3°处所允许的最大EIRP
33-25lg3=
⑵
G10lg
0.550.02143m
D（m）
G（dBi）
⑶
0.570D=D
D（m）
0.5（O）
天线辐射特性（增益与方向偏离角的关系）
D（m）
£dB波束宽（0
-6dB波束宽（0
-10dB波束宽（o）
偏离波束主轴3o时，天线增益的估值
D（m）/
偏离3o的G下降值（dBi）
10
偏离3o的天线增益（dBi）
发射功率为、和时，波束轴线上的EIRP
D（m）
EIRP（dBW）
EIRP（dBW）
EIRP（dBW）
⑹
发射功率为、和时，偏离波束轴线3o的EIRP
D（m）
EIRP（dBW）
0.2W,EIRP（dBW）
EIRP（dBW）
⑺
只有发射功率时能满足对相邻卫星干扰的要求，否则需采用其它辅助隔离措施，如正交
极化隔离，频率隔离或参差。
\/
（1）由于信道编码效率为1/2，每站链路传输速率为256Kb/s。
根据公式（3-1）有
110.4
BRb256179.2KHZ
m2
（2）转发器可支持的最大地球站数目为
54/+=234
（3）234个地球站接入时，每路信号的卫星发射功率将降低
10lg（234/100）=
下行链路载噪比为19=
（4）入站全链路载噪比为
链路载噪比余量为
⑴
160KHz
每信道信号实际传输带宽B10.2564K
1
相邻信道间保护带宽为200-60=40KHz
转发器能容纳的上行最大信道数54/=270
⑵
链路损耗L=+20lg39000+20lg14+2=
转发器1输入噪声功率C=3++-=-
上行C/N=
（3）所需下行C/N
NC抽爲0.02436
C1010
C/N=
⑷
链路损耗L=+20lg39000++2=
所需下行EIRP=+-10lg150+10lg160000-=
所需卫星发射功率434=-=
（5）
回退3dB后的卫星功率13-3=10dBW=10W
卫星功率可支持的信还道数10/=229
而转发器带宽可支持的信道数为270
为功率受限
（6）
链路损耗L=+20lg39000++2=
地球站的EIRP10lg200+50-=
卫星G/T=34/10lg500=7dB/K
对1Mb/s的上行载噪比C/N=70+7-■-0lg1M=
卫星EIRP=34-+10lg20=46dBW
地球站G/T=10lg150=K
对1Mb/s的下行载噪比C/N=46+-+-60=
（8）
出站全链路载噪比C/N=
对10dB载噪比门限而言，有余量，可用以支持151Mb/s的数据流传输。
因此为带
宽受限系统。
若余量用以支持54Mb/s速率传输，则载噪比为
第6章题解
/计算LEO（轨道高度700-2000km）、MEO（轨道高度8000-20000km）和GEO（轨道高度35786）各典型高度值时的在轨速度和轨道周期。
解：
根据式（6-8）和式（6-10）可以计算各典型轨道高度值情况下卫星的在轨速度和轨道周期。
（1）轨道高度
700km的LEO卫星:
在轨速度V
398601.58
27015km/hour
（6378.137700）
轨道周期Ts
（2）轨道高度
在轨速度V
轨道周期Ts
（3）轨道高度
在轨速度V
轨道周期Ts
（4）轨道高度
在轨速度V
轨道周期Ts
（5）轨道高度
在轨速度V
（6378.137700）3
5926sec.=98min.46sec.
398601.58
2000km的LEO卫星：
398601.58
24831km/hour（6378.1372000）
3
（6378.1372000）
7632sec.=127min.12sec.
398601.58
8000km的MEO卫星：
398601.5818955km/hour
（6378.1378000）
3
（6378.1378000）
17158sec.=4hr.45min.58sec.
398601.58
20000km的MEO卫星：
398601.58
13994km/hour
（6378.13720000）
3
（6378.13720000）
42636sec.=11hr.50min.36sec.
398601.58
35786km的GEO卫星：
398601.5811069km/hour
（6378.13735786）
轨道周期Ts2
3
（6378.13735786）86164sec.=23hr.56min.4sec.
398601.58
计算LEO、MEO和GEO的典型自由空间传播损耗
（1）轨道高度700km的LEO卫星：
Resin（10）2155km
最大星地距离
d星地Re2sin2（10）
2
2700Re700
自由空间传输损耗Lf92.4420
lg2155
20
lg1.6
159.1101dB
传输延时
d星地/C7.2ms
⑵轨道咼度
2000km的LEO卫星：
最大星地距离
d星地Re2sin2（10）
22000Re200021
Resin（10）4437
自由空间传输损耗Lf92.4420
lg4437
20
lg1.6
165.3813dB
传输延时
km
在最小仰角为10o,系统工作频率为时，和传播延时。
解：
为计算自由空间传播损耗和传播延时，时的最大星地距离，再根据第二章公式
需要知道传输距离。
根据（6-23）可以计算10仰角
（2-8）计算最大自由空间传播损耗。
d星地/C14.8ms
（3）轨道高度8000km的MEO卫星:
最大星地距离d星地,Re2sin2（10）28000Re8002Re
自由空间传输损耗Lf
92.4420Ig1182620Ig1.6
sin（10）11826km
173.8968dB
传输延时
d星地/C
39.4ms
最大星地距离
d星地
Re2sin2（10）220000Re200002
自由空间传输损耗Lf
92.44
20
lg2451220lg1.6
传输延时
d星地/C
81.7
ms
（5）轨道高度
35786km
的GEO卫星
⑷轨道高度20000km
的MEO卫星:
Resin（10）24512km
最大星地距离d星地.Re2sin2（10）235786Re357862Resin（10）40586km
180.2275dB
自由空间传输损耗Lf
92.4420lg2451220lg1.6180.2275dB
传输延时
d星地/C
135.3ms
全球星系统的卫星轨道高度为
1414km，在最小仰角为10o时，求单颗卫星的最大覆盖地心
角，覆盖区面积和卫星天线的半视角。
解：
根据式（6-20）可以求解最大覆盖地心角；根据式（6-24）可以求解覆盖区半径，再通过球冠
面积公式求解覆盖区面积；根据式（6-21）可以求解卫星天线的半视角。
Re
max2arccoscos（10）1052.5668
1414Re\
最大覆盖地心角
最大覆盖半径X
覆盖区面积A2
卫星天线的半视角
Resin（52.5668/2）2824.3km
2
Re1
arcsin
72
cos（52.5668/2）2.642610km
更cos（10）53.7166
1414Re
某地面观察点位置为（
2000km。
计算该时刻地面观察点对卫星的仰角。
解:
由已知条件，可以根据式以求解仰角。
地心角
120oE,45oN），卫星的瞬时位置为（105oE,25oN），轨道高度为
（6-25）求得地面观察点与卫星间所夹地心角，再通过式
（6-22）可
arccossin（45）
（2000
arctan-
（2000
“铱”系统卫星的轨道高度为的最长连续覆盖时间Tcoun。
解：
题解过程与例一样。
最大地心角
maxarccos
卫星角速度s2/T卫星
最长连续服务时间tmax
sin（25）cos（45）cos（25）
cos（120105）23.3854
Re）cos（23.3854）Re
Re）sin（23.3854）
780km，在最小仰角为
空cos10
780Re
398601.58
3
（780Re）
21.5280
10o时，试计算单颗系统卫星能够提供
10
18.6582
3
10rad/s0.0597/s
2max/S625s
10min25sec.
单颗卫星最大覆盖地心角
1026.64
假设初始时刻星座的第一试确定星座各卫星的轨道
1450km，每个轨道面上的卫星数量为8颗。
在最小仰角为
某星座系统的卫星轨道高度为
10o时，计算每个轨道面上8颗卫星形成的地面覆盖带的宽度。
解：
首先根据式（6-20）确定单颗卫星的最大覆盖地心角，再根据式（6-26）可以直接计算覆盖
带宽度。
6378.137
maxarccoscos10
14506378.137
地面覆盖带的宽度C2c2arccos【cos（26.64）29.3008cos（/8）
已知全球星（Globalstar）星座的Delta标识为：
48/8/1:
1414:
52，个轨道面的升交点赤经为0o,面上第一颗卫星位于（0oE,0oN），参数。
解：
根据6.3.3.1中Delta星座标识方式的描述可知：
相邻轨道面的升交点经度差：
360o/8=45o;
面内卫星的相位差：
3600/（48/8）=60o
相邻轨道面相邻卫星的相位差：
360oX1/48=0
再根据已知的第一颗卫星的初始位置，可以得到所有卫星的初始轨道参数如下表。
轨道面
卫星编号
升交点赤经
初始弧角
轨道面
卫星编号
升交点赤经
初始弧角
1
Sat1-1
0
0
5
Sat5-1
180
30
Sat1-2
0
60
Sat5-2
180
90
Sat1-3
0
120
Sat5-3
180
150
Sat1-4
0
180
Sat5-4
180
210
Sat1-5
0
240
Sat5-5
180
270
Sat1-6
0
300
Sat5-6
180
330
2
Sat2-1
45
6
Sat6-1
225
Sat2-2
45
Sat6-2
225
Sat2-3
45
Sat6-3
225
Sat2-4
45
Sat6-4
225
Sat2-5
45
Sat6-5
225
Sat2-6
45
Sat6-6
225
3
Sat3-1
90
15
7
Sat7-1
270
45
Sat3-2
90
75
Sat7-2
270
105
Sat3-3
90
135
Sat7-3
270
165
Sat3-4
90
195
Sat7-4
270
225
Sat3-5
90
255
Sat7-5
270
285
Sat3-6
90
315
Sat7-6
270
345
4
Sat4-1
135
8
Sat8-1
315
Sat4-2
135
Sat8-2
315
Sat4-3
135
Sat8-3
315
Sat4-4
135
Sat8-4
315
Sat4-5
135
Sat8-5
315
Sat4-6
135
Sat8-6
315
计算回归周期为4个恒星日，回归周期内的轨道圈数从5到21的准回归轨道的高度。
解：
根据准回归轨道的轨道周期可以确定相应的轨道高度。
对于回归周期为4个恒星日的准回归轨道，在其回归周期内的轨道圈数一定不是2的倍
数。
因此，从5到21范围内的所有奇数值都是可以作为轨道圈数值的。
通常，卫星在M天内绕地球飞行N圈时，其轨道周期Ts与地球自转周期（即恒星日）Te之间满足关系
TsT；M/N/
由圆轨道卫星的轨道周期与轨道高度之间的关系可以计算轨道高度
Ts=2J（R；h）h眞~/2~"Re
因此，回归周期为4个恒星日，回归周期内的轨道圈数从5到21的准回归轨道的高度
M
N
轨道咼度h（km）
4
5
/、、29958
4
7/
'\22657
4
9
、18178
4
11
15103
4./
13
12839
4
15
11090\
4
17
4
19
4
21
如下表所示
根据式（6-35）计算：
轨道面数量为3，每轨道面卫星数量为8的极轨道星座，在最小用
户仰角100,连续覆盖南北纬450以上区域时，卫星的最大覆盖地心角a和轨道高度，以及
顺行轨道面间的升交点经度差？
1。
解：
式（6-35）没有解析解的，因此采用数值计算的方法，搜索近似解。
式（6-35）如下所示：
cos
（P1）（P1）arccoscos
cos（/
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