南邮卫星通信复习提纲.docx
《南邮卫星通信复习提纲.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《南邮卫星通信复习提纲.docx（52页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
南邮卫星通信复习提纲
第一章卫星通信概述
知识点
1．卫星通信的概念？
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。
Eg：
有卫星参与的通信就是卫星通信（错）
（！
卫星通信最终要实现地球站之间的通信）
2．卫星通信上下行链路概念？
以及上下行链路使用频率的表示方式？
上行链路：
从地球站发射信号到通信卫星所经过的通信路径
下行链路：
通信卫星将信号转发到其他（另一）地球站的通信路径
表示方式：
6Ghz（上行频率）/4Ghz（下行频率）
3．静止轨道卫星的概念？
，高度？
，微波传播的时延（单程和双程）？
静止轨道卫星：
相对于地球表面上的任一点，卫星的位置保持固定不变
高度：
距地面高度为35860公里
微波传输时延（传输时延较大）：
单程0.27s，双程0.54s
4．日凌中断和日蚀中断产生的原因、时间以及应对的策略？
日凌中断
日蚀中断
产生原因
卫星、太阳和地球站接收天线在一条直线上，太阳噪声进入接收天线，造成通信中断
卫星运行到地球的阴影面，太阳能电池板无法充电，而星载蓄电池只能维持卫星自转，不能支持转发器工作
产生时间
每年春分前和秋分前后的6天左右，每年两次，每次约3~6天
每年春分前秋分前23天开始，于春分前秋分后23天结束，每次持续时间约10分钟，完全日蚀最长持续72分钟
应对策略
“避让”、“换星”
大容量蓄电池
5.为什么地球同步卫星在高纬度地区通信效果不如低纬度地区？
PPT
高纬度地区地面地形（复杂）；地球表面杂波；两极地区接收天线仰角太小（需要极地轨道卫星辅助）
6.地球站的总体框图？
及其各部分的作用？
地球站总体框图：
书p8图1-6（/PPT）
各部分作用：
（1）天馈设备——将发射机送来的射频信号经天线向卫星方向辐射，同时它又接收卫星转发的信号送往接收机
（2）发射机——将已调制的中频信号，经上变频器变换为射频信号，并放大到一定的电平，经馈线送至天线向卫星发射
（3）接收机——从噪声中接收来自卫星的有用信号，经下变频器变换为中频信号，送至解调器
（4）信道终端设备：
将用户终端送来的信息加以处理，成为基带信号，对中频进行调制，同时对接收的中频已调信号进行解调以及进行与发端相反的处理，输出基带信号送往用户终端
（5）天线跟踪设备：
校正地球站天线的方位和仰角，以便使天线对准卫星
（6）电源设备：
供应站内全部设备所需的电能
7.衡量地球站发射性能的指标？
衡量地球站的接收性能的指标？
总体性能指标：
工作频段；
天线口径；
等效全向辐射功率；——发射性能
接收品质因数；——接收性能
偏轴辐射功率密度的限制。
——发射性能
？
？
8.天馈设备的组成？
以及各部分的功能？
PPT
组成：
天线、双工器、馈线
各部分功能：
天线——射频信号转变为定向辐射的电磁波信号
双工器——收发信号隔离，使得天线可以收发共用
馈线——均匀介质波导路径承载并传递载波信号激励发射天线
9.天线辐射方向图的含义？
旁瓣的定义？
什么是天线的3dB波束宽度？
天线增益的计算公式？
两种不同的表示方法，两种表示的换算？
天线辐射方向图：
天线辐射参量（包括辐射功率、场强幅度和相位）随方向变化的空间分布的图形，通常指从远区场点观察的辐射特性。
旁瓣定义：
天线除主瓣方向的辐射外，在其他方向上也存在辐射，所形成的方向图称为旁瓣。
3dB波束宽度（半功率波瓣宽度HPBW）：
辐射功率下降一半（3dB）时的波束宽度
天线增益公式：
（dBi）
两种定义：
dBi（全向等效辐射源）和dBd（半波极子）
换算dBi=dBd+2.15
10.卫星通信系统中水平极化，垂直极化的定义？
天线极化方式与电磁波极化方式的关系？
电离层的法拉利效应会导致电磁波的极化？
极化：
指电磁波电场矢量末端轨迹曲线
水平极化：
电场矢量与赤道平面平行
垂直极化：
电场矢量与极轴相平行
天线极化方式与电磁波极化方式关系：
发射天线的极化由其发射电磁波的极化定义，根据收发互易性，接收天线的极化必须和接收信号极化相同，才能输出最大的接收信号。
电离层的法拉利效应会导致电磁波的极化？
（电离层：
法拉第旋转->去极化）
去极化媒质：
电离层、雨水、冰晶
11.卫星通信中地球站常用天线的种类？
及其特点？
PPT
种类：
抛物面发射器天线（正焦和偏焦）、双反射面天线（卡塞格伦和格里高利）
特点：
（1）抛物面天线：
聚焦；等相位面；收发互易；喇叭天线相位中心与焦点重合；馈源具有遮挡效应影响天线的辐射特性。
（2）双反射面天线（相比于抛物面天线的优点）：
方便馈源结构的紧凑，减少馈线的长度（噪声主要来源）；副反射面比馈源喇叭小，减少遮挡。
12.双工器的功能？
衡量指标？
及其根据衡量指标计算发射功率泄露到接收端能否烧坏接收机？
功能：
既要将微弱的接受信号耦合进来，又要将较大的发射功率馈送到天线上去，且要求两者各自完成其功能而不相互影响。
（阻止发送信号泄露到接收端，阻塞破坏接收机；阻止接收信号泄露到发射端，干扰信号。
）
衡量指标：
收发隔离度（dB）
根据衡量指标计算发射功率泄露到接收端能否烧坏接收机：
13.驻波比的定义？
及其与天线效率之间的关系？
功率损耗的计算？
（驻波比，反射系数，回波损耗？
）
定义：
在阻抗不匹配的情况下，微波沿传输线由入射波与反射波叠加而形成驻波，其幅度分布呈起伏状，波腹与波谷幅度之比称为电压驻波比，简称驻波比。
与天线效率之间的关系：
驻波比越大，天线效率越低？
？
公式：
14.动中通天线伺服系统对星的方法？
（自动跟踪？
？
）不同方法的特点？
手动跟踪：
不能对卫星连续地精确跟踪
自动跟踪：
步进跟踪——在卫星准确方位周围转动，精度低；
圆锥扫描跟踪——实现简单，造价低，精度比较低，馈源偏离焦，使得天线增益下降；
单脉冲跟踪——精度高，设备复杂；
程序跟踪——系统实现简单，捕获速度快，但依赖于GPS和惯性元件性能，精度低。
15.地球站收发信机的作用？
设备？
接收机的结构图（会画出结构图）？
各部分的功能？
特别是镜像滤波器的作用？
混频器的频率选择？
发射机
接收机
作用
将已调的中频信号（70MHz/140MHz）上变频到射频（上行链路信号中心频率），并且放大到一定的电平，去激励发射天线
天线接收的电磁波信号（下行链路信号），经过低噪声放大器，下变频器，转变为中频信号，传送给信道设备解调接收信号
设备
固态功放（SSPA）或行波管放大器（TWTA）和上变频器
低噪声放大器和下变频器
接收机结构图：
各部分功能、镜像滤波器作用、混频器频率选择？
？
？
16.低噪声放大器的功能？
1dB压缩点的含义？
三阶互调失真的含义？
等效噪声温度的计算（PPT上的例题）？
卫星通信网络中FDMA和TDMA两种组网方式哪种存在三阶互调失真？
在此组网方式中应对的方式是？
功能：
将信号放大到足够高的电平，以满足下变频器接口的要求
1dB压缩点：
实际中，输入信号经过放大器后的输出功率与理想的输出功率相差1dB时所对应的输入功率——1dB压缩点
三阶互调：
衡量放大器非线性程度的指标。
等效噪声温度计算：
FDMA组网方式存在三阶互调失真
应对方法：
为了减小三阶互调可能产生的干扰，希望输入（输出）离饱和点远些，采用输入（输出）补偿。
17.下变频器的作用？
卫星通信系统中采用的结构（一次变频和二次变频）？
卫星通信信号中频信号所在的频段？
作用：
将低噪声放大器输出的微波信号下变频为中频信号，以便于进行解调。
在地球站中通常采用二次变频方案，以获得好的选择性和灵活性。
中频所在频段：
第一中频——L频段（945MHz~1450MHz）；
第二中频——70MHz/140MHz
18.低噪声放大器和下变频统称为？
对此设备一般的安装要求是什么？
及其原因？
统称为接收机
安装要求？
？
PPT
低噪声放大器：
一般输入口是波导型的，以便于与双工器的连接；输出口是同轴型的，以便于通过同轴电缆与下变频模块连接。
下变频器：
接头一般采用50Ω接口，采用BNC-F（阴）型；驻波比要保证与解调器输入端口有良好的匹配。
19．卫星运动第一定律轨道定律，特别是偏心率和轨道的关系（不同的取值范围代表的轨道类型）？
开普勒第一定律：
卫星以地心为一个焦点作椭圆运动
偏心率与轨道关系：
0e=0——圆形轨道；
e=1——抛物线轨道；
e>1——双曲线轨道。
20．卫星运动第二定律，判断远近地点的速率大小？
开普勒第二定律：
卫星与地心的连线在相同的时间内扫过的面积相同。
Eg：
卫星在远地点的速度大还是近地点的速度大？
（近地点速度大）
21．卫星运动第三定律，计算周期或由周期计算半长轴？
开普勒第三定律：
卫星运转周期的平方与轨道半长轴的三次方成正比。
公式：
（μ为开普勒常数
km3/s2）
例题：
静止轨道卫星的的周期为23小时56分4秒，地球的赤道半径为6378km，计算静止轨道卫星距离地面的高度？
（第三定律）
22．卫星轨道的开普勒集合？
（六个参量）NASA两行式卫星轨道报告？
卫星位置的六个参数：
（1）轨道平面倾角I
（2）轨道半长轴a（3）轨道的偏心率e（4）升节点位置Ω（5）近地点幅角W（6）卫星初始时刻位置W+V
23．范伦带的概念、卫星轨道按高度的分类及其原因？
范伦带：
如图所示，空间上有两个辐射带称为范伦带。
内带1500~6000km/8000km，外带15000~20000km
卫星轨道按高度分类的原因：
范伦带由地球磁场吸引和俘获的太阳风的高能带电离子所组成，形成的恶劣电辐射环境对卫星电子设备损害极大，所以在这两个范伦带内不宜运行卫星。
因此，就得出了相应的低、中、高轨道卫星。
低轨道LEO：
700~1500km
中轨道MEO：
约为10000km
高椭圆轨道HEO：
最近点为1000~21000km，最远点39500~30600km
地球同步轨道GEO：
约为35786km
24．什么是卫星的摄动？
有那些原因产生？
以及对于不同轨道卫星的影响大小关系？
卫星的位置保持和状态控制的概念？
摄动：
理想条件下，卫星轨道是开普勒轨道。
但由于一些次要因素的影响，卫星的实际轨道不断发生不同程度地偏离开普勒轨道的情况，产生一定的漂移。
原因：
（1）太阳、月亮引力的影响；
（2）地球引力场不均匀的影响；（3）太阳辐射压力的影响；（4）地球大气阻力的影响。
对于低轨道卫星，地球引力占绝对优势，太阳、月亮引力的影响可以忽略不计，但大气阻力有一定影响，使卫星的机械能受到损耗，从而使轨道日益缩小；对于高轨道卫星，地球引力虽仍是主要的，但太阳、月亮的引力仍有一定的影响，此外，由于高轨道卫星处于大气层外的宇宙空间，大气阻力可以不予考虑。
位置保持：
使卫星在运行轨道平面上的位置保持不变
状态控制：
控制卫星保持一定的状态，使卫星的天线波束始终指向地球表面服务区，同时使得太阳能电池板朝向太阳。
25．告诉你地球站的经纬度和卫星星下点的经纬度，如何计算地球站收发天线的仰角、方位角和星站距？
注：
经度差为：
卫星的经度-地球站的经度；纬度差为：
地球站的纬度-卫星的纬度，方位角一定要修正。
计算公式：
书上P18，例题
经度差=138-116.45；纬度差=39.92；分别用公式计算。
26．卫星覆盖的定义？
（两种定义方式：
卫星方向图和接收天线仰角）
卫星角度定义：
卫星天线辐射方向图半功率角覆盖的区域
地球站角度定义：
卫星在某一确定位置时，定义最小仰角标定的地面点的轨迹确定的覆盖范围
27.通信卫星的框图？
每部分的功能？
框图：
书p24图1-21/ppt
通信卫星由空间平台（结构分系统、温控分系统、控制分系统、电源分系统、跟踪遥测和指令分系统以及远地点发射机）和有效载荷（天线分系统和通信转发器）两部分组成。
各部分功能：
书p21-p24
电源分系统——有太阳能电池和化学能电池两种，为各部分供电
控制分系统——在地面遥控指令站的指令控制下，完成远地点发动机点火控制、对卫星的姿态、轨道位置、各分系统的工作状态和主备份设备的切换进行控制和调整。
跟踪、遥测和指令分系统——跟踪部分用来为地球站跟踪卫星发送信标，而遥测、指令分系统的主要任务是把卫星上的设备工作情况原原本本的告诉地面上的卫星测控站，同时忠实地接收并执行地面测控站发来的指令信号。
天线分系统——包括通信天线和遥测指令天线，定向发射与接收无线电信号。
通信转发器——接收地球站信号，对其低噪声放大和混频处理，再进行功率放大，送回地球站（宽频带收发信机）。
28．卫星转发器的概念？
特别是第一种透明转发的单变频方式（图1-19，a）
转发器：
实际上是一部高灵敏度的宽带收、发信机。
接收地球站信号，对其低噪声放大和混频处理，再进行功率放大，送回地球站。
分为透明转发器和处理转发器两大类。
透明转发器/非再生转发器/弯管转发器：
接收地面站发来的信号后，在卫星上不做任何的处理，只进行低噪声放大、变频和功率放大，并方向各地球站，即单纯完成转发任务。
29．卫星通信一般使用的频段？
频段的字母表示？
30．电磁波在自由空间中的衰减公式？
用dB形式计算，与星站距计算结合的计算题。
特别注意上下行链路衰减不同。
31．EIRP的名词解释、含义和公式？
EIRP——有效全向辐射功率，卫星和地球站发射天线在波束中心轴向上辐射的功率，即天线发射功率与天线增益的乘积。
它是表征地球站或转发器的发射能力的一项重要指标。
公式：
EIRP=PTGT（W）
[EIRP]=[PT]+[GT]（dBW）
32．电离层、大气中的水蒸气分子和氧分子对于电磁波衰减特性的描述？
乘性噪声
大气吸收损耗
大气中自由电子、离子、氧和水蒸气分子对电磁波的吸收衰减：
描述：
0.1GHz以下，电离层吸收起到主要作用，频率越小衰减越大；
H2O在22GHz，O2在60GHz有吸收衰减峰；
仰角与衰减的关系：
地球站天线仰角越大，无线电波通过电离层的路径越短，吸收产生的衰减越小；
“无线电窗口”0.3-15GHz，“半透明为无线电窗口”30GHz附近。
33．宇宙噪声和大气产生的加性噪声温度与电磁波频率关系的描述？
加性噪声
书P33
34．雨衰与电磁波频率关系的描述？
（乘性和加性）
35．结合32，33，和34说明卫星通信使用频段的选择？
P33
卫星天线工作频段一般选在1~10GHz范围较为适合，最理想的频段是4~6GHz附近。
36．雨衰的具体计算？
书后习题：
8，对应第13点
11，对应第3点
17,18对应第20-23点
第二章卫星通信基本技术
知识点：
1．信源编码的作用是什么？
在相同语音质量下，信源编码器输出速率是快好还是慢好，为什么？
信道编码的作用是什么？
信道编码能够纠正随机性错误还是突发性错误？
信源编码作用：
去掉信号中的冗余部分，压缩码元速率与带宽，实现信号的有效传输，提高通信系统效率。
相同语音质量下，信源编码器输出速率越快越好。
信道编码作用：
按一定的规则重新排列信号码元或加入辅助码，防止码元在传输过程中出错，并进行检错和纠错，保证信号可靠传输。
信道编码能够纠正随机性错误。
2.交织的概念？
能够纠正的错误类型？
交织：
把一个较长的突发差错离散成随机差错，再用纠正随机差错的信道编码技术消除随机差错。
交织技术纠正突发差错。
3．香农信道容量定理？
香农编码定理？
香农信道容量定理：
对于一个给定的有扰信道，它的极限信息传输能力C，即为信道容量。
？
香农编码定理：
对于一个给定的有扰信道，它的极限信息传输能力C，只要信息速率不超过这个极限信道容量（R。
4．针对语音信号的PCM信源编码技术，步骤，包含的技术种类？
为什么说均匀量化PCM小信号量化误差大（A律和U律，我国使用的A律，又称为13折线法为什么这么称？
）,对于语音信号使用的采样频率？
采用Nbit编码时，PCM编码器输出速率为？
PCM信源编码是一种波形编码，是一种直接将时域信号变成数字代码的一种方式。
步骤：
抽样、量化、编码
量化方式：
均匀量化、非均匀量化（包括A律和μ律）
均匀量化PCM小信号量化误差大：
相对误差=绝对误差Δ/信号值，在绝对误差一定的情况下，信号值越小，则相对误差越大。
A律——13折线法：
正半轴：
（负半轴对称）
折线号
1
2
3
4
5
6
7
8
斜率
16
16
8
4
2
1
1/2
1/4
正负半轴加起来共13条折线
语音信号采样频率：
8kHz
采用Nbit编码时，PCM编码器输出速率为8*N（kb/s）
5.线性分组码中线性和分组的含义分别是？
码字的表示，信息码，监督码，码率，汉明距离？
线性分组码能够检测和纠正码元的方法？
PPT上例题
线性分组码：
将二进制数字序列分为若干段，每一段由k个信息码元组成，然后在k个信息码元后面加上r=n-k个监督码元，组成（N，k）的分组码。
线性是指分组码的监督位与信息位之间呈线性关系。
分组是指整个二进制序列被分成若干组，每一组有k个信息码元。
码字表示：
（N，k）
信息码——k比特；监督码——r=N-k比特（仅与本组信息码呈线性关系）；
码率——k/N；汉明距离——两个码字之间，对应为取值不同的个数。
定理：
对于任一个（N，k）线性分组码，若要在码字内检测e个错误，则要求码的最小距离d>=e+1；纠正t个错误，要求码的最小距离d>=2t+1；纠正t个错误，同时检测e个错误，则要求d>=t+e+1。
6．CRC循环校验码的产生方法？
校验方法？
（给你生成多项式和需要发送的信息码生成校验码，或者给你接收端收到的信息码和生成多项式判断接收的序列是否正确）PPT上例题
7．简述ARQ协议的流程？
（接收正确，接收错误，返回的帧丢失三种情况说明）
ARQ协议：
通过收发双方协议确保接收信息的正确。
协议流程：
正常情况——接收端收到正确的数据，返回应答帧ACK表示接收到，发送端继续发送数据。
数据帧出错——接收端收到的数据发生错误，返回应答信号NAK表示帧出错，发端重传数据帧。
帧丢失——接收端没有收到数据帧，不发送应答信号，发送端在规定的时间内没有收到应答信号则重传数据帧。
8．比较ARQ和FEC两种方式的优缺点？
（书57）
ARQ
FEC
优点
有很低的未检出差错概率（<<10-10）；
在任何信道都有效；
编译码器简单。
不需要反向信道；
能获得恒定的信息流通量；
当译码器运算具有恒定的译码延时时，能获得总的恒定时延。
缺点
需要反向信道；
可能存在可变的译码延时；
数据源必须可控，并且需要缓冲寄存器。
编译码器复杂；
使用纠错能力强的编码时，信息吞吐量会大大减少；
信道传输条件的任何恶化，对接收数据的准确性都会有很大影响。
9．卫星信道中的随机性错误和突发性错误产生的原因？
（衰落对应乘性噪声产生突发性错误，热噪声对应加性噪声产生随机性错误，56页）
10．调制技术的概念？
（书58页）AM，PM，FM调制的区分？
调制：
就是信号的变换，即在发送端将传输的信号（模拟或数字）变换成适合信道传输的高频信号。
（将数字信息转换成适合信道传输的电磁波ppt）
区分：
通常一个正弦电磁波信号可以表示为
，AM,FM,PM就是分别用基带信号改变正弦的三个参量A,ω,Φ.
11．为什么卫星通信系统中不直接使用BPSK调制信号而使用DBPSK调制信号？
（倒pi现象）
BPSK调制存在到pi现象（锁相环每次工作锁定在0或者是pi稳定平衡点是随机的，这就是0和pi的相位模糊）。
而DBPSK不是利用载波相位的绝对值，是利用前后码元之间相位的相对变化传输数字信息，不存在倒pi现象。
12．比较QPSK、OQPSK和
−QPSK信号的相位跳变方式，以及相位跳变方式对于发射信号通过非线性器件后频谱的影响？
相位跳变方式
对于发射信号通过非线性器件后频谱的影响
QPSK
+1+1,对应相位
+1-1,对应相位-
-1+1,对应相位
+1+1,对应相位
当码组+1+1变化为-1-1或+1-1变化为-1+1时，将产生180度的载波相位跳变，引起包络起伏，经过放大器导致频谱扩展，增加了对相邻频段的干扰。
OQPSK
采用错开同相与正交两路码流的时间，使得合成信号在码元周期内只会有一路信号发生极性的翻转，不会产生180度的相位跳变，只会产生0度正负90度的相位跳变
克服了QPSK的180度相位跳变，信号通过BPF后包络起伏小，性能得到改善。
但当码元转换时，相位变化还是不连续，存在90度的相位跳变，因而高频滚降慢，频带仍然较宽。
−QPSK
每次相位在两个不同的QPSK信号星座点子集之间跳变，这样保证载波相位的最大跳变为+135度和-135度，相位跳变幅度在QPSK信号和OQPSK信号之间
比QPSK和OQPSK有更好的包络性质，但包络变化比OQPSK敏感
相位跳变方式图：
QPSK
OQPSK
−QPSK
13.MSK信号的正交产生方式？
相位轨迹？
（能根据信息码画出相位轨迹）
产生方式？
？
相位轨迹
14.QAM信号相比与PSK信号的优点？
QAM信号的正交产生方法？
优点：
采用MPSK调制，虽然系统的传输效率提高了，但可靠性会降低；而QAM调制在提高系统传输效率的同时，也能保证它的可靠性。
（当M>4时，MQAM比MPSK具有更好的抗干扰能力。
）
产生方法？
？
15．简述卫星通信语音业务中为什么使用数字话音内插技术（DSI）？
（书72页），TASI（时分话路内插）和SPEC（语音预测编码）两种方式的工作原理，框图？
为什么使用数字话音内插技术：
由于两个人通过线路在进行双工通话时，一般情况下通话双方总是一个在讲，一个在听，以及说话的停顿，双向通信线路至少有一半时间处于空闲状态。
统计表明，有效通话时间与总通话时间之比小于0.4。
如果仅仅在有话音的时间内给通话者分配话路，而空闲时间将话路分配给另外的用户，即所谓的“话路内插”，就可以提高系统的通信容量。
TASI（时分话路内插）：
p73
利用呼叫之间的空隙、说话空隙等空闲时间，把空闲的通道分配给其他的用户使用。
SPEC（语音预测编码）：
当某一时刻的样值的PCM编码有不可预测的明显差异时，才发送该时刻的码组，否则不发送，这样减少了需要传输的码组数量，提高系统的通信容量。
16．解释卫星通信中回波现象，发生的原因及其应对的方法？
（书75-77）
现象：
接收信号泄露到发射端，重新传输回发送方，导致发送方接收到自己发送的信号。
原因：
负载与用户交换机输入端阻抗不匹配。
应对方法：
开关式回波控制、模拟式回波抵消器、数字式回
升级会员 