《微波通信與衛(wèi)星通信》課程作業(yè)部分答案.docx
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《微波通信與衛(wèi)星通信》課程作業(yè) 注意事項：要求該課程作業(yè)全部手寫在浙江理工大學標準作業(yè)本上；每一章的作業(yè)題目要另起一頁從新開始；本文檔中所列出的題目必須把原題抄寫在作業(yè)本上，隨后再寫答案；所有題目都是必選的，請全部做完并且獨立完成；要求字跡清晰工整。請于2015年1月7日上課時隨課程論文一起上交。 第1章 微波與衛(wèi)星通信概述 1-1 微波通信有哪些特點？衛(wèi)星通信有哪些特點？ 微波通信具有良好的抗災性能，對水災、風災以及地震等自然災害，微波通信一般都不受影響。但微波經空中傳送，易受干擾，在同一微波電路上不能使用相同頻率于同一方向，因此微波電路必須在無線電管理部門的嚴格管理之下進行建設。此外由于微波直線傳播的特性，在電波波束方向上，不能有高樓阻擋,因此城市規(guī)劃部門要考慮城市空間微波通道的規(guī)劃，使之不受高樓的阻隔而影響通信 衛(wèi)星通信 ① 通信距離遠，且費用與通信距離無關。 ② 廣播方式工作，可以進行多址通信。 ③ 通信容量大，適用多種業(yè)務傳輸。 ④ 可以自發(fā)自收進行監(jiān)測。 ⑤ 無縫覆蓋能力。 ⑥ 廣域復雜網絡拓撲構成能力。 ⑦ 安全可靠性。 1-2 請闡述智能天線的概念。 智能天線又稱自適應天線陣列、可變天線陣列、多天線。智能天線指的是帶有可以判定信號的空間信息（比如傳播方向）和跟蹤、定位信號源的智能算法，并且可以根據此信息，進行空域濾波的天線陣列。 智能天線是一種安裝在基站現(xiàn)場的雙向天線，通過一組帶有可編程電子相位關系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時獲取基站和移動臺之間各個鏈路的方向特性。[1] 智能天線采用空分復用（SDMA）方式，利用信號在傳播路徑方向上的差別，將時延擴散、瑞利衰落、多徑、信道干擾的影響降低，將同頻率、同時隙信號區(qū)別開來，和其他復用技術相結合，最大限度地有效利用頻譜資源。早期應用集中于雷達和聲吶信號處理領域，20世紀70年代后被引入軍事通信中。隨著移動通信技術的發(fā)展，陣列處理技術被引入到移動通信領域，很快就形成了智能天線的研究領域。在移動通信技術的發(fā)展中，以自適應陣列天線為代表的智能天線已成為最活躍的研究領域之一，應用領域包括聲音處理、跟蹤掃描雷達、射電天文學、射電望遠鏡和3G手機網絡。 1-3 從發(fā)射衛(wèi)星到進入同步軌道分為幾個過程？衛(wèi)星的姿態(tài)控制有哪些方法？ 發(fā)射同步衛(wèi)星時，先進入一個近地的圓軌道，然后在近地點點點火加速，進入橢圓形轉移軌道，到達遠地點時再次自動點火加速，進入同步軌道。 一、被動姿態(tài)控制 被動姿態(tài)控制是利用衛(wèi)星本身的動力特性和環(huán)境力矩來實現(xiàn)姿態(tài)穩(wěn)定的方法。被動姿態(tài)控制方式有自旋穩(wěn)定、重力梯度穩(wěn)定等。 二、主動姿態(tài)控制（三軸姿態(tài)控制） 1-4 衛(wèi)星天線有幾種類型？根據波束寬度是怎樣進行分類的？ 1-5 微波通信和衛(wèi)星通信常用哪些頻段？ 中國微波通信廣泛應用L、S、C、X諸頻段，K頻段的應用尚在開發(fā)之中。 通信衛(wèi)星的工作頻段，主要是根據電波傳播特點和合理利用無線電頻率資源等因素確定的。但由于技術條件的限制，迄今實際應用的頻段還十分有限。目前衛(wèi)星通信常用的工作頻段有： UHF頻段：400-200MHz； Ｌ頻段：1.6-1.5GHz； C頻段：6-4GHz； X頻段：8-7GHz； Ku頻段：14-11GHz； Ka頻段：30-20GHz。 衛(wèi)星通信常用工作頻段中，前邊的是衛(wèi)星地球站向衛(wèi)星傳輸?shù)纳闲蓄l率，后邊的是衛(wèi)星向地球站傳輸?shù)南滦蓄l率。例如，C頻段6-4GHz，表示上行頻率為6GHz，下行頻率為4GHz。同時，實際工作頻段與劃分的頻率范圍略有出入。 整個衛(wèi)星通信工作頻段中，1-10GHz頻段，被稱為衛(wèi)星通信頻率的“窗口”。窗口中最理想的頻段是Ｃ頻段，它的典型應用實例是國際通信衛(wèi)星組織發(fā)射的第六代國際通信衛(wèi)星。 第2章 數(shù)字信號的調制與解調 2-1請敘述2ASK信號的產生過程。 2ASK是利用代表數(shù)字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個連續(xù)的載波，使載波時斷時續(xù)地輸出。有載波輸出時表示發(fā)送“1”，無載波輸出時表示發(fā)送“0”。 2-2 什么是OQPSK？并說明其工作原理。 OQPSK又稱偏移四相移鍵控，是QPSK的改進型。它與QPSK有同樣的相位關系，也是把輸入碼流分成兩路，然后進行正交調制。不同點在于它將同相和正交兩支路的碼流在時間上錯開了半個碼元周期。由于兩支路碼元半周期的偏移，每次只有一路可能發(fā)生極性翻轉，不會發(fā)生兩支路碼元極性同時翻轉的現(xiàn)象。因此，OQPSK信號相位只能跳變0、90，不會出現(xiàn)180的相位跳變，因而帶限的OQPSK信號的包絡起伏很小，在經過非線性功放后，不會引起功率譜旁瓣有大的增生，所以它適于在帶線非線性信道中使用。 2-3 什么叫相干解調？ 相干解調 - Coherent Demodulation 解調也稱檢波，是調制的逆過程，其作用是將已調信號中的基帶調制信號恢復出來。解調方法可以分為：相干解調和非相干解調。 相干解調也叫同步檢波，它適用于所有線性調制信號的解調。實現(xiàn)相干解調的關鍵是接收端要恢復出一個與調制載波嚴格同步的相干載波?；謴洼d波性能的好壞，直接關系到接收機解調性能的優(yōu)劣。 非相干解調也稱為包絡檢波，包絡檢波就是直接從已調波的幅度中恢復出原調制信號。不需要相干載波。AM信號一般都采用包絡檢波。 所謂相干，泛泛地說就是相互干擾； 相干解調是指利用乘法器，輸入一路與載頻相干（同頻同相）的參考信號與載頻相乘。 比如原始信號 A 與載頻 cos(ωt + θ) 調制后得到信號 Acos(ωt + θ)； 解調時引入相干（同頻同相）的參考信號 cos(ωt + θ)，則得到： Acos(ωt+θ)cos(ωt+θ) 利用積化和差公式可以得到 A*1/2*[cos(ωt+θ+ωt+θ)+cos(ωt+θ-ωt-θ)] =A*1/2*[cos(2ωt+2θ)+cos(0)] =A/2*[cos(2ωt+2θ)+1] =A/2+A/2cos(2ωt+2θ) 利用低通濾波器將高頻信號cos(2ωt+2θ)濾除，即得原始信號 A。 因此相干解調需要接收機和載波同步； 而非相干解調不使用乘法器，不需要接收機和載波同步。 利用開源軟件無線電，諸如 GNURadio 是研究各種調制解調的經濟、快捷和有效的手段。 第3章 衛(wèi)星通信的多址方式 3-1 請說出幾種常用的信道分配方式，并進行比較。 目前微星通信系統(tǒng)中主要有4中信道分配方式：FDMA/TDMA/CDMA/SDMA， FDMA：頻分多址，每個用戶分配一個發(fā)射、接收頻率，以頻率區(qū)分的多址方式； TDMA：時分多址，網絡中VSAT可以在同一個頻率上發(fā)射，各自使用分配的不同時隙； CDMA：碼分多址，各VSAT站可以在同時用相同的頻率發(fā)射，而采用不同的擴頻碼區(qū)分； SDMA：空分多址，因為空間不同（多波束系統(tǒng)），可以共享頻率、時隙等；一般與前3中多只方式共用 3-2 為什么要在衛(wèi)星系統(tǒng)中引入隨機聯(lián)接時分多址（RA/TDMA）方式？ 時分多址（time division multiple access，TDMA）把時間分割成互不重疊的時段（幀），再將幀分割成互不重疊的時隙（信道）與用戶具有一一對應關系，依據時隙區(qū)分來自不同地址的用戶信號，從而完成的多址連接。這是通信技術中基本多址技術之一，一種數(shù)字傳輸技術，將無線電頻率分成不同的時間間隙來分配給若干個通話。在2G(為GSM)移動通信系統(tǒng)中多被采用，衛(wèi)星通信和光纖通信的多址技術中。TDMA較之FDMA具有通信口號質量高，保密較好，系統(tǒng)容量較大等優(yōu)點，但它必須有精確定時和同步以保證移動終端和基站間正常通信，技術上比較復雜。 3-3 已知一個TDMA系統(tǒng)，采用QPSK調制方式，設幀長為Tf=250 μs，系統(tǒng)中所包含的站數(shù)m=8，各站所包含的通道數(shù)相同n=3，保護時間Tg=0.3 μs，基準分幀的比特數(shù)Br與各報頭的比特數(shù)Bp分別為80和90比特，每個通道傳輸24路（PCM編碼，每取樣值編8比特碼，一群加一位同步比特）。求PCM編碼器的輸出速率Rs、系統(tǒng)傳輸?shù)谋忍芈蔙b、分幀長度Tb、幀效率ηf及傳輸線路要求的帶寬B。（注：取滾降系數(shù)為0.3。） ？？？？？？？？？？？？？？ 第4章 微波傳播 4-1惠更斯—費涅耳原理的基本思想是什么？解釋費涅耳區(qū)的概念。 惠更斯-菲涅耳原理 Huggens-Fresnel principle是以波動理論解釋光的傳播規(guī)律的基本原理。它是在惠更斯原理（Huygens principle）的基礎上發(fā)展而得的，是研究衍射現(xiàn)象的理論基礎，可作為求解波（特別是光波）傳播問題的一種近似方法，由荷蘭物理學家克里斯蒂安惠更斯（Christiaan Huygens）在創(chuàng)立光的波動說時首先提出的。主要內容為：行進中的波陣面上任一點都可看作是新的次波源，而從波陣面上各點發(fā)出的許多次波所形成的包絡面，就是原波面在一定時間內所傳播到的新波面。 4-2 K值是怎樣定義的？溫帶地區(qū)K值變化范圍為多大？K值的變化意味著什么？ 由于大氣折射的作用，使實際的電波傳播不是按直線進行，而是連續(xù)折射彎曲的曲線，為了便于分析，在工程上，引入“等效地球半徑Re”概念。引入Re后，便可把電波仍視為直射線，而真正地球半徑R（6370km）變成了Re，。定義K為等效地球半徑系數(shù)： ，由此式可知，K由折射率梯度 決定，而 又受溫度、壓力、濕度等參數(shù)的影響，故K是反映氣象參數(shù)對電波傳播影響的重要系數(shù)。 大氣折射對電波傳播路徑的影響，可以根據電波受大氣折射的軌跡，對大氣折射分為三類，當 > 0，Ｋ＜１時，Re＜R， 此時電波射線折射向上彎曲，與地球彎曲方向相反，故稱負折射。當 < 0，K＞１時，Re>R，此時電波射線折射向下彎曲，與地球彎曲方向相同，故稱正折射。在正折射中，K＝ 稱為臨界折射。K=4/3，ρ=4R稱為標準大氣折射；K<0，ρ
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