卫星通信导论习题答案解析 - 图文

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3.11

n?GP 此处EbI0为信噪比

EbI01.2n=1023/10=64

每站信息比特率: 30Mc/s/1023=29.33Kb/s

转发器传输的总信息比特率为: 64?29.33?1.877Mb/s 转发器带宽: 30M?(1+0.5)=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

4.3

?0.5?70?D?1.750

siny=sin0.875(35786+6378)/6378=0.1009, y=5.79o

地心角x: x=5.79-0.875=4.915o 覆盖面积=4?Re4.4

24.915?13.96?106km2 180 D=0.154m

G? 4.5

29000?14dB 342 所需的接收载波功率C=8.5+67.8-228.6+23=-129.3dB L=92.44+20lg39000+20lg12+5=210.8dB

??D?接收天线增益G=10lg[???]=33.4dB

???EIRP=-129.3+210.8-33.4=48.1dB 4.6

21100.1(S/N)u?11 ?0.70.1(S/N)d1010 总结

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下行(S/N)，dB 上行(S/N)，dB 4.7

7.2 20.4 8.0 13.9 9.0 11.3 11 9.2 14 8.0 16 7.6 18 7.4 20 7.2 11??0.2585 10.81010 全链路信噪比10lg(1/0.2585)=5.9dB 误码率约10 4.8

信噪比为(8-1)=7dB时，误码率小于10 4.9

信噪比4dB，(2，1，7)卷积码时，误码率约2?10 4.12

一帧比特数:200+8?100=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0.133s。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1.133s之后才能获得该信息。

?6?8?6第5章题解

5.2 (1)

偏离天线波束主轴线3°处所允许的最大EIRP 33– 25lg3=21.1dBW (2)

??D?G?10lg?????0.55??0.02143m

???

D(m) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 2 总结

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G(dBi)

(3)

40.7 38.8 36.3 32.8 26.7 ?0.5?70?D=1.5/D

1.0 1.5 0.8 1.88 0.6 2.5 0.4 3.75 0.2 7.5 D(m) ?0.5(o) (4)

天线辐射特性(增益与方向偏离角的关系) D(m) –3dB波束宽(o) –6dB波束宽(o) –10dB波束宽(o) 1.0 1.5 2.25 3.0 0.8 1.88 2.82 3.76 0.6 2.5 3.75 5.0 0.4 3.75 5.63 7.5 0.2 7.5 11.25 15.0

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) 偏离3o的天线增益(dBi) 1.0 10 30.7 0.8 7.0 31.8 0.6 4.4 31.9 0.4 2.0 30.8 0.2 1.2 25.5 (5)

发射功率为1.0W 、0.5W和0.1W时，波束轴线上的EIRP

D(m) 1.0W，EIRP(dBW) 0.5W，EIRP(dBW) 0.1W，EIRP(dBW) 1.0 40.7 37.7 30.3 0.8 38.8 35.8 28.8 0.6 36.3 33.3 26.3 0.4 32.8 29.8 22.8 0.2 26.7 23.7 16.7

(6)

发射功率为1.0W、 0.5W和0.1W时，偏离波束轴线3o的EIRP

D(m) 0.5W，EIRP(dBW) 0. 2W，EIRP(dBW) 0.1W，EIRP(dBW) 1.0 30.7 27.7 20.7 0.8 31.8 28.8 21.8 0.6 31.9 28.9 21.9 0.4 30.8 27.8 20.8 0.2 25.5 23.5 15.5 (7)

只有发射功率0.1W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。

5.3

(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

总结

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B?1??mR1?0.4b?2?256?179.2KHz (2) 转发器可支持的最大地球站数目为 54/(0.1792+0.051)=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)=3.7dB

下行链路载噪比为19–3.7=15.3dB (4) 入站全链路载噪比为13.8dB 链路载噪比余量为4.8dB

5.4 (1)

每信道信号实际传输带宽 B?1?0.251?64K?160KHz 相邻信道间保护带宽为 200–160=40KHz 转发器能容纳的上行最大信道数54/0.2=270 (2)

链路损耗 L=92.44+20lg39000+20lg14+2=209.2dB 转发器1输入噪声功率 C=3+40.7+34.0–209.2= –131.5dBW 上行 C/N=18.1dB (3)所需下行C/N

N1C?101.4?1101.81?0.02436 C/N=16.1dB (4)

链路损耗 L=92.44+20lg39000+20lg11.7+2=207.6dB

所需下行 EIRP=16.1+207.6–228.6+10lg150+10lg160000–48.5=20.4dBW 所需卫星发射功率 20.4–34= –13.6dBW=0.04365W (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 10/0.04365=229 而转发器带宽可支持的信道数为270

总结

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为功率受限 (6)

链路损耗 L=92.44+20lg39000+20lg14.1+2=209.2dB 地球站的EIRP 10lg200+50–3=70.0dBW 卫星G/T=34/10lg500=7dB/K

对1Mb/s的上行载噪比 C/N=70+7–209.2+228.6–10lg1M=36.4dB (7)

卫星EIRP=34–1+10lg20=46dBW 链路损耗L=184.2+20lg11.8+2=207.7dB 地球站G/T=48.5/10lg150=26.7dB/K

对1Mb/s的下行载噪比C/N=46+26.7–207.7+228.6–60=33.6dB (8)

出站全链路载噪比C/N=31.8dB

对10dB载噪比门限而言，有余量21.8dB，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21.8dB用以支持54Mb/s速率传输，则载噪比为14.5dB

第6章题解

6.1 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?27015 km/hour

(6378.137?700)

(6378.137?700)3轨道周期Ts?2???5926 sec. = 98 min. 46 sec.

398601.58(2) 轨道高度2000km的LEO卫星: 在轨速度 V?398601.58?24831 km/hour

(6378.137?2000)

(6378.137?2000)3轨道周期Ts?2???7632 sec. = 127 min. 12 sec.

398601.58(3) 轨道高度8000km的MEO卫星: 在轨速度 V?398601.58?18955 km/hour

(6378.137?8000) 总结