衛(wèi)星通信的基本原理精選(九篇)

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第1篇：衛(wèi)星通信的基本原理范文

關鍵詞：衛(wèi)星；天線；自動跟蹤；算法

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.08.225

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，各個領域及人群對通信的穩(wěn)定性、快捷性和可靠性的要求越來越高。在所有的通信方式中，衛(wèi)星通信所具有的穩(wěn)定性、快捷性等的優(yōu)勢最強，且其所涵蓋的范圍最廣、所能保證的通信距離較長、受地形條件的影響較小，因此它被廣泛應用于軍事及民用生產(chǎn)中?，F(xiàn)如今，衛(wèi)星通信為了滿足市場不斷變化的需要，除了與固定的地面站進行聯(lián)系之外，還不斷與一些移動載體進行連接，例如船舶、汽車等。為了保證衛(wèi)星天線在較為復雜的狀態(tài)下仍然能夠和通信衛(wèi)星保持較為穩(wěn)定的聯(lián)系，本文提出了一種衛(wèi)星天線自動跟蹤方法。

1 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)需要解決的問題

由于衛(wèi)星處于不斷運動狀態(tài)，因此保證衛(wèi)星通信系統(tǒng)在這種狀態(tài)下具有較好的通信能力就成為一個非常重要的問題。要想使衛(wèi)星通信系統(tǒng)在運動狀態(tài)下依然保持較強的通信能力，就必須首先解決兩個問題。一是如何在衛(wèi)星處于運動狀態(tài)中對其進行快速捕獲使得其通信能力得到保證，二是如何使衛(wèi)星天線在發(fā)生較強的晃動時仍然能準確的指向衛(wèi)星，使其通信能力得到保證。

第一個問題的解決可采用陀螺儀對衛(wèi)星天線進行控制，使其能朝著運動載體晃動的相反的方向移動，運動載體的姿態(tài)也會隨之發(fā)生變化，然后使用GPS技術對載體的位置信息進行確定，明確通信衛(wèi)星的位置，最后計算出衛(wèi)星天線所處的方位角以及俯仰角，實現(xiàn)對衛(wèi)星的成功捕獲。第二個問題的解決方法與第一個問題相比較多。其解決的關鍵是要先搜索到衛(wèi)星信號的最強點，然后對天線進行調(diào)整確保其與衛(wèi)星對準，最后進行自動跟蹤。在這一自動跟蹤過程中，不僅要繼續(xù)使用陀螺儀對隔離運動載體的姿態(tài)變化情況進行監(jiān)控，還要確保天線在載體快速運動狀態(tài)下能一直對指向衛(wèi)星。較為常見的自動跟蹤技術有單脈沖跟蹤、圓錐掃描跟蹤以及步進跟蹤等，本文所采用的就是步進跟蹤。此技術具有構(gòu)造簡單、成本低、穩(wěn)定性高、可實現(xiàn)性強等優(yōu)勢，因此使用范圍較廣。

2 步進跟蹤系統(tǒng)的基本原理

步進跟蹤技術屬于閉環(huán)控制技術的一種，具體來說，它可以分為搜索和調(diào)整兩個環(huán)節(jié)。搜索方面，先通過多次搜索對衛(wèi)星天線先后接受到的信號強度進行對比分析，以此來確定天線波束偏離衛(wèi)星的具體狀況。然后根據(jù)這一分析結(jié)果確定天線緊跟著的運動方向，并回到原位置；調(diào)整方面，在該方向步進一步，如果衛(wèi)星信號因此減弱，那么就向反方向步進一步，如果衛(wèi)星信號增強，那么沿著這一方向再進一步。

3 步進跟蹤系統(tǒng)存在的問題

步進跟蹤技術判斷天線偏離衛(wèi)星的方向的依據(jù)是天線步進前后接收信號的強度，以此作為天線下一步步進方向的判斷標準。換句話說，就是衛(wèi)星偏離量的判斷結(jié)果對步進跟蹤的速度及準確度有最直接的影響。具體來分析，如果步進所使用的步長較大，那么會造成雖然搜索速度較快，但在跟蹤的準確程度方面會稍有欠缺；如果所使用的步長較小，則會使得跟蹤的準確程度較高，但其速度相對較慢。且如果載體的運動速度過快、方位及姿態(tài)變化過大，就有可能造成步進調(diào)整的速度小于運動載體的變化速率，調(diào)整方向不夠準確，最終使得跟蹤失敗。

4 步進跟蹤系統(tǒng)存在問題的解決措施

由于步進跟蹤技術是以固定步長為基礎，無法同時滿足跟蹤中對速度和準確度的要求，因此本文提出了可變步長思想，也就是可根據(jù)具體情況來選擇步長，其選擇依據(jù)為衛(wèi)星天線與衛(wèi)星的偏離量。在這種情況下，步長的選擇是靈活多變的，偏離量較大時可選擇較大的步長，偏離量較小時則使用較小的步長，且其能同時達到跟蹤中對速度和準確度的要求。

在衛(wèi)星跟蹤的最開始階段，首先，對各種角度的偏差下衛(wèi)星的信號強度進行測量及記錄，并繪制出信號強度的變化曲線，并對其進行歸一化處理。從處理結(jié)果中能夠得知，衛(wèi)星的信號強度與偏差之間存在特殊的函數(shù)關系。即為信號的變化率隨著指向偏差的增大而不斷增大，此時應該使用大步長，信號的變化率隨著指向偏差的減小而減小，此時應采用小步長。

其次，使用歸一化信號強度曲線對步進步長進行調(diào)整，建立步長與偏差之間的函數(shù)式，可得出。為使計算更加方便，此處近似認為，那么前式可轉(zhuǎn)化為。其中，代表對求絕對值或求模，代表指向偏差，與之間在一定程度上有關聯(lián)性，為常數(shù)。

將設置為一個固定值，則不斷變化；然后將設置為一個固定值，不斷變化。繪制兩種結(jié)果的曲線圖。從中可得出以下結(jié)論：第一，兩個常數(shù)取值固定時，會隨著||的增加而增加。較大時，也會變大，使得跟蹤速度加快；||較小時，也較小，跟蹤速度變小，當然，跟蹤的準確程度提高。第二，步長和跟蹤速度會隨著兩個常數(shù)取值的不斷增大而增大。但必須注意的是，兩個常數(shù)的取值不能太大，否則雖然能保證跟蹤速度，但在指向偏差較小，步長較大的情況下，會加速指向偏差增大，從而造成這一刻成功跟蹤到衛(wèi)星，下一刻由于步長大而發(fā)生偏離的情況發(fā)生。

為解決兩個常數(shù)的取值對跟蹤速度與準確度之間的問題，在實際操作過程中可在保證系統(tǒng)能正常運行的條件下，提前對指向偏差的最大容忍度進行設置。也就是在這一容忍度范圍內(nèi)天線已經(jīng)對準衛(wèi)星。將這一情況下的步長長度與前一個式子結(jié)合，就能算出的具體值。

5 結(jié)束語

綜上所述，天線自動跟蹤技術在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中是一種非常關鍵的技術。在這一技術中，天線對衛(wèi)星捕捉的速度與準確程度是必須要解決的關鍵問題。本文所論述的步進跟蹤系統(tǒng)，能夠克服之前技術中存在的缺陷，同時兼顧跟蹤的速度和準確程度，因此應用較為廣泛。此外，本系統(tǒng)還具有一定的抗干擾能力，這在通信中也是非常重要的。且步進跟蹤系統(tǒng)計算速度快、簡單，對通信衛(wèi)星實時跟蹤具有重要意義。

參考文獻：

[1]邢孝軍.衛(wèi)星天線跟蹤技術特點分析[J].中國新通信，2015（04）.

第2篇：衛(wèi)星通信的基本原理范文

關鍵詞:衛(wèi)星通信;中繼站;數(shù)據(jù)傳輸;鐵通公司

中圖分類號:TN91文獻標識碼:B文章編號:1009-8631(2009)12-0099-02

引言

衛(wèi)星通信是一種利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波而進行的兩個或多個地球站之間的通信。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由通信衛(wèi)星和經(jīng)該衛(wèi)星連通的地球站兩部分組成。靜止通信衛(wèi)星是目前全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)中最常用的星體,是將通信衛(wèi)星發(fā)射到赤道上空 35860 公里的高度上,使衛(wèi)星運轉(zhuǎn)方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致,并使衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)周期正好等于地球的自轉(zhuǎn)周期( 24 小時),從而使衛(wèi)星始終保持同步運行狀態(tài)。故靜止衛(wèi)星也稱為同步衛(wèi)星。靜止衛(wèi)星天線波束最大覆蓋面可以達到大于地球表面總面積的三分之一。因此,在靜止軌道上,只要等間隔地放置三顆通信衛(wèi)星,其天線波束就能基本上覆蓋整個地球(除兩極地區(qū)外),實現(xiàn)全球范圍的通信。目前使用的國際通信衛(wèi)星系統(tǒng),就是按照上述原理建立起來的,三顆衛(wèi)星分別位于大西洋、太平洋和印度洋上空。

與其它通信手段相比,衛(wèi)星通信具有許多優(yōu)點:一是電波覆蓋面積大,通信距離遠,可實現(xiàn)多址通信。在衛(wèi)星波束覆蓋區(qū)內(nèi)一跳的通信距離最遠為 18000 公里。覆蓋區(qū)內(nèi)的用戶都可通過通信衛(wèi)星實現(xiàn)多址聯(lián)接,進行即時通信。二是傳輸頻帶寬,通信容量大。衛(wèi)星通信一般使用 1~10 千兆赫的微波波段,有很寬的頻率范圍,可在兩點間提供幾百、幾千甚至上萬條話路,提供每秒幾十兆比特甚至每秒一百多兆比特的中高速數(shù)據(jù)通道,還可傳輸好幾路電視。三是通信穩(wěn)定性好、質(zhì)量高。衛(wèi)星鏈路大部分是在大氣層以上的宇宙空間,屬恒參信道,傳輸損耗小,電波傳播穩(wěn)定,不受通信兩點間的各種自然環(huán)境和人為因素的影響,即便是在發(fā)生磁爆或核爆的情況下,也能維持正常通信。

衛(wèi)星傳輸?shù)闹饕秉c是傳輸時延大。在打衛(wèi)星電話時不能立刻聽到對方回話,需要間隔一段時間才能聽到。其主要原因是無線電波雖在自由空間的傳播速度等于光速(每秒30萬公里),但當它從地球站發(fā)往同步衛(wèi)星,又從同步衛(wèi)星發(fā)回接收地球站,這“一上一下”就需要走8萬多公里。打電話時,一問一答無線電波就要往返近16萬公里,需傳輸0.6秒鐘的時間。也就是說,在發(fā)話人說完0.6秒鐘以后才能聽到對方的回音,這種現(xiàn)象稱為“延遲效應”。由于“延遲效應”現(xiàn)象的存在,使得打衛(wèi)星電話往往不象打地面長途電話那樣自如方便。

衛(wèi)星通信是軍事通信的重要組成部分。目前,一些發(fā)達國家和軍事集團利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)完成的信息傳遞,約占其軍事通信總量的80% 。

衛(wèi)星通信的主要發(fā)展趨勢是:充分利用衛(wèi)星軌道和頻率資源,開辟新的工作頻段,各種數(shù)字業(yè)務綜合傳輸,發(fā)展移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)。衛(wèi)星星體向多功能、大容量發(fā)展,衛(wèi)星通信地球站日益小型化,衛(wèi)星通信系統(tǒng)的保密性能和抗毀能力進一步提高。

一、衛(wèi)星通信技術的分類

衛(wèi)星在通信、廣播、導航定位、遙感遙測、地球資源、環(huán)境監(jiān)測、軍事偵察、氣象服務等方面體現(xiàn)出日益重要的價值。特別是在軍事應用方面,已成為現(xiàn)代高技術條件下局部戰(zhàn)爭中保障通信指揮、控制和信息傳遞極為重要的手段,因此,不僅西方各軍事強國,就連不少發(fā)展中國家對軍事通信衛(wèi)星也特別重視。近年來,衛(wèi)星通信技術已進人數(shù)字化發(fā)展的階段。

1.1 低速話音編碼技術

在過去較長的一段時間內(nèi),32kbit/s的連續(xù)可變斜率增量調(diào)制(CVSD)編碼技術在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中占據(jù)主導地位。隨著通信容量的增加和頻率資源的緊張,迫切需要低速率且高質(zhì)量話音的低速話音編碼技術。目前,低速話音編碼技術已取得了突破性進展,相繼出現(xiàn)了32kbit/s的自適應差分脈碼調(diào)制(ADPCM)、低時延16/8/4.8kbit/s的碼激勵線性預測(CELP)、4.8/2.4kbit/s的多帶激勵(MBE)。特別是4.8/2.4kbit/s的MBE話音編碼技術已在系統(tǒng)中使用,在4.8kbit/s速率上的話音質(zhì)量已接近64kbit/s的PCM的長話質(zhì)量,超過32kbit/s的CVSD的話音質(zhì)量。采用低速率話音編碼可以大大提高衛(wèi)星通信質(zhì)量。

1.2 先進信道編碼技術

信道糾錯編碼技術也有很大發(fā)展,有先進的軟判決維特比譯碼和雙層級聯(lián)碼等。軟判決維特比譯碼廣泛應用于衛(wèi)星通信終端,它可以使信道質(zhì)量明顯改善,在誤碼率為10“的條件下,其編碼增益大于5.8dB。雙層級聯(lián)碼(即外層用R-S碼交織,內(nèi)層用卷積碼)能有效地糾正隨機和突發(fā)錯誤,在碼率為10-5時,其編碼增益可達6-7dB。采用先進信道編碼技術可以提高傳輸質(zhì)量,并節(jié)省衛(wèi)星功率。

1.3 格狀編碼調(diào)制(TCM)技術

衛(wèi)星信道既是帶寬和功率受限的信道,又是非線性信道,它需要具有已調(diào)載波功率譜密度比較集中的調(diào)制方式,因此,通常采用恒定包絡制方式。在恒定包絡制方式中,又廣泛采用相位調(diào)制(PSK)方式。但是,相位調(diào)制方式存在非連續(xù)相位轉(zhuǎn)移的缺點,為了克服這一缺點,獲得更佳的性能,最新發(fā)展起來的格狀編碼調(diào)制是衛(wèi)星系統(tǒng)中調(diào)制技術的發(fā)展趨勢。格狀編碼調(diào)制是一種不犧牲帶寬的有效性而提高功率有效性并與信道編碼相結(jié)合的技術。目前,8PSK和16PSK的64kbit/s格狀編碼調(diào)制數(shù)字調(diào)制解調(diào)器已應用于衛(wèi)星通信中,它與普通相位調(diào)制相比,在不增加帶寬、不改變速度的條件下,可提高3-5dB的調(diào)制增益。

1.4 混合多址技術

對于數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng),時分多址(TDMA)適用于40Mbit/s以上速率的系統(tǒng),而碼分多址(CDMA)則在微型地球站VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)中廣泛采用。TDMA在充分利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率和機動靈活組網(wǎng)方面有很大的潛力,配合多波束天線,即可實現(xiàn)星上交換時分多址(SS-TDMA)方式;還有一類低速時分多址(LA-TDMA)方式,這種方式所需的全向有效輻射功率(EIRP)小,便于大規(guī)模集成電路的應用,成本低,斟而發(fā)展較快。

CDMA技術具有抗干擾、保密等優(yōu)點,對軍事通信系統(tǒng)有很大的吸引力,且有多種使用方式。時分復用/碼分多址(TDM/CDMA)方式已在VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)中應用;直接序列擴頻/跳頻/碼分多址(DS/FH/CDMA)是直接序列擴頻與低速跳頻混合的多址方式,具有信道容量更大、抗干擾能力更強等優(yōu)點;隨機分配碼分多址(RA-CDMA)方式是把碼分多址的優(yōu)點與數(shù)據(jù)分組通信方式(數(shù)據(jù)傳輸和交換的動態(tài)分配技術ALOHA)的特點結(jié)合在一起,使信道通信容量和抗干擾能力進一步提高。

二、衛(wèi)星通信在鐵路應急搶險中的作用

2.1工作模式

(1)衛(wèi)星通信接收示意圖(見圖1)。

2.2使用容量

目前,鐵通公司在全國有九個基站將衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信作為搶險備份通道。開通一個2M帶寬作為語音通道,一個2M帶寬作為圖像通道。

2.3基站系統(tǒng)維護

鐵通公司的衛(wèi)星系統(tǒng)維護包括下內(nèi)容:

(1)定期測試:網(wǎng)管室(站)定期核對網(wǎng)關的各種參數(shù)及與北京主站的聯(lián)網(wǎng)通話功能;

(2)硬件設備巡檢:電源、饋線、天線;

(3)站內(nèi)自檢。

三、結(jié)束語

信息技術作為本世紀重要的主導產(chǎn)業(yè),其發(fā)展方興未艾,衛(wèi)星通信后來居上,兇猛異常地發(fā)展起來。一向落后的鐵路通信,隨著衛(wèi)星通信設備的采用,其狀況必將發(fā)生翻天覆地的變化。因此,了解衛(wèi)星通信的基本原理及特點,并進一步引進吸收國內(nèi)外先進技術,是我們發(fā)展鐵路通信的必經(jīng)之路。

參考文獻:

[1] 陳九冶.衛(wèi)星通信系統(tǒng)[M].北京:人民郵電出版社,1990.

第3篇：衛(wèi)星通信的基本原理范文

關鍵詞:軟件無線電; 信號源; 成形濾波; 數(shù)字上變頻

中圖分類號:TN927文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)17-0027-03

Implementation of Simulation Source for Satellite Communication Based on SR

WU Bing, WANG Zhong-hua, GU He-fang

(East China Research Institute of Electronic Engineering, Hefei 230088, China)

Abstract: A simulation source based on software radio for satellite communication is introduced. The implementation method and design notes of the hardware system based on FPGA and high-speed D/A converter are put forward. The basic principle and function of the modules of the software system are depicted. The realization based on software radio theory and the EVM testing results of the output signal of the simulation source are presented. The structure of the system is very simple, and the modulation mode and data protocols can be switched over arbitrarily, so it has the general universality and strong expansibility.

Keywords: software radio(SR); signal source; shaping filtering; digital upper converter

0 引 言

通信中普遍采用基帶信號對載波波形的某些參量(如振幅、頻率以及相位等)進行調(diào)制,以滿足系統(tǒng)發(fā)射和接收的需要。隨著現(xiàn)代電子技術的飛速發(fā)展,器件工藝越來越先進,器件功能越來越強,實現(xiàn)信號調(diào)制的方法也越來越多,實現(xiàn)信號調(diào)制的穩(wěn)定度和可靠性都在不斷提高。尤其在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中,信號調(diào)制的應用越來越廣泛,要求也不斷提高。采用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術實現(xiàn)的調(diào)制方法,各種信號的產(chǎn)生依靠軟件操作來確定,同一信號經(jīng)過數(shù)字化后可由不同的軟件模塊來實現(xiàn)各種調(diào)制功能。這使得硬件電路結(jié)構(gòu)變得更加簡單,操作更加方便,穩(wěn)定度更高,可靠性更強。而且結(jié)合相應的數(shù)字信號處理軟件及控制軟件可以加載新的調(diào)制方式,形成一個通用的數(shù)字調(diào)制器,能夠方便靈活地進行通信調(diào)制方式的擴展。

軟件無線電是一種基于寬帶模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器件、高速數(shù)字信號處理芯片,以軟件為核心(Software-Oriented)的嶄新的體系結(jié)構(gòu)[1-2]。軟件無線電技術的發(fā)展為衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供了良好的發(fā)展基礎。由于FPGA具有高度的靈活性和重配置性,其在基于軟件無線電的通信系統(tǒng)中應用越來越廣泛。該設計是基于軟件無線電,采用FPGA實現(xiàn)全數(shù)字調(diào)制的通用衛(wèi)星信號源模塊,數(shù)據(jù)協(xié)議及調(diào)制方式任意可變,可以靈活地應用于各種衛(wèi)星通信系統(tǒng)中。

1 硬件系統(tǒng)設計

軟件無線電技術要求靠近天線的地方盡可能使用寬帶的數(shù)模/數(shù)模轉(zhuǎn)換器,盡早地完成信號的數(shù)字化,從而使得無線電臺的功能盡可能地用軟件來定義和實現(xiàn)。但是由于受寬帶天線、高速A/D,D/A及DSP 等技術水平的限制,實現(xiàn)一個理想的軟件無線電平臺的條件目前還不具備。因此,現(xiàn)在對軟件無線電的研究一方面集中在上述關鍵技術的研究上,另一方面更多地是在現(xiàn)有的技術條件下,研究如何最大程度地實現(xiàn)軟件無線電所要求的通用性和靈活性,將軟件化、通用化的設計思想體現(xiàn)到具體的應用實踐中。雖然目前基于軟件無線電的直接射頻收發(fā)系統(tǒng)的實現(xiàn)還有些難度,但基于中頻數(shù)字信號處理的中頻收發(fā)技術已相當成熟。本衛(wèi)星通信模擬源就是采用基于軟件無線電的中頻發(fā)送技術,以高速DAC和高端FPGA為硬件載體,給出了模擬中頻信號的輸出。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示(完整的發(fā)送系統(tǒng)還需要混頻器、放大器及天線等,這不在本文的討論范疇內(nèi)),FPGA對數(shù)據(jù)進行編碼調(diào)制后再送給DAC,以產(chǎn)生中頻輸出。

圖1 基于軟件無線電的衛(wèi)星通信模擬源

中頻系統(tǒng)的硬件構(gòu)架

衛(wèi)星通信模擬數(shù)據(jù)源既可由FPGA內(nèi)部產(chǎn)生,也可以由外部送入。為了保證硬件平臺的通用性,本衛(wèi)星通信模擬源系統(tǒng)的外部接口有TTL,422及LVDS等類型,用以滿足各種不同的接口需要。FPGA是整個系統(tǒng)的核心器件,為了保證處理速度和邏輯單元的容量,采用Altera公司Stratix Ⅱ系列FPGA――EP2S90F1020。EP2S90F1020擁有72 768個寄存器和72 768個算術查找表單元,另有4 Mb存儲器單元和384個9 b乘法器,其工作速度快,資源非常豐富,可以在內(nèi)部進行絕大部分的數(shù)字中頻處理運算。

為了保證中頻輸出信號的質(zhì)量,DAC的采樣時鐘最好大于等于載波頻率的4倍。如載波中頻為70 MHz,則DAC的采樣時鐘應為280 MHz或更高。再考慮系統(tǒng)的可編程性和升級性,采用了Analog Devices公司的超高速DAC――AD9736。AD9736的數(shù)據(jù)精度為14 b,采樣率高達1 200 MSPS,采用DDR方式LVDS數(shù)據(jù)接收器,電流型輸出,內(nèi)置同步控制電路,適合應用在寬帶通信系統(tǒng)中[3]。

由于硬件系統(tǒng)的工作頻率很高,需要采用高速電路設計方法,需要注意以下幾點:

信號完整性 需要對板級系統(tǒng)進行信號完整性仿真,注意阻抗匹配,減小關鍵信號線之間的串擾,控制數(shù)據(jù)總線之間的延時;

電源完整性 需要對板級系統(tǒng)進行電源完整性仿真,增加線和過孔上所能通過最大電流的裕量,通過在合適的位置加去耦電容,以降低電源和地平面上的交流阻抗[4];

電磁兼容 由于硬件屬于模/數(shù)混合電路,在布線時需要注意模擬部分和數(shù)字部分的隔離,采用獨立的模擬電源和數(shù)字電源以及模擬地和數(shù)字地,特別要注意降低數(shù)字部分對模擬部分的干擾;

功耗問題 隨著系統(tǒng)工作頻率的提高,系統(tǒng)的功耗也隨之增加,需要對關鍵器件進行散熱處理。

第4篇：衛(wèi)星通信的基本原理范文

關鍵詞： 衛(wèi)星通信； 頻分多址； 中頻單元； 單路衰減可調(diào)

中圖分類號： TN927+.2?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）21?0083?03

Design and realization for intermediate frequency unit of single?channel adjustable attenuation applied to satellite communication

HAN Shuai， MENG Xiaoxin， CAO Yong， ZHANG Weijie

（Luoyang Electronic Equipment Test Center of China， Luoyang 471000， China）

Abstract： An intermediate frequency （IF） unit of single?channel adjustable attenuation applied to satellite communication was designed and developed. The design requirements and integral structure of the system are described， and the working principle and realization method of the main hardware components （program controlled attenuation module， 6 dB gain amplifier， working condition monitoring circuit and logic control circuit） are introduced in detail. This design solved the problem that the working mode of current IF unit influences on the communication service quality， reduced the risk of internal interference， and improved the guarantee capability of the task. The test results indicate that the system is comply with the design requirements.

Keywords： satellite communication； FDMA； IF unit； single?channel adjustable attenuation

0 引 言

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，所有終端設備發(fā)送的中頻載波信號都要通過中頻單元調(diào)整好電平后合成為一路，以送到射頻設備進一步處理；而下行中頻信號也必須通過中頻單元分成多路，再分別送到各個終端設備。顯然，中頻單元是系統(tǒng)的中頻信號處理樞紐，其性能對整個系統(tǒng)的工作質(zhì)量及可靠性都有著重要影響[1]。

對于采用FDMA尋址方式的衛(wèi)星通信系統(tǒng)[2]，目前大量使用的中頻單元方案主要存在兩方面的缺陷：一是使用分合路器代替中頻單元，這種解決方案常會造成設備間連接的電纜較多，增加了系統(tǒng)的不可靠性；二是群路衰減可調(diào)式中頻單元的電平調(diào)整方式不能滿足要求。采用FDMA尋址方式的衛(wèi)星通信網(wǎng)，為減少交調(diào)失真及大信號對小信號的抑制，要求載波等幅度，而有些調(diào)制器的電平調(diào)節(jié)范圍有限，無法在進入中頻單元之前調(diào)整到要求的電平，群路衰減中頻單元又不能對單路中頻載波電平進行調(diào)整，致使該載波對其他載波產(chǎn)生干擾，影響了衛(wèi)星通信業(yè)務的質(zhì)量。

為解決以上問題，提高中頻單元性能，完善功能，滿足任務要求，有必要設計并開發(fā)一種衛(wèi)星通信用單路衰減可調(diào)的中頻單元。

1 設計需求

（1） 載波電平調(diào)整方式為單路衰減可調(diào)，可調(diào)范圍為0～15 dB，步進制為0.5 dB。

（2） 根據(jù)需要選擇中頻輸入/輸出端口數(shù)量。為方便用戶，采用模塊化設計，可以根據(jù)實際需求增加或減少輸入/輸出端口的模塊，增強系統(tǒng)擴展性和靈活性。

（3） 具備自動監(jiān)測功能。要能夠監(jiān)視各部分電路的工作狀態(tài)和各路輸入/輸出衰氣減量的變化，發(fā)現(xiàn)異常情況及時發(fā)出告警，報告發(fā)生故障的部位，以便縮短故障停機時間。

2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，為提高設備的靈活性和性能，采用8031微處理器[3]控制各部分電路實現(xiàn)所需功能。上行中頻信號經(jīng)單路可調(diào)衰減模塊調(diào)整后通過合路器合并后送至中頻發(fā)送接口，而下行中頻信號正好相反。每個程序控制衰減模塊有8個輸入或輸出端口，每個機箱發(fā)送和接收部分最多各裝2個模塊，共16對輸入/輸出端口。超過16對端口時，要將程序控制衰減模塊安裝在另一個機箱中，中頻信號通過發(fā)送擴展端口Tx和接收擴展端口Rx連接，由主中頻單元通過擴展總線對該模塊進行控制。

由于級聯(lián)的中頻單元相對主中頻單元多一級4分合路器，增加了6 dB的衰減，所以需要一個6 dB的中頻放大器，這樣，就保證了從擴展接口接入的中頻信號與直接輸入的中頻信號有相同的傳輸增益，當中頻信號傳輸距離較遠時，該中頻放大器可以補償部分傳輸損耗。

遙控接口可以實現(xiàn)遠端計算機遙控或網(wǎng)絡控制。液晶顯示可以用菜單顯示每一路輸入或輸出的配置參數(shù)，定量顯示衰減量以及中頻單元的當前狀態(tài)等。

3 電路實現(xiàn)

3.1 程序控制衰減模塊

程序控制衰減模塊是決定中頻單元性能的關鍵部分。它的工作過程是：微處理器通過控制總線將控制信息傳送給相應的信號變換電路，變換成相應的電流信號，控制可變衰減器達到要求的衰減量。

3.1.1 可變衰減器

可變衰減器一般由T型網(wǎng)絡[4]構(gòu)成。利用PIN管作為可變電阻器，具有工作頻率高、控制能力強的優(yōu)點，由PIN二極管組成的T型衰減器如圖2（a）所示，在這里PIN二極管D1和D2是變阻元件，與[R2]和[R3]共同構(gòu)成一個T型電路。PIN二極管的等效電阻取決于控制電流[I0，]當電流[I0]增加時，二極管的內(nèi)阻減小，T型網(wǎng)絡的傳輸系數(shù)增高，衰減減小。只要保證電流[I0]穩(wěn)定，網(wǎng)絡的衰減量就是固定的。這里使用兩個二極管串聯(lián)作為變阻器件，是為了減少PIN管結(jié)電容對T型網(wǎng)絡的傳輸特性產(chǎn)生影響。經(jīng)過簡化的工作原理如圖2（b）所示，實際上就是串聯(lián)電阻分壓網(wǎng)絡。輸入/輸出關系為：

圖2 串聯(lián)二極管T型衰減器

3.1.2 信號變換

信號轉(zhuǎn)換電路將來自CPU的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動可變衰減器的電流信號，主要由鎖存器、D/A轉(zhuǎn)換器和電壓/電流變換電路組成。鎖存器用來存儲CPU送來的衰減量信息；D/A轉(zhuǎn)換器用于將數(shù)字衰減量信息轉(zhuǎn)換成相應的模擬電壓信號，可選用8位D/A轉(zhuǎn)換器件[6]DAC0832，對于0～15 dB的衰減范圍，分辨率約為0.06 dB，能夠滿足精度要求；電壓/電流變換電路將電壓信號變換成控制可變衰減器的電流信號，基本原理如圖3所示。圖3中，[R2]為反饋電阻，[R3]為電流采樣電阻，輸出電壓[uo]為：

3.2 6 dB增益放大器

從擴展接口級聯(lián)的中頻單元相對主中頻單元多一級4分合路器，增加了6 dB的衰減，所以要增加一個6 dB的中頻放大器來補償這一衰減。當中頻單元與上下變頻器距離較遠時，使用該放大器可以補償部分傳輸損耗。但是，使用放大器就要考慮三階交調(diào)、相位噪聲、帶寬、幅頻特性等指標。

選用MWA系列薄膜集成寬頻帶放大器[8]0311，單級增益可達14 dB，在100 MHz內(nèi)有平坦的頻率特性，可達±1 dB，輸入/輸出阻抗為50 Ω，輸出功率為8.2 dBm。電路如圖4所示。

3.3 自動監(jiān)測工作狀態(tài)

設備自動監(jiān)測工作狀態(tài)是提高設備工作可靠性的重要手段之一。監(jiān)測的內(nèi)容包括存儲器的狀態(tài)、電源電壓、衰減量等模擬量和輸入/輸出控制的開關狀態(tài)，隨時采集匯報所監(jiān)視的參數(shù)的變化，并與存儲的值作比較，判斷工作狀態(tài)是否正常。

模擬量的監(jiān)測原理如圖5所示。電平轉(zhuǎn)換電路將數(shù)據(jù)采集點的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成適當?shù)碾妷?，?jīng)模擬多路開關選擇并緩沖放大后，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字信號，傳給CPU進行處理。

3.4 邏輯控制電路

邏輯控制電路選用8031單片機作為微處理器，控制各模塊協(xié)調(diào)工作。

控制電路設計成總線結(jié)構(gòu)，微處理器通過總線控制程序控制衰減模塊的工作。該總線包括控制總線、數(shù)據(jù)總線和地址總線。因為各種數(shù)據(jù)信號都是8位的，所以數(shù)據(jù)總線只需8位。鑒于衛(wèi)星通信的特點，一個中頻單元只須控制同一個衛(wèi)星的一個轉(zhuǎn)發(fā)器的相應中頻信號，這樣，中頻單元只要具備128路中頻信號的控制能力即可滿足要求，所以采用6位地址總線即可滿足要求。

中頻單元要對程序控制衰減模塊的配置參數(shù)進行管理，且在意外停電等情況時保證這些不會丟失，這些參數(shù)保存在非易失性存儲器中。為了簡化程序設計，采用閃爍存儲器。閃爍存儲器的存取速度快，與RAM相當，擦/寫次數(shù)可達百萬次，保持時間長，能提高設備性能，延長使用壽命。

LCD顯示器采用字符數(shù)16×2，自掃描，帶背光的點陣字符式液晶顯示模塊[9]LCD?016M002D。這種液晶顯示模塊性能好，外形美觀，同時，它內(nèi)含存儲器和字符點陣庫，只需將要顯示的字符代碼寫入顯示存儲器即可，這不僅簡化了電路，也降低了軟件編寫的難度。

電源可以采用開關電源模塊，體積小、效率高，對散熱要求較低，市場上貨源充足，價格也不高。為了提高系統(tǒng)可靠性，可采用雙電源供電方式，以便縮短故障停機時間。

4 結(jié) 語

單路衰減可調(diào)中頻單元改善了FDMA尋址方式衛(wèi)星通信系統(tǒng)中頻信號電平調(diào)整的便利性，減小了內(nèi)部干擾的風險，提高了衛(wèi)星通信站的任務保障能力。該硬件單元研制成功后，進行了為期一年的運行測試，測試結(jié)果表明，該單元性能穩(wěn)定，能夠滿足設計需求，具有較高的實際應用價值，可以在同類產(chǎn)品設計和開發(fā)中推廣借鑒。

參考文獻

[1] 《衛(wèi)星通信設備操作維護手冊》編寫組.衛(wèi)星通信設備操作維護手冊[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2] IPPOLITO JR L J.衛(wèi)星通信系統(tǒng)工程[M].孫寶升，譯.北京：國防工業(yè)出版社，2012.

[3] Intel Corporation. 8 bit control oriented microcomputers [R]. USA： Intel Corporation， 1998.

[4] 姚彥，梅順良，高葆新，等.數(shù)字微波中繼通信工程[M].北京：人民郵電出版社，1990.

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[6] National Semiconductor. DAC0830/DAC0832 8?bit μP compatible， double?buffered D to A converters [R]. USA： National Semiconductor， 2002.

[7] HTC. Programmable precision shunt regulator [R]. KOREA： HTC， 2010.

[8] National Semiconductor. MWA0311 datasheet [R]. USA： National Semiconductor， 2004.

[9] Vishay Telefunken. LCD?016M002D datasheet [R]. USA： Vishay Telefunken， 2002.

第5篇：衛(wèi)星通信的基本原理范文

【關鍵詞】民航TES系統(tǒng)；衛(wèi)星通信；功率調(diào)整

1電話調(diào)整方案

首先，選擇一路具有ICM卡的CU板直接連接電話機，如無配置請?zhí)崆皽蕚洌⒋_認電話號碼。準備一根電話線與一部普通電話，將電話通過電話線與CU板“telco”相連。打開所在的TES衛(wèi)星機箱電源，開啟ODU電源。只開起該CU板所在的機箱，待該CU板上線，并顯示數(shù)字“4”后，撥打網(wǎng)控衛(wèi)星電話（號碼為168（1、2）和166）。然后，由網(wǎng)控進行發(fā)射功率比較，指導標定功率。

2發(fā)射調(diào)制波方案

（1）準備英文版操作系統(tǒng)的電腦筆記本和CU版監(jiān)控線。（2）具體調(diào)整方案。打開cutunet軟件，敲擊showfolde（顯示文件夾）按鈕，選定frequency&power。（頻率和功率）。發(fā)射頻點是經(jīng)過聯(lián)絡網(wǎng)絡控制工程師獲得分派的，而后將gainsettings（發(fā)射功率）應用默認設置。選擇條目modula-tion&rate。Datarate選擇19.2K。Modulation選擇BPSK。FECrate選擇1/2。選中scrambler&diff.encoder。選中TXenable。選中Qinvert。敲擊OK按鈕直至CU板上呈現(xiàn)“—/E.”交替出現(xiàn)為止，調(diào)整若不成功，需多次嘗試。（CU3慢選APPLY后OK.）。

3功率調(diào)整

調(diào)整功率需要調(diào)整地球站點室內(nèi)和室外設立的衰減器，正常先調(diào)整室外ODU，而后微調(diào)各機架的室內(nèi)衰減器。調(diào)整室內(nèi)衰減器：地球站需要對每一組衰減器所屬的機箱進行調(diào)整，衰減增大減小功率，衰減減小增大功率。調(diào)整室外衰減器：3.1agilisodu上下行衰減值的調(diào)動（1）AGILIS監(jiān)控電纜的制作；（2）AGILISODU監(jiān)控顯示。3.2efdataODU的上行鏈路和下行鏈路的衰減值調(diào)整（1）制作efdataODU監(jiān)控電纜；（2）設置通信參數(shù)；（3）監(jiān)控顯示。3.3vitacomODU的上行鏈路和下行鏈路的衰減值調(diào)整（1）制作vitacomodu監(jiān)控電纜；（2）啟動超級終端；（3）VITACOM超級終端的通信參數(shù)設置。終端仿真：DECVT-100。速率：9600bps。停止位：1。數(shù)據(jù)位：8。奇偶校驗：無。流量控制：關閉。（4）VITACOMODU監(jiān)控顯示3.4V2ODU監(jiān)控界面VSATUUtility———RFM———ConfigureRFM———RFM。

4接收功率調(diào)整

調(diào)整完發(fā)射功率后，需要對地球站的接收電平進行標較。以下方法對地球站接收電平的調(diào)整。首先，地面站把機箱的接收中頻電纜連接到頻譜分析儀，在頻譜分析儀上電自檢完成以后，頻譜分析儀參數(shù)設置為以下：70.125MHz的中心頻率，跨度SPAN為300kHz，RBW為3kHz，VBW為300Hz，而后調(diào)整接收到的信號電平衰減器在近68dBm。

5調(diào)整結(jié)果功率調(diào)整的理論研究

5.1衛(wèi)星通訊體系中的功率控制原理

衛(wèi)星通信體系中的功率控制，是在用戶通訊質(zhì)量被保障的前提下，將發(fā)射功率降低，以削減系統(tǒng)干擾，提升系統(tǒng)容量。它是先對接收端的接收信號強度和信噪比等指標進行評價，然后改動發(fā)射功率來抵償無線信道中的途徑消耗和衰敗，實現(xiàn)既保障通訊質(zhì)量，又不會對衛(wèi)星通信體系中的別的用戶發(fā)生分外的影響。衛(wèi)星通訊體系是一個功率受限體系的典范，用體系功率控制來保證衛(wèi)星通訊體系正常工作，提升衛(wèi)星通訊體系通訊容量，節(jié)約衛(wèi)星通訊體系資源。功率控制算法主要從兩個層次分析和研究。全局層次和局部層次。可以將功率控制分成不同的類型。根據(jù)功率控制在衛(wèi)星系統(tǒng)中的鏈路方向不同分為：上行功率控制和下行功率控制。根據(jù)功率控制信息的獲取方式分為：開環(huán)、閉環(huán)、外環(huán)。其中閉環(huán)又稱為快速內(nèi)環(huán)。開環(huán)功率控制是指發(fā)射端根據(jù)自身測量得到的信息對發(fā)射功率進行控制。不需要接收端的反饋。開環(huán)功率控制控制在TD-LTE系統(tǒng)中主要用于隨機接入過程。由于系統(tǒng)上下行鏈路在一個載頻上傳送，通過對導頻信號的路徑損耗估計。接收端可以對發(fā)送信號的路徑進行準確估計。相應調(diào)整發(fā)送功率。開環(huán)功率控制的基本原理可描述為：Pnest（dBm）=Ploss（dB）+Pdes（dBm）其中Pnest（dBm）為開環(huán)功率控制調(diào)整后的終端發(fā)射功率。Ploss（dB）為測量得到的鏈路路徑損耗。Pdes（dBm）為基站期望收到的目標功率。開環(huán)功率控制不需要反饋信道。算法相對于閉環(huán)功率控制反應更靈敏。它可對移動臺發(fā)射功率的調(diào)整一步到位。即信道衰落多少節(jié)補償多少。但是在深衰落的信道環(huán)境中，開環(huán)會使功率幅度調(diào)節(jié)過大產(chǎn)生誤調(diào)。惡化系統(tǒng)性能。所以開環(huán)功率控制在目前的標準中僅在無線鏈路建立時使用。閉環(huán)功率控制是指需要發(fā)射端根據(jù)接收端送來的反饋信息對發(fā)射功率進行控制的過程。它分為功率調(diào)節(jié)和功率判決兩個部分。因此，功率調(diào)整的延遲較大。

5.2上行鏈路功率控制

鏈路上行FDMA在云，雨，雪和霧影響的氣候前提下，衛(wèi)星接納端的信號接納電平具有很大變化，對上行信號的接收有很大影響。功率控制調(diào)整，由地球站和網(wǎng)控完成。網(wǎng)絡控制檢驗上行信號的Eb/N0（信噪比），并且用專項使用信元方法及時向各個地球站廣播，網(wǎng)絡控制判斷是否上行信號的接受Eb/N0（信噪比）高出閾值：閾值是一個窗口，確保接受Eb/N0（信噪比）在固定范圍內(nèi)的上行鏈路信號。如果接收Eb/N0值大于設定的（Eb/N0）max則適當減小其發(fā)射功率；如果Eb/N0值不大于設定的（Eb/N0）max則判斷其是否小于（Eb/N0）min，如果Eb/N0值小于設定的（Eb/N0）min，則適當增加其發(fā)射功率，如果接收值在（Eb/N0）max和（Eb/N0）min之間就不對其發(fā)射功率進行調(diào)整。

參考文獻

[1]LET功率控制分析（論文）百度文庫.

第6篇：衛(wèi)星通信的基本原理范文

關鍵詞 Ka頻段 雨衰 自適應 控制系統(tǒng)

中圖分類號：TN927.2 文獻標識碼：A

0引言

隨著C頻段、Ku頻段衛(wèi)星資源的逐漸緊張以及對數(shù)據(jù)傳輸速率越來越高的要求，Ka頻段衛(wèi)通站的應用越來越廣泛。針對Ka頻段衛(wèi)星通信受降雨影響較大的問題，傳統(tǒng)的對策是增大天線尺寸和提高高功率放大器發(fā)射功率。如果僅僅采取提高發(fā)射功率的方法，長時間發(fā)射高功率一方面對設備壽命有影響，另一方面大功率余量對鄰近的鏈路有強烈干擾。因此，需要采取一種更靈活的方式來解決Ka頻段降雨衰減的問題。

1雨衰原理分析

1.1雨衰基本原理

當電磁波穿過降雨區(qū)域時，雨滴可以吸收電磁波，也可使電磁波產(chǎn)生散射，引起信號幅度、相位、極化和下行波束入射角的變化，從而導致信號傳輸質(zhì)量的下降和誤碼率上升，影響通信質(zhì)量。雨滴對電磁波的吸收增加了分子的能量，相應地增加了分子的溫度，最終結(jié)果是信號能量得到相應的減少。降雨不僅對衛(wèi)星通信電磁波信號強度有影響，而且對衛(wèi)通站天線性能也有影響，會使天線系統(tǒng)噪聲溫度增加，從而導致天線G/T值減小。

1.2影響雨衰大小的因素

=（） （1）

L0為電磁波穿過雨區(qū)的長度（km），為降雨衰減率（dB/km），= R ，R為地面降雨率（mm/h）。

在DAH雨衰預測模型下參數(shù) 和參數(shù) 表達式如下：

= （2）

= （3）

h、 h、 v、 v是衰減率的回歸系數(shù)， 是關于頻率f的函數(shù)， 是極化角， 是傳播路徑仰角。

電磁波穿越雨區(qū)的路徑如圖1所示。

>5笆保L0=（hR hS）sin km （4）

L0=2（hR hS）/（（sin2 +2（hR hS）/Re）1/2+sin ） （5）

將式（2）（3）（4）（5）與式（1）相聯(lián)系，可以得到頻率f、極化方式、仰角 、降雨率R與雨衰大小之間的關系：

（1）頻率f越高，電磁波長與雨滴直徑越接近，信號衰減越大；

（2）極化方式不同極化角 也不同，影響參數(shù) 和參數(shù) 的大小，水平極化時雨衰略大于圓極化，垂直極化時略小于圓極化；

（3）仰角 越小，降雨層高度hR與地面站海拔h0高度差越大，穿過雨區(qū)的路徑L0越長，雨衰越大；

（4）降雨率R越大，雨衰越大。

2常見抗雨衰方法

2.1保留鏈路余量

傳統(tǒng)通信鏈路設計時經(jīng)常采用保留一定鏈路余量的方法，在C頻段通信時通常預留3dB余量，Ku頻段通信時通常預留6dB余量，但在Ka頻段通信時采用這種方法效果不能保證。如果是在降雨量較少的地區(qū)，受降雨衰減影響并不明顯，通過保留鏈路余量的方法基本可以滿足對通信的需求；如果是在降雨量較大的地區(qū)，受降雨衰減影響比較頻繁，短時間內(nèi)衰減會達到20dB，鏈路余量保留過小滿足不了通信要求，保留過大又會造成資源浪費。

2.2自適應技術

2.2.1自適應功率控制

自適應功率技術是使用比較早、應用廣泛、抗雨衰效果明顯的技術。按照控制鏈路的不同可分為自適應上行功率控制、自適應下行鏈路功率控制和自適應上下行鏈路功率控制。

自適應功率控制是通過在降雨過程中對鏈路衰減進行估算，然后根據(jù)衰減量調(diào)整發(fā)射電平使接收站接收到的信號電平與沒有雨衰時基本一致。由于地面站發(fā)射功率可調(diào)整范圍大，方法靈活操作簡單，因此自適應上行功率控制技術應用最為廣泛。但高功率放大器長時間保持大功率會對設備性能、可靠性產(chǎn)生影響。

2.2.2自適應調(diào)制

自適應調(diào)制是在降雨導致信道特性變差時采用低階調(diào)制方式（如BPSK），使信息比特速率減小，保持較低的誤碼率；在晴空信道特性良好時采用高階調(diào)制方式（如16QAM），使信息比特速率增大，在維持較低誤碼率的同時占用較小帶寬。自適應調(diào)制技術提高了系統(tǒng)的有效性、可靠性和經(jīng)濟性，但由于Ka頻段通信多數(shù)是傳輸高速率業(yè)務，對頻譜帶寬需求較高，實現(xiàn)較為困難。

2.2.3自適應編碼

信道編碼能夠提供一定的編碼增益，不同的編碼方式能夠提供不同大小的增益。自適應編碼是通過改變編碼方式或同一編碼的參數(shù)來提供足夠的編碼增益來補償降雨衰減導致的信道損失。

自適應編碼能夠起到補償一定雨衰的作用，但要綜合考慮編碼增益、碼率、碼型、同步等問題，沒有一種編碼方式能夠同時滿足這四點要求，因此在保證一定編碼增益的前提下要根據(jù)一定標準選擇合適的編碼方式。

2.2.4自適應數(shù)據(jù)速率

自適應數(shù)據(jù)速率是在保持系統(tǒng)發(fā)射功率和信道誤碼率基本不變的條件下，當信道發(fā)生較大衰減變化時，通過自動調(diào)整發(fā)送端信號傳輸速率（通過改變信息比特速率或碼元速率實現(xiàn)）來實現(xiàn)信息傳輸?shù)募夹g。這種技術可以一定程度上降低降雨衰減的影響，但隨著數(shù)據(jù)速率的降低，帶寬功率相應增加，導致相互干擾的產(chǎn)生，而且如果在獲得增益的同時，數(shù)據(jù)率下降極為明顯，在實際中不僅難以滿足數(shù)據(jù)傳輸要求而且技術上也很難實現(xiàn)。

3自適應抗雨衰控制系統(tǒng)

3.1新型抗雨衰控制系統(tǒng)構(gòu)想

由于單一的自適應抗雨衰的方法存在局限性，因此需要一種既能補償短時間內(nèi)降雨衰減，又能滿足通信對誤碼率、傳輸速率、占用帶寬要求的綜合控制方法。傳統(tǒng)的自適應控制方法在一定條件下能夠起到良好的抗雨衰效果，但并不能適用于所有情況。設想構(gòu)建一個系統(tǒng)能夠?qū)追N自適應控制方法的優(yōu)點加以整合，使其能夠在不同時段、不同傳輸需求時均能體現(xiàn)出較高的有效性、可靠性和經(jīng)濟性，在雨衰影響減弱過程中自適應恢復信道狀態(tài)，當雨衰結(jié)束時將信道參數(shù)狀態(tài)恢復至雨衰前的狀態(tài)。

3.2新型抗雨衰控制系統(tǒng)設計

3.2.1 系統(tǒng)功能要求

（1）能夠短時間探測到雨衰影響，本地能夠有告警并能迅速反饋到對通地面站；

（2）用戶能夠選擇工作模式，如保通信質(zhì)量模式、保通信速率模式、保調(diào)制解調(diào)模式、保編碼方式模式、保編碼速率模式、保功率穩(wěn)定模式；

（3）當自動模式下仍不足以補償降雨衰減時，能夠進行告警并可切換為手動模式；

（4）能夠進行雨衰結(jié)束判定，當雨衰影響結(jié)束后能夠迅速進行判定，并將判定結(jié)果反饋到對通地面站；

（5）具有信道狀態(tài)恢復功能，當雨衰結(jié)束后信道設備能夠迅速恢復至降雨前的參數(shù)狀態(tài)，使系統(tǒng)工作恢復正常狀態(tài)。

3.2.2 自適應控制系統(tǒng)功能框圖

如圖2所示為自適應控制系統(tǒng)功能框圖。在原有衛(wèi)通鏈路基礎上，增加了信道分析模塊，分別進行雨衰判定和雨衰結(jié)束判定，在對通兩個地面站均增加監(jiān)控終端，用于自適應抗雨衰和自適應系統(tǒng)參數(shù)狀態(tài)恢復。

3.2.3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

（1）首先要進行雨衰判定。當接收Eb/No（下轉(zhuǎn)第161頁）（上接第149頁）有大的起伏時，需要判定是信號受到遮擋導致還是雨衰導致，同時需要排除由設備故障導致的下行信號不穩(wěn)定情況。當判定為雨衰影響時，啟動自適應補償。

（2）在不同時間段在不同工作狀態(tài)下，對于傳輸速率、誤碼率等參數(shù)有不同的要求，提供給用戶選擇窗口，可以選擇自動模式或手動模式。提供給用戶的幾種模式中，保通信質(zhì)量模式為只改變發(fā)射功率，不改變調(diào)制方式、編碼方式、編碼速率和傳輸速率，適用于對信道質(zhì)量要求較高的情況；保通信速率模式為數(shù)據(jù)傳輸速率不變，可以改變發(fā)射功率、調(diào)制方式、編碼方式和速率，適用于對信道質(zhì)量要求一般但需要保證數(shù)據(jù)帶寬的情況；保調(diào)制解調(diào)模式為調(diào)制方式不變，可以改變發(fā)射功率、編碼方式和速率，適用于頻譜資源有限的情況；保編碼方式模式為不改編碼方式，可以改變發(fā)射功率、調(diào)制方式、編碼速率和傳輸速率，適用于對信道誤碼率要求較高的情況；保編碼速率模式為不改編碼速率，可以改變發(fā)射功率、調(diào)制方式、編碼方式和傳輸速率，適用于對信道誤碼率要求較高的情況；保功率穩(wěn)定模式為發(fā)射功率不變，可以改變調(diào)制方式、編碼方式和速率、傳輸速率，適用于對功率穩(wěn)定度有較高要求的情況。

（3）系統(tǒng)初始值設定。針對四種自適應模式，分別設定初始功率補償值、最大功率補償值，除保功率穩(wěn)定模式外，另外三種模式都可以先功率補償一部分衰減再改變調(diào)制方式等參數(shù)補償一部分衰減，剩余部分再進行功率補償；設定調(diào)制方式可選范圍，如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM等，自適應時遵循由高階到低階逐級改變的原則，避免大幅度改變調(diào)制方式；設定編碼方式可選范圍，如LDPC、TPC等，自適應時改為編碼增益高的編碼方式；設定編碼速率可選范圍，如1/2，3/4，7/8，等，自適應時遵循由高速率到低速率逐級改變的原則；設定傳輸速率可選范圍，范圍中的數(shù)值應為按照現(xiàn)有速率百分比設定，如：可選范圍10%～50%。

（4）當自動模式下仍不足以補償雨衰對信道的影響時，能夠進行告警并可切換為手動模式。

（5）雨衰結(jié)束判定。當跟蹤接收機接受信噪比恢復至降雨前水平時判定為雨衰影響結(jié)束，將判定結(jié)果反饋至對通地面站，同時進行參數(shù)比對，將信道參數(shù)狀態(tài)恢復至雨衰前的狀態(tài)。

4結(jié)語

本文在對比現(xiàn)有自適應技術的基礎上，分析得到現(xiàn)有技術存在的局限性。通過設計新型自適應抗雨衰控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)可靠性、有效性和經(jīng)濟性的統(tǒng)一，滿足不同用戶對通信效果的不同需求。

參考文獻

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[2] 王艷嶺，張健全，王國波.基于Turbo碼的自適應Ka頻段抗雨衰控制[J].信號與信息處理，2012（11）：14-16.

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第7篇：衛(wèi)星通信的基本原理范文

 

關鍵詞：通信原理實驗　教學改革　教學方法　設計性實驗 

受高校擴招的影響，大學生就業(yè)成了各高校普遍面臨的一個關鍵問題。相對地，3G、物聯(lián)網(wǎng)等通信相關產(chǎn)業(yè)具有巨大的人才缺口。通信技術的迅猛發(fā)展，電子科技大學實驗課程必然要緊密結(jié)合當今的科技發(fā)展。要抓住機遇，培養(yǎng)具有市場競爭力的專業(yè)人才，就要在專業(yè)教學過程中著重培養(yǎng)學生的實踐能力，成為市場所需要的人才。 

實驗教學作為高等學校教學工作的重要組成部分，對培養(yǎng)學生的動手能力、分析解決問題的能力、正確的思維方法及嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L等方面起著不可替代的作用，它是培養(yǎng)實踐型人才的重要途徑。基于上述認識，實驗課程應與現(xiàn)代科技同步發(fā)展，從而制訂出實驗課教學改革的具體實施方案。 

1通信原理實驗課程特點 

通信原理是通信、電子工程等專業(yè)的主干課程之一，是移動通信、光纖通信、衛(wèi)星通信、計算機通信等后繼專業(yè)課程的基礎，也是許多高校研究生入學考試的課程之一。課程主要講述信號傳輸?shù)幕驹?、方法和性能，結(jié)合實際的有線與無線通信系統(tǒng)的工作原理，使學生系統(tǒng)地了解和掌握現(xiàn)代通信的基礎理論和設計思想。該課程內(nèi)容豐富、理論抽象，對工程數(shù)學及其應用能力要求高，從而導致學生學習的難度偏大，很容易“畏難而退”。通過開設通信原理實驗課程，使理論與實踐的結(jié)合，既有助于提高學生的學習興趣，加強理論知識的掌握，又可以培養(yǎng)學生的動手能力，將大大提升通信工程專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。 

鑒于目前通信原理實驗課程的內(nèi)容單一，以驗證性實驗為主，效果一般，重新規(guī)劃通信原理實驗課程，從教學資源和教學方法兩個方面進行整合改革。 

2多種實驗平臺的整合 

基于通信原理課程的特點以及實驗設計的目的，實驗平臺的選擇是至關重要的。在現(xiàn)有條件下，適合應用在通信原理實驗當中的平臺主要有通信原理實驗箱、計算機仿真平臺以及設計平臺。在操作不同類型的通信原理實驗過程中, 這些平臺各有優(yōu)缺點，應針對各種實驗方式的特點進行設計，達到最佳效果。 

2.1 實驗箱平臺 

實驗箱平臺一直是通信原理實驗使用的傳統(tǒng)教學方式，這種平臺對驗證性實驗比較適用，有利于加深通信原理單個知識點的理解。對實驗箱的使用，需著重考慮實驗課和理論課的協(xié)調(diào)配合，避免出現(xiàn)實驗內(nèi)容與理論內(nèi)容脫節(jié)，超前或滯后的方式，針對這一問題，在具體教學中可采用課程組長負責制，由課程組長整體協(xié)調(diào)理論課和實驗課內(nèi)容，以達到最佳實驗效果。 

2.2 軟件仿真平臺 

可用于通信原理實驗的仿真軟件主要有兩款：Systemview和Matlab。這兩款軟件都可進行通信系統(tǒng)的仿真設計與分析，有助于學生構(gòu)建系統(tǒng)整體概念，是對理論課所學知識的一種綜合應用。可讓學生自己動手，對常用的模塊自己編寫文件，從具體模塊的實現(xiàn)到整體系統(tǒng)的架構(gòu)，可很好的加強學生對知識的掌握，有助于培養(yǎng)綜合思維能力。 

2.3 EDA的實驗平臺 

EDA實驗平臺相對于傳統(tǒng)的通過一些專用集成芯片搭建通信系統(tǒng)的實驗方式，可以避免使用種類繁多的專用集成芯片，從而簡化了電路。學生用硬件描述語言編寫程序，可以在同一可編程邏輯器件上完成各種不同的通信技術，避免了連線的繁瑣。并且可以在一個通用的基于EDA的硬件平臺上，來實現(xiàn)所有的實驗內(nèi)容。而且要采用EDA技術，學生必須自己在充分掌握實驗理論的基礎上自己編寫程序，這有別于傳統(tǒng)實驗中學生只需按照實驗步驟連接電路甚至不需要了解原理也可以完成實驗。這將大大調(diào)動學生的創(chuàng)造性和主觀能動性，對提高學生的實驗興趣也有很大的幫助。 

總體而言，實驗平臺的選擇主要是充分利用學?，F(xiàn)有的教學條件，盡量在現(xiàn)有條件下為學生提供更多的實驗機會，充分培養(yǎng)學生的實踐能力，提高學生的競爭力。 

第8篇：衛(wèi)星通信的基本原理范文

關鍵詞：CDIO 通信原理 教學改革

中圖分類號：G623 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）09（a）-0167-01

《通信原理》課程是電子信息工程類專業(yè)一門重要的專業(yè)核心課，也是通信專業(yè)《衛(wèi)星通信》《光纖通信》等后續(xù)專業(yè)課的基礎，因此許多學校將《通信原理》列為通信類專業(yè)研究生入學考試的必考科目。

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思（Conc eive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程。從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。CDIO的理念不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實施以及檢驗測評的12條標準。CDIO實質(zhì)是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達，強調(diào)在課程教學和人才培養(yǎng)過程中利用專業(yè)知識解決工程問題的能力。CDIO已在國內(nèi)外工程領域人才培養(yǎng)中取得成功，為本科生的教學和培養(yǎng)提供了寶貴經(jīng)驗。圍繞CDIO工程教育理念，修訂通信原理課程教學和人才培養(yǎng)方案，有效落實教學和實踐計劃，有利于保障培養(yǎng)質(zhì)量。

1 教學改革

1.1 充分利用我校農(nóng)業(yè)科研優(yōu)勢，將學與用充分結(jié)合，使學習的內(nèi)容和理論，從科研中來，到科研中去

充分利用我校農(nóng)業(yè)科研優(yōu)勢，以工程應用為背景，以解決項目問題為目的，在教學過程中采用以提出問題―分析問題―理論學習―解決問題為總體思路的教學模式，使學習的內(nèi)容和理論，從科研中來，到科研中去，學以致用，使學生能夠充分掌握所學理論，對于其創(chuàng)新能力和科研能力的培養(yǎng)具有重要意義。結(jié)合黑龍江省農(nóng)業(yè)發(fā)展需要，培養(yǎng)具有農(nóng)業(yè)應用和管理技能的本科畢業(yè)生。

1.2 引導學生主動學習，啟發(fā)思考

CDIO提倡通過一體化學習經(jīng)驗帶動起科學知識與個人和人際交往能力，通過產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)建造的能力，使得在工作實踐和學科問題上進行有效的結(jié)合。這就需要老師要做到改變教學方法，讓學生找到與之適應的學習方法。教師不僅要樹立以學生自身為中心的學習觀念，還應當培養(yǎng)學生自學。例如，可以采用探究式的教學方法，將問題設置其中，把學生的興趣提高到最高點，從而引導學生進行思考，通過這種方法，不僅培養(yǎng)了學生的問題意識，也鍛煉了學生的思維習慣，真正做到了學生作為學習的主體性和參與性。學生則應主動學習，致力于對問題的思考和解決，主動學習包括如合作和小組討論、辯論及概念提問，自行設計實驗對結(jié)論進行驗證，從而提升學習能力并養(yǎng)成終身學習的習慣。

教師在進行通信原理教學過程中，可以適當引入使用MATLAB處理信號的實例，比如，語音濾波等，激發(fā)學生的學習興趣，強調(diào)理論和實踐并重。設計問題，在學習和解決問題中培養(yǎng)興趣和信心。對通信原理中的部分內(nèi)容，采用自學、提問、總結(jié)和討論的方式進行教學，讓學生體驗和享受學習過程和交流空間。設計有應用背景的課程實驗，使學生在深入和解決問題的過程中拓展思維。

1.3 充分利用多媒體教學手段

近年來，多媒體教學作為教學手段的主流方式之一。多媒體教學具有信息量大、傳播速度快、直觀效果強等特點，大大提高了教學效果，通過多媒體的教學方式，是師生在教學設備、教學方式上都發(fā)生了重大改變。

在通信原理的教學中，充分利用多媒體教學手段可以形象、生動、實時的展示信號傳輸前后的差異，能夠充分的展示信號處理理論在通信工程項目中的應用，啟發(fā)學生的思考。例如，在各種調(diào)制方式的講解中，引入多媒體教學，克服了教師板書畫圖的效率低，效果差的問題，能生動形象地展示調(diào)制解調(diào)過程，是學生更容易理解并提高學生的學習興趣。

1.4 考試考核形式的改革

對學生的考核是對其具體學習成果的度量，也是檢驗教學改革和教師教學成果的重要手段，同時，也是這質(zhì)量控制系統(tǒng)中的重要反饋環(huán)節(jié)。對于本科生教學來說，更注重的是其自主學習、思考、創(chuàng)新能力以及將所學理論應用于科學研究和工程實踐能力的培養(yǎng)，因此，傳統(tǒng)的考試形式不符合本科生教育的培養(yǎng)目標。CDIO重視個人、人際交往能力，產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的建造能力，并將這些方面納入課程內(nèi)容和學習經(jīng)驗中，因而，必須找到有效的考核方法來評估結(jié)果。在進行通信原理的教學中，應根據(jù)課程性質(zhì)，選擇有效的考試和成績評定形式，必須突破原來比較單一的模式，引入形式多樣、靈活科學的考核手段，例如，除了傳統(tǒng)的筆試和口試方法，也可通過讓學生做專題報告、課堂討論、提交論文等形式，重點培養(yǎng)學生自主學習、思考和創(chuàng)新的能力。

2 結(jié)語

本課題基于CDIO工程教育模式，探索如何從農(nóng)業(yè)工程應用角度對本科生通信原理課程在教學內(nèi)容、教學方法、教學手段等方面進行研究和改革，使學生更好地掌握通信技術的基本原理，在科學研究和工程實踐中給予充分的應用，培養(yǎng)具有較強工程實踐能力的高素質(zhì)本科生。本課題以黑龍江八一農(nóng)墾大學通信工程專業(yè)為試點，在通信原理課程的教學中實施基于CDIO工程教育模式的教學改革，其研究成果對國內(nèi)農(nóng)業(yè)院校相關專業(yè)本科生通信原理課程及相似課程的教學具有示范作用和推廣價值，希望能在理論教學中更多的結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐，為培養(yǎng)農(nóng)業(yè)方面的應用型人才發(fā)揮作用。

參考文獻

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第9篇：衛(wèi)星通信的基本原理范文

關鍵詞：超寬帶；無線通信；實現(xiàn)結(jié)構(gòu)；應用與發(fā)展

1UWB技術簡介

1.1什么是UWB

UWB（Ultra Wideband）是一種無載波通信技術，采用納秒到微微秒級的非正弦波窄帶脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因而能夠在較寬的頻譜上傳送功率極低的信號，UWB可以在10米左右范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)百Mbps到數(shù)Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率。

1.2UWB的特點

（1）不用載波，而采用時間間隔極短（小于1ns）的脈沖波進行通信。

（2）能利用納秒到微微秒級的非正弦波窄帶脈沖傳輸數(shù)據(jù)。通過較寬的頻譜來傳送極低功率的信號，UWB可以在10米左右范圍內(nèi)達到數(shù)百Mbit/s到數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

（3）抗干擾性能比較強，傳輸速率很高，系統(tǒng)容量大且發(fā)送功率非常小。UWB系統(tǒng)發(fā)射功率很小，通信設備能用低于1mW的發(fā)射功率就可以實現(xiàn)通信。同時，低發(fā)射功率能延長系統(tǒng)電源的工作時間。并且，發(fā)射功率小，意味著其電磁波輻射對人體造成的影響也會很小，應用面就廣。

目前，超寬帶的傳輸距離都在十米之內(nèi)，它的傳輸速率達到了480Mbps，與同類技術相比，是藍牙標準的159倍，是WiFi標準的18.5倍，很適合傳輸數(shù)據(jù)量較大的多媒體信息。

總結(jié)：抗干擾性能強、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)送功率小、保密性好。

2UWB的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)

簡單UWB發(fā)射器的設計與實現(xiàn)如圖1所示。

3國內(nèi)外UWB技術研究歷程

3.1國外UWB技術的研究

美國Intel公司在2002年2月28日舉辦了“Intel Developer Forum（IDF）Spring 2002”開發(fā)商會議，公開演示了UWB（超寬帶技術）――下一代無線通信技術。它主要有以下3大特點：（1）高達數(shù)百Mbps的高速率通信。（2）耗電量不到現(xiàn)有無線技術的百分之一。（3）相對于現(xiàn)有無線技術成本低。

Intel總裁保羅?奧特里尼已宣布：“將會在Banias中集成無線LAN的功能”。Banias是能夠和Crusoe抗衡的低耗電處理器，在2003年上半年便已開始供應。

歐盟以及日本也很重視UWB，紛紛開展了研究計劃。由Wisair、Philips等六家公司成立了Ultrawaves組織。主要研究家庭等是室內(nèi)環(huán)境內(nèi)UWB在AV設備高速傳輸?shù)目尚行浴TMicro、Thales集團和Motorola等多家公司團體成立了UCAN組織，利用UWB實現(xiàn)PWAN的技術，其中包括MAC層、實體層、路由以及硬件技術等。瑞士的IBM研究公司和英國的Philips等四十多家研究團體組成了PULSERS組織，主要研究UWB的位置測量技術以及近距離無線界面技術。

3.2國內(nèi)對UWB技術的研究

中國早在2001年9月初就在“十五”國家863計劃通信技術主題研究項目中將“UWB無線通信的關鍵技術以及其共存和兼容的技術”首次作為無線通信的研究內(nèi)容，以此鼓勵國內(nèi)學者關注這方面的研究。當下，常州唐恩軟件科技有限公司，研制了基于UWB技術的高精度定位系統(tǒng)，能夠在室內(nèi)環(huán)境實現(xiàn)3D高精度定位，是當今無線電實時定位領域最先進的定位系統(tǒng)之一。

4UWB的主要應用

4.1軍用方面

超寬帶的一個介于雷達與通信中間的應用是精確地理定位，比如利用UWB技術提供3D地理定位信息的設備。此系統(tǒng)是由無線塔標和移動漫游器組成的。它的基本原理是，通過漫游器和塔標間的包突發(fā)傳送實現(xiàn)航程時間的測量，再經(jīng)過往返時間測量值的對比，再分析便能得到目標的精確定位。UWB地理定位系統(tǒng)一開始主要應用于軍事領域，它可以實現(xiàn)士兵在城市環(huán)境下能以高分辨率測定自身所處位置。

4.2民用方面

超寬帶同樣適用于短距離高速寬的帶無線接入和數(shù)字化音視頻的無線連接等相關民用領域。家庭數(shù)字娛樂中心是超寬帶技術的一個重要應用。它的概念是：家庭住宅中的PC、PAD、家電等智能設備會與Internet連接在一起，你可以在家中以及周邊短距離內(nèi)使用它們。

5UWB未來的發(fā)展

5.1Blutooth+UWB

UWB自身的一些缺點使得它無法被普及和廣泛使用。由于缺乏可靠的安全性、信令技術、很強的匹配能力及功率適配等問題，UWB極不適用便攜式設備，因而面臨著淪為小市場技術而落后的危險。與此相同時，藍牙技術已經(jīng)很成熟可靠并且高效，而UWB的低功耗高速率正好能彌補藍牙的缺點，可以將UWB引入便攜式設備的大市場。

5.2RFID+UWB

各類技術之間的融合應用可以彌補各自的缺點。RFID與UWB技術的融合應用，能大大推進信息數(shù)字化的建設。