《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(xiàng)：要求該課程作業(yè)全部手寫在浙江理工大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)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(qǐng)全部做完并且獨(dú)立完成；要求字跡清晰工整。請(qǐng)于2015年1月7日上課時(shí)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(diǎn)？衛(wèi)星通信有哪些特點(diǎn)？ 微波通信具有良好的抗災(zāi)性能，對(duì)水災(zāi)、風(fēng)災(zāi)以及地震等自然災(zāi)害，微波通信一般都不受影響。但微波經(jīng)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(yán)格管理之下進(jìn)行建設(shè)。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(yuǎn)，且費(fèi)用與通信距離無關(guān)。 ② 廣播方式工作，可以進(jìn)行多址通信。 ③ 通信容量大，適用多種業(yè)務(wù)傳輸。 ④ 可以自發(fā)自收進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 ⑤ 無縫覆蓋能力。 ⑥ 廣域復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)成能力。 ⑦ 安全可靠性。 1-2 請(qǐng)闡述智能天線的概念。 智能天線又稱自適應(yīng)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(hào)的空間信息（比如傳播方向）和跟蹤、定位信號(hào)源的智能算法，并且可以根據(jù)此信息，進(jìn)行空域?yàn)V波的天線陣列。 智能天線是一種安裝在基站現(xiàn)場(chǎng)的雙向天線，通過一組帶有可編程電子相位關(guān)系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時(shí)獲取基站和移動(dòng)臺(tái)之間各個(gè)鏈路的方向特性。[1] 智能天線采用空分復(fù)用（SDMA）方式，利用信號(hào)在傳播路徑方向上的差別，將時(shí)延擴(kuò)散、瑞利衰落、多徑、信道干擾的影響降低，將同頻率、同時(shí)隙信號(hào)區(qū)別開來，和其他復(fù)用技術(shù)相結(jié)合，最大限度地有效利用頻譜資源。早期應(yīng)用集中于雷達(dá)和聲吶信號(hào)處理領(lǐng)域，20世紀(jì)70年代后被引入軍事通信中。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，陣列處理技術(shù)被引入到移動(dòng)通信領(lǐng)域，很快就形成了智能天線的研究領(lǐng)域。在移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展中，以自適應(yīng)陣列天線為代表的智能天線已成為最活躍的研究領(lǐng)域之一，應(yīng)用領(lǐng)域包括聲音處理、跟蹤掃描雷達(dá)、射電天文學(xué)、射電望遠(yuǎn)鏡和3G手機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 1-3 從發(fā)射衛(wèi)星到進(jìn)入同步軌道分為幾個(gè)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(shí)，先進(jìn)入一個(gè)近地的圓軌道，然后在近地點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)火加速，進(jìn)入橢圓形轉(zhuǎn)移軌道，到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)再次自動(dòng)點(diǎn)火加速，進(jìn)入同步軌道。 一、被動(dòng)姿態(tài)控制 被動(dòng)姿態(tài)控制是利用衛(wèi)星本身的動(dòng)力特性和環(huán)境力矩來實(shí)現(xiàn)姿態(tài)穩(wěn)定的方法。被動(dòng)姿態(tài)控制方式有自旋穩(wěn)定、重力梯度穩(wěn)定等。 二、主動(dòng)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(jù)波束寬度是怎樣進(jìn)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(yīng)用L、S、C、X諸頻段，K頻段的應(yīng)用尚在開發(fā)之中。 通信衛(wèi)星的工作頻段，主要是根據(jù)電波傳播特點(diǎn)和合理利用無線電頻率資源等因素確定的。但由于技術(shù)條件的限制，迄今實(shí)際應(yīng)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(shí)，實(shí)際工作頻段與劃分的頻率范圍略有出入。 整個(gè)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(yīng)用實(shí)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(hào)的調(diào)制與解調(diào) 2-1請(qǐng)敘述2ASK信號(hào)的產(chǎn)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(gè)連續(xù)的載波，使載波時(shí)斷時(shí)續(xù)地輸出。有載波輸出時(shí)表示發(fā)送“1”，無載波輸出時(shí)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(jìn)型。它與QPSK有同樣的相位關(guān)系，也是把輸入碼流分成兩路，然后進(jìn)行正交調(diào)制。不同點(diǎn)在于它將同相和正交兩支路的碼流在時(shí)間上錯(cuò)開了半個(gè)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(zhuǎn)，不會(huì)發(fā)生兩支路碼元極性同時(shí)翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。因此，OQPSK信號(hào)相位只能跳變0、90，不會(huì)出現(xiàn)180的相位跳變，因而帶限的OQPSK信號(hào)的包絡(luò)起伏很小，在經(jīng)過非線性功放后，不會(huì)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(diào)？ 相干解調(diào) - Coherent Demodulation 解調(diào)也稱檢波，是調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的基帶調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來。解調(diào)方法可以分為：相干解調(diào)和非相干解調(diào)。 相干解調(diào)也叫同步檢波，它適用于所有線性調(diào)制信號(hào)的解調(diào)。實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)的關(guān)鍵是接收端要恢復(fù)出一個(gè)與調(diào)制載波嚴(yán)格同步的相干載波。恢復(fù)載波性能的好壞，直接關(guān)系到接收機(jī)解調(diào)性能的優(yōu)劣。 非相干解調(diào)也稱為包絡(luò)檢波，包絡(luò)檢波就是直接從已調(diào)波的幅度中恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)。不需要相干載波。AM信號(hào)一般都采用包絡(luò)檢波。 所謂相干，泛泛地說就是相互干擾； 相干解調(diào)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(hào)與載頻相乘。 比如原始信號(hào) A 與載頻 cos(ωt + θ) 調(diào)制后得到信號(hào) Acos(ωt + θ)； 解調(diào)時(shí)引入相干（同頻同相）的參考信號(hào) 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(hào)cos(2ωt+2θ)濾除，即得原始信號(hào) A。 因此相干解調(diào)需要接收機(jī)和載波同步； 而非相干解調(diào)不使用乘法器，不需要接收機(jī)和載波同步。 利用開源軟件無線電，諸如 GNURadio 是研究各種調(diào)制解調(diào)的經(jīng)濟(jì)、快捷和有效的手段。 第3章 衛(wèi)星通信的多址方式 3-1 請(qǐng)說出幾種常用的信道分配方式，并進(jìn)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(gè)用戶分配一個(gè)發(fā)射、接收頻率，以頻率區(qū)分的多址方式； TDMA：時(shí)分多址，網(wǎng)絡(luò)中VSAT可以在同一個(gè)頻率上發(fā)射，各自使用分配的不同時(shí)隙； CDMA：碼分多址，各VSAT站可以在同時(shí)用相同的頻率發(fā)射，而采用不同的擴(kuò)頻碼區(qū)分； SDMA：空分多址，因?yàn)榭臻g不同（多波束系統(tǒng)），可以共享頻率、時(shí)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(jī)聯(lián)接時(shí)分多址（RA/TDMA）方式？ 時(shí)分多址（time division multiple access，TDMA）把時(shí)間分割成互不重疊的時(shí)段（幀），再將幀分割成互不重疊的時(shí)隙（信道）與用戶具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，依據(jù)時(shí)隙區(qū)分來自不同地址的用戶信號(hào)，從而完成的多址連接。這是通信技術(shù)中基本多址技術(shù)之一，一種數(shù)字傳輸技術(shù)，將無線電頻率分成不同的時(shí)間間隙來分配給若干個(gè)通話。在2G(為GSM)移動(dòng)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(shù)中。TDMA較之FDMA具有通信口號(hào)質(zhì)量高，保密較好，系統(tǒng)容量較大等優(yōu)點(diǎn)，但它必須有精確定時(shí)和同步以保證移動(dòng)終端和基站間正常通信，技術(shù)上比較復(fù)雜。 3-3 已知一個(gè)TDMA系統(tǒng)，采用QPSK調(diào)制方式，設(shè)幀長(zhǎng)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(hù)時(shí)間Tg=0.3 μs，基準(zhǔn)分幀的比特?cái)?shù)Br與各報(bào)頭的比特?cái)?shù)Bp分別為80和90比特，每個(gè)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(zhǎng)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(fèi)涅耳原理的基本思想是什么？解釋費(fèi)涅耳區(qū)的概念。 惠更斯-菲涅耳原理 Huggens-Fresnel principle是以波動(dòng)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(chǔ)上發(fā)展而得的，是研究衍射現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)，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(xué)家克里斯蒂安惠更斯（Christiaan Huygens）在創(chuàng)立光的波動(dòng)說時(shí)首先提出的。主要內(nèi)容為：行進(jìn)中的波陣面上任一點(diǎn)都可看作是新的次波源，而從波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的許多次波所形成的包絡(luò)面，就是原波面在一定時(shí)間內(nèi)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(shí)際的電波傳播不是按直線進(jìn)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(duì)電波傳播影響的重要系數(shù)。 大氣折射對(duì)電波傳播路徑的影響，可以根據(jù)電波受大氣折射的軌跡，對(duì)大氣折射分為三類，當(dāng) > 0，Ｋ＜１時(shí)，Re＜R， 此時(shí)電波射線折射向上彎曲，與地球彎曲方向相反，故稱負(fù)折射。當(dāng) < 0，K＞１時(shí)，Re>R，此時(shí)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(biāo)準(zhǔn)大氣折射；K<0，ρ下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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