卫星通信作业

卫星通信作业作业1链路分析1、已知某卫星通信系统的一个转发器，卫星到地球站距离4×104km：(1)若上行衰减[LPU]=207dB，下行衰减[LPD]=206dB，这属于哪个频段？(2)若每信道均采用QPSK调制，数据速率64kbps，有效带宽38kHz，设Pe≤10−8时，E𝑏/n0=12dB。则每信道的门限[C/T]th和[C/N]th是多少？(3)在以上基础上，若每个卫星收发天线的增益均为[G]sat=25dB，卫星行波管单波饱和输出功率为100W，卫星转发器在匹配条件下功率增益为[G𝑝]sat=120dB，假设发送地球站馈线衰减为1dB，接收地球站馈线衰减为0.5dB，星上收、发机的馈线衰减分别为0.6dB和0.8dB，不考虑其它损耗，分别求卫星的[EIRP]SS和地面站的[EIRP]ES。(4)在以上基础上，若输入补偿IBO为6dB，输出补偿OBO为4dB，问这时卫星及地球站的[EIRP]S1和[EIRP]E1。解：(1)根据自由空间损耗的计算公式𝐿𝐹𝑆=(4𝜋𝑅/𝜆)2则对上行链路来说𝐿𝑃𝑈=(4𝜋𝑅/𝜆𝑈)2=(4𝜋𝑅𝑓𝑈/𝑐)2𝑓𝑈=𝑐√𝐿𝑃𝑈4𝜋𝑅=1.3368×1010𝐻𝑧=13.368𝐺𝐻𝑧同理，对下行链路来说𝐿𝑃𝐷=(4𝜋𝑅/𝜆𝐷)2=(4𝜋𝑅𝑓𝐷/𝑐)2𝑓𝐷=𝑐√𝐿𝑃𝐷4𝜋𝑅=1.1914×1010𝐻𝑧=11.914𝐺𝐻𝑧则通过上下行频率，可以判断属于Ku频段。(2)由已知条件有：𝑟𝑏=64𝑘𝑏𝑝𝑠，𝐵=38𝑘𝐻𝑧，根据载噪比的定义[𝐶/𝑇]𝑡ℎ=𝐶/𝑁0𝑘=𝐸0𝑟𝑏𝑛01𝑘=12+10𝑙𝑜𝑔(64×103)−228.6=−168.5𝑑𝐵𝐾−1[𝐶/𝑁]𝑡ℎ=𝐸0𝑟𝑏𝑛0𝐵=12+10𝑙𝑜𝑔(64×103)−10𝑙𝑜𝑔(38×103)=14.3𝑑𝐵(3)由已知条件有：𝑃𝑇𝑋=100𝑊，𝐿𝐹𝑇𝑋=0.8𝑑𝐵根据卫星EIRP的计算公式[𝐸𝐼𝑅𝑃]𝑆𝑆=𝑃𝑇𝑋[𝐺]𝑠𝑎𝑡𝐿𝐹𝑇𝑋=10log(100)+25−0.8=44.2𝑑𝐵𝑊由已知条件有：𝑃𝑇𝑋=100W，𝐿𝑃𝑈=207dB，𝐿𝐹𝑇𝑋=0.6𝑑𝐵根据地球站EIRP的计算公式[𝐸𝐼𝑅𝑃]𝑆𝑆=𝑃𝑇𝑋𝐿𝑃𝑈𝐿𝐹𝑇𝑋[𝐺]𝑠𝑎𝑡[𝐺𝑃]𝑠𝑎𝑡=10log(100)+207+0.6−25−120=82.6𝑑𝐵𝑊(4)[𝐸𝐼𝑅𝑃]𝑆1=[𝐸𝐼𝑅𝑃]𝑆𝑆/𝑂𝐵𝑂=44.2−4=40.2𝑑𝐵[𝐸𝐼𝑅𝑃]𝐸1=[𝐸𝐼𝑅𝑃]𝐸𝑆/𝐼𝐵𝑂=82.6−6=76.6𝑑𝐵2、某静止卫星通信系统，地球站发射机的输出功率为3kW，发射馈线系统衰减为0.5dB，发射天线口径为25m，天线效率为0.7，上行工作频率为6GHz，地球站与卫星间的距离为40000km，转发器天线增益为5dB，接收馈线衰减为1dB，计算卫星接收机输入端的信号功率。解：由接收机输入攻略计算公式𝑃𝑅𝑋=𝐸𝐼𝑅𝑃−自由空间损耗+接收天线增益其中𝐸𝐼𝑅𝑃=𝑃𝑇𝑋𝐺𝑇𝑚𝑎𝑥𝐿𝐹𝑇𝑋=𝑃𝑇𝑋𝜂(𝜋𝐷𝑓𝑈/𝑐)2𝐿𝐹𝑇𝑋=96.64dBW自由空间损耗=𝐿𝐹𝑆=(4𝜋𝑅𝑓𝑈/𝑐)2=200.04dBW接收天线增益=𝐺𝑅=𝐺𝑅𝑚𝑎𝑥𝐿𝐹𝑅𝑋=5−1=4dB则卫星接收机输入端的信号攻略为𝑃𝑅𝑋=𝐸𝐼𝑅𝑃−自由空间损耗+接收天线增益=96.64−200.04+4=−99.4dB3、某卫星线路，上行链路参数为：EIRP＝54dB，G/T=0dB，自由空间衰减为200dB，接收机馈线衰减2dB，大气损耗0.5dB，天线指向损耗0.5dB；下行链路参数：EIRP＝34dB，G/T=17dB，自由空间衰减为198dB，接收机馈线衰减2dB，大气损耗0.5dB，天线指向损耗0.5dB。求整个链路的(C/N0)𝑇。解：首先计算上下行链路各自的载噪比。(1)对上行链路：链路损耗为自由空间损耗、大气损耗之和𝐿𝑈=𝐿𝑃𝑈𝐿𝐴𝑈=200+0.5=200.5dB𝐸𝐼𝑅𝑃𝑈=𝐸𝐼𝑅𝑃𝐿𝑇𝐿𝐹𝑇𝑋=54−2−0.5=51.5dB则上行链路的载噪比为：(𝐶/𝑁0)𝑈=(𝐸𝐼𝑅𝑃𝑈)(1/𝐿𝑈)(𝐺/𝑇)𝑈(1/𝑘)=51.5−200.5+0+228.6=79.6dBHz(2)同理，对下行链路：链路损耗为自由空间损耗、大气损耗之和𝐿𝐷=𝐿𝑃𝐷𝐿𝐴𝐷=198+0.5=198.5dB𝐸𝐼𝑅𝑃𝐷=𝐸𝐼𝑅𝑃𝐿𝑇𝐿𝐹𝑇𝑋=34−2−0.5=31.5dB则下行链路的载噪比为：(𝐶/𝑁0)𝐷=(𝐸𝐼𝑅𝑃𝐷)(1/𝐿𝐷)(𝐺/𝑇)𝐷(1/𝑘)=31.5−198.5+17+228.6=78.6dBHz(3)计算整个链路的(C/N0)𝑇(𝐶/𝑁0)𝑇=((𝐶/𝑁0)𝑈−1+(𝐶/𝑁0)𝑈−1)−1=76.06dBHz4、某接收系统，其天线的输出直接送入低噪声放大器，天线的噪声温度为60K，低噪声放大器的噪声温度为120K，增益45dB。低噪声放大器与接收主机之间的同轴电缆损耗为2dB，主机噪声系数为9dB。计算低噪声输入端的系统噪声温度。解:先由题目已知可得：T𝐴=60𝐾，T𝐿𝑁𝐴=120𝐾，G𝐿𝑁𝐴=45𝑑𝐵，L𝐹𝑅𝑋=2𝑑𝐵，F=9𝑑𝐵主机噪声取常温，则T𝑅𝑋=290𝐾主机等效输入噪声温度T𝑒𝑅𝑋=T𝑅𝑋(𝐹−1)=290(109/10−1)=2013𝐾则低噪声输入端的系统噪声温度T=T𝐴+T𝐿𝑁𝐴+T𝑒𝑅𝑋L𝐹𝑅𝑋G𝐿𝑁𝐴=60+120+2013×100.2104.5=180.1𝐾5、假设地球接收站位于卫星接收天线的3𝑑𝐵覆盖区的边缘，工作频率4𝐺𝐻𝑧。卫星的放大器输出功率𝑃𝑇𝑋=10𝑊，放大器与天线间的损耗𝐿𝐹𝑇𝑋=1𝑑𝐵，波束半功率带宽𝜃3dB=4°，天线的效率𝜂=0.55。地球站与卫星的距离𝑅=40000𝑘𝑚，大气衰减𝐿𝐴=0.3𝑑𝐵。地球站的接收机噪声系数𝐹=1𝑑𝐵，天线与接收机之间的损耗𝐿𝐹𝑅𝑋=0.5𝑑𝐵，馈线的热力学温度𝑇𝐹=290𝐾，天线直径𝐷=4𝑚，天线的效率𝜂=0.6，最大指向误差𝜃𝑅=0.1°，地面的噪声温度𝑇𝐺𝑅𝑂𝑈𝑁𝐷=45𝐾，天线噪声温度𝑇𝑆𝐾𝑌=12𝐾。设雨衰为𝐴𝑅𝐴𝐼𝑁=5𝑑𝐵，求下行链路的(𝐶/𝑁0)𝐷。解：(1)先计算卫星的EIRP:(𝐸𝐼𝑅𝑃)𝑆𝐿=𝑃𝑇𝑋𝐺𝑇𝑚𝑎𝑥/𝐿𝑇𝐿𝐹𝑇𝑋(𝑊)其中：𝑃𝑇𝑋=10𝑊=10𝑑𝐵𝑊𝐺𝑇𝑚𝑎𝑥=𝜂(𝜋𝐷/𝜆𝐷)2=𝜂(𝜋70/𝜃3dB)2=0.55(3.14∗70/4)2=1660.7=32.2𝑑𝐵𝑖𝐿𝑇=3𝑑𝐵(地球站位于覆盖区的边缘)𝐿𝐹𝑇𝑋=1𝑑𝐵则有：(𝐸𝐼𝑅𝑃)𝑆𝐿=10+32.2−3−1=38.2𝑑𝐵𝑊(2)再计算下行链路的衰减：𝐿𝐷=𝐿𝐹𝑆𝐿𝐴其中：𝐿𝐹𝑆=(4𝜋𝑅/𝜆𝐷)2=(4𝜋𝑅𝑓𝐷/𝑐)2=4.49×1019=196.5𝑑𝐵由于考虑到雨衰𝐴𝑅𝐴𝐼𝑁=5𝑑𝐵，则有𝐿𝐴=5+0.3=5.3𝑑𝐵则有：𝐿𝐷=196.5+5.3=201.8𝑑𝐵(3)接着计算地球站的𝐺/𝑇:(𝐺/𝑇)𝐸𝑆=(𝐺𝑅𝑚𝑎𝑥/𝐿𝑅𝐿𝐹𝑅𝑋𝐿𝑃𝑂𝐿)/𝑇𝐷(𝐾−1)其中：𝐺𝑅𝑚𝑎𝑥=𝜂(𝜋𝐷/𝜆𝐷)2=𝜂(𝜋𝐷𝑓𝐷/𝑐)2=0.6(3.14×4×4×109/3×108)2=16827=42.3dB𝐿𝑅(dB)=12(𝜃𝑅/𝜃3dB)2=12(𝜃𝑅𝐷𝑓𝐷/70𝑐)2=0.07𝑑𝐵𝐿𝐹𝑅𝑋=0.5𝑑𝐵𝐿𝑃𝑂𝐿=0𝑑𝐵接着计算𝑇𝐷：𝑇𝐷=𝑇𝐴/𝐿𝐹𝑅𝑋+𝑇𝐹(1−1/𝐿𝐹𝑅𝑋)+𝑇𝑒𝑅𝑋其中：𝑇𝐴=𝑇𝑆𝐾𝑌/𝐴𝑅𝐴𝐼𝑁+𝑇𝑚(1−1/𝐴𝑅𝐴𝐼𝑁)+𝑇𝐺𝑅𝑂𝑈𝑁𝐷(𝐾)取值𝑇𝑚=275𝐾，则𝑇𝐴=12/100.5+275(1−1/100.5)+45=237𝐾𝑇𝑒𝑅𝑋=(𝐹−1)𝑇0=(100.1−1)290=75𝐾则有：𝑇𝐷=237/100.05+290(1−1/100.05)+75=318𝐾(𝐺/𝑇)𝐸𝑆=42.3−0.07−0.5−10log(318)=16.7𝑑𝐵𝐾−1(4)最后计算下行链路载噪比(𝐶/𝑁0)𝐷=(𝐸𝐼𝑅𝑃)𝑆𝐿(1/𝐿𝐷)(𝐺/𝑇)𝐸𝑆(1/𝑘)=38.2−201.8+16.7+228.6=81.7𝑑𝐵𝐻𝑧作业31、设TDMA的帧长度为125us，有2个基准站和10个业务站，每个业务站需要发送的信息速率为1.554Mb/s。业务站的各分帧报头均为0.4us，保护时间0.1us；基准站的报头及保护时间合计为2us。求帧效率和系统突发速率。解：(1)要计算帧效率，就得先计算在一个帧长度中，所有业务站需要发送业务的时间(𝑇𝐷):𝑇𝐷=𝑇𝐹−10(𝑝业务+𝑔业务)+2(𝑝基准+𝑔基准)=116us则帧效率为：𝜂=𝑇𝐷/𝑇𝐹=116/125=92.8%(2)要计算系统突发速率，需要计算每一个业务站发送业务的时间𝑇𝐵=𝑇𝐷/10=11.6us则系统突发速率可以根据公式计算出来：𝑅=𝑅𝑏(𝑇𝐹/𝑇𝐵)=1.554(125/11.6)=16.75Mb/s2、设某TDMA系统，系统突发速率R＝120.832Mb/s，帧长为2ms，帧头p为560bits，保护时间g为128bits，求帧效率：(1)有1个参考站和10个业务站，每个业务站有1个业务突发情况。(2)有2个参考站和10个业务站，每个业务站有1个业务突发情况。(3)有1个参考站和10个业务站，每个业务站有9个业务突发情况。解：本题需要用到公式𝜂=1−(P+Q)(p+g)/𝑅𝑇𝐹，其中P是一帧中业务站突发的个数，Q是一帧中参考站的个数。(1)这里的P=10×1=10，Q=1，效率为𝜂=1−(P+Q)(p+g)𝑅𝑇𝐹=1−(10+1)(560+128)120.832×106×2×10−3=96.9%(2)这里的P=10×1=10，Q=2，效率为𝜂=1−(P+Q)(p+g)𝑅𝑇𝐹=1−(10+2)(560+128)120.832×106×2×10−3=96.6%(3)这里的P=10×9=90，Q=1，效率为𝜂=1−(P+Q)(p+g)𝑅𝑇𝐹=1−(90+1)(560+128)120.832×106×2×10−3=74.1%