卫星通信导论习题答案精编版.docx
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卫星通信导论习题答案精编版
1.2
1T=100.45min
2T=114.08min
3T=358.98min
4T=718.70min
5T=1436.1min
第1章题解
V=7.4623km/s
V=7.1523km/s
V=4.8809km/s
V=3.8726km/s
V=3.0747km/s
1.4
184231km,281ms
2160ms
337500km
第2章题解
2.1
（1）
188.23dB,
187.67dB
⑵
200.00dB,
195.97dB
⑶
207.20dB,
205.59dB
⑷
213.98dB,
209.73Db
2.2
d=37911km
：
=393°
Lf=199.58dB
2.5
G/T=32.53dB/K
2.6
f0.5「、0.5■-
馈线输入端T=TaT01010-1TLna1010
=171°
lna输入端
=153°K
2.7
3X10②W/Hz
217°K
EIRP=48dBW
G/T=2.4dB/K
2.9
⑴30.9dBi;39.4dBi;48.9dBi
⑵38.2dBi
4.8m（T0=290K）
2.10
3.0dB噪声系数的噪声温度为0.995T0=288.6K（T0=290K）
3.1dB噪声系数的噪声温度为1.042T0=302.2K（T0=290K）
2.11
44.6+31.5+100+3=179K
2.12
50一115000
噪声温度为57-1百290•1004199.8K
10.110.」10
2.13
EIRP=47dBW
2.14
C/N=12.5dB
11
⑵N盲=0.006309-0.003981=0.002328
"102.2102.4
于是，所需的上行C/N=26.3dB
2.15
（1）链路损耗L=92.44+20lg37500+20lg6.1=199.6dB
（2）卫星转发器输入功率C=20+54-199.6+26=£9.6dBW
卫星转发器输出功率C=110-99.6=10.4dBW=11W
⑶N=-228.6+10lg500+10lg36M=T26.0dBW
⑷C/N=26.4dB2.16
（1）卫星转发器发射的每路功率为T4dBW/路=0.04W/路
（2）地球站接收载波功率C=-4.0£06+30+40=-50Dbw
地球站输入端噪声功率N=E28.6+10lg150+10lg50K=-59.8dBW
2.17
载噪比C/N=9.8dB⑶余量=9.860=3.8dB
（1）链路损耗L=92.44+20lg38500+20lg12.2=205.9dB
（0.5兀、
（2）接收天线增益G=10lg0.55I=33.5dBi
（0.02459丿
C=10lg200+3443+33.5-!
05.9-=-19.4dBW
2.18
⑷C/N=15.8dB
余量5.8dB
（5）强降雨时
接收载波功率C=-19.4-=-21.4dBW
噪声功率N=^228.6+10lg260+10lg20M=-31.5dBW
载噪比C/N=10.1dB
余量0.1dB
（1）链路损耗L=92.44+20lg37500+20lg6.1+2=201.6dB
⑵噪声功率N=-28.6+10lg500+10lg36M=-26.0dBW
（3）转发器输入载波功率C=10lg100+54+26t201.6=-01.6dBW
载噪比C/N=24.4dB
（4）卫星发射功率110-01.6=8.4dBW或6.9W
2.19
链路传输损耗L=92.44+20lg2000+20lg2.5=166.4dB
地球站接收载波功率C=10lg0.5+（1843）+1-66.4=-53.4dBW
地球站噪声功率N=^228.6+10lg260+10lg20K=-161.5dBW
载噪比C/N=8.1dB
第3章题解
3.2由图3-3得输入回退6dB;由图3-4得输出回退3dB。
3.3
（1）77.11dBHz
（2）41.51dBW
3.4
（2）一帧内：
1个参考突发，8个业务突发
一帧内开销比特：
560（参考突发）+9心20（9个保护时隙）+8X560（8个报头）
=6120bit
效率=（40800-6120）/40800=0.85；
（3）承载的信息速率:
（40800-6120）/0.002=17.34Mb/s
承载的信道数:
17340/64=270.9
mB|F2汉36
3.5Rb—60Mb/s
1+P1+0.2
EbT
3.6
（1）EIRPbRbLk
n°G
=12+63.11-10-228.6+212=48.51dBW
Ptf=48.51-46=2.51dBW（1.78W）
（2）Ptt=57.54-46=11.54dBW（14.26W）（Rb提高8倍，使所需的EIRP提
高9.03dB）
3.7
（1）C/N=34-201-75.6+228.6+35=21.0dB
10亠6x36由回退带来的允许接入的5MHz带宽的载波数为K2
4.5
（2）设36MHz带宽内最多容纳6个5MHz带宽的载波。
由图3-4可得：
输出回退6dB相当于输入回退8dB。
由图3-3得6载波时，输入回退
8dB的载波-互调比约为16dB。
试算6载波时的下行载噪比：
回退6dB后，每载波EIRP=34-6-10lg5=21dBW
每载波的接收载噪比=21-201-67+228.6+35=16.6dB
考虑到6载波时的载波-互调比为16dB，因此接收总的信噪比（含互调噪声）约为13.2dB。
它比要求的12dB门限高些，可认为是带宽受限系统。
如果要求的接收信噪比门限为15dB，则为功率受限系统。
3.8
（1）TDMA地球站发射功率=13-105-63-22+200=23dBW=200W
地球站接收载噪比
（136020-196）dB
（2075.6-228.6）dB
地球站接收（C/N）=28.4dB
（2）FDMA地球站发射功率：
一个FDMA地球站在转发器输出端的功率为13dBW（20W）-6dB（回退）-7dB（5个站功率
叠加）=0dBW=1W
转发器接收的来自一个FDMA站的功率=-105dBW
FDMA地球站发射功率=-105+200-63-22=10dBW=10W
上行载噪比：
载波功率=10+63+22-200=-105dBW
噪声功率（噪声带宽36/5MHZ）=27.4+68.6-228.6=-132.6dBW
上行载噪比=-105+132.6=27.6dB
下行载噪比：
载波功率=0+60+20-196=-116dBW
噪声功率（噪声带宽36/5MHZ）=20+68.6-228.6=-140dBW
下行载噪比=-116+140=24dB
由图3-4可得：
输出回退补偿6dB相当于输入回退约8dB。
由图3-3可得：
输入回退8dB时，互调载噪比为16.5dB。
地球站接收（全链路）接收载噪比=15.5dB（若不考虑互调噪声干扰，载噪比为22.4dB）
3.9
（1）手持机解调后、判决前，只需在确定的时段内提取本站的数据信息，其接收噪声
带宽较窄（单路）；而卫星接收10路信号（连续TDMA数据流）,接收噪声带宽较宽。
1+P1+0.5
（2）上行射频带宽：
BinR100KHZ=150KHz
m1
一1+0.5
下行射频带宽：
Bout100KHz=75KHz
2
（3）上行链路:
卫星接收载波功率=-7.0+18+1-161=-149dBW
星上接收端噪声功率谱密度=-228.6+27=-201.6dBW/Hz
卫星接收信噪比=-149-40+201.6=12.6dB
误码率为104，所需信噪比为8.4dB。
于是，链路电平衰落余量为4.2dB。
（4）下行链路：
用户接收载波功率=-7+18+1-160=-148dBW
用户接收噪声功率谱密度=-228.6+24=204.6dBW/Hz
用户接收信噪比=-148-40+204.6=16.6dB
BER=10*所需信噪比为8.4dB，因此链路电平衰落余量为8.2dB。
3.10
无高斯噪声时，n=32
有高斯噪声时，n=16
3.11
G
nP此处Eb.T0为信噪比
Eblo
12
n=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：
6429.33=1.877Mb/s
转发器带宽：
30M（1+0.5）=45MHz
但需增加信息发射功率。
采用FDMA或TDMA方式，可提高卫星转发器的传输信息量,
第4章题解
4.3
4.4
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代鬻卡96106km2
4.5
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
EIRP=-129.3+210.8-33.4=48.1dB
4.6
111
1q0.1（s/N）u二100.7一100.1（S/N）d
下行（S/N）,dB
7.2
8.0
9.0
11
14
16
18
20
上行（S/N）,dB
20.4
13.9
11.3
9.2
8.0
7.6
7.4
7.2
4.7
全链路信噪比10lg（1/0.2585）=5.9dB
误码率约10启
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210
4.12
一帧比特数:
200+8100=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。
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
D（m）
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
G（dBi）
40.7
38.8
36.3
32.8
26.7
日05=70上=1.5/D
D
D（m）
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
日0.5（o）
1.5
1.88
2.5
3.75
7.5
天线辐射特性（增益与方向偏离角的关系）
D（m）
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
H3dB波束宽（0
1.5
1.88
2.5
3.75
7.5
-6dB波束宽（0
2.25
2.82
3.75
5.63
11.25
-0dB波束宽（o）
3.0
3.76
5.0
7.5
15.0
偏离波束主轴3o时，天线增益的估值
D（m）
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
偏离3o的G下降值（dBi）:
10
7.0
4.4
2.0
1.2
偏离3o的天线增益（dBi）
30.7
31.8
31.9
30.8
25.5
发射功率为1.0W、0.5W和0.1W时，波束轴线上的EIRP
D（m）
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
1.0W,EIRP（dBW）
40.7
38.8
36.3
32.8
26.7
0.5W,EIRP（dBW）
37.7
35.8
33.3
29.8
23.7
0.1W,EIRP（dBW）
30.3
28.8
26.3
22.8
16.7
发射功率为1.0W、0.5W和0.1W时，偏离波束轴线3o的EIRP
D（m）
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.5W,EIRP（dBW）
30.7
31.8
31.9
30.8
25.5
0.2W,EIRP（dBW）
27.7
28.8
28.9
27.8
23.5
0.1W,EIRP（dBW）
20.7
21.8
21.9
20.8
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,如正父极化隔离，频率隔离或参差。
5.3
⑴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
1+口1+04
BRb256=179.2KHz
m2
（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1937=15.3dB
⑷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=10.2564K二160KHz
1
相邻信道间保护带宽为200-60=40KHz
转发器能容纳的上行最大信道数54/0.2=270
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乞09.2=-31.5dBW上行C/N=18.1dB
（3）
所需下行C/N
C/N=16.1dB
⑷
链路损耗L=92.44+20lg39000+20lg11.7+2=207.6dB
所需下行EIRP=16.1+207.6E28.6+10lg150+10lg160000-48.5=20.4dBW
所需卫星发射功率20.4£4=-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
为功率受限
⑹
链路损耗L=92.44+20lg39000+20lg14.1+2=209.2dB
地球站的EIRP10lg200+50-=70.0dBW
卫星G/T=34/10lg500=7dB/K
对1Mb/s的上行载噪比C/N=70+77209.2+228.6-0lg1M=36.4dB
（7）
卫星EIRP=34-+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。
⑴轨道高度700km的LEO卫星：
在轨速度V398601.5827015km/hour
V（6378.137+700）
（2）轨道高度2000km的LEO卫星：
（3）轨道高度8000km的MEO卫星:
（4）
轨道高度20000km的MEO卫星:
轨道周期TsS严7；；37。
；：
0000）=42636sec.=11hr.50min.36淤
⑸轨道高度35786km的GEO卫星：
八一398601.58一
Y（6378.137+35786）
6.2在最小仰角为10o,系统工作频率为1.6GHz时，计算LEO、MEO和GEO的典型自由空间传播损耗和传播延时。
解：
为计算自由空间传播损耗和传播延时，需要知道传输距离。
根据（6-23）可以计算10仰角
时的最大星地距离，再根据第二章公式（2-8）计算最大自由空间传播损耗。
（1）轨道高度700km的LEO卫星：
最大星地距离d星地^；Re2sin2（10）2700Re7002-Resin（10）=2155km
自由空间传输损耗Lf=92.4420lg215520lg1.6=159.1101dB
传输延时•=d星地/C二7.2ms
（2）轨道高度2000km的LEO卫星：
最大星地距离d星地二Re2sin2（10）22000Re20002—Resin（10）=4437km
自由空间传输损耗Lf-92.4420lg443720Ig1.6=165.3813dB
传输延时•=d星地/C=14.8ms
（3）轨道高度8000km的MEO卫星：
最大星地距离d星地=；Re2sin2（10）28000Re8002-Resin（10）=11826km
自由空间传输损耗Lf=92.4420Ig1182620Ig1.6=173.8968dB
传输延时--d星地/C-39.4ms
（4）轨道高度20000km的MEO卫星：
最大星地距离d星地^自由空间传输损耗Lf=92.4420Ig2451220Ig1.6=180.2275dB
传输延时•=d星地/C=81.7ms
⑸轨道高度35786km的GEO卫星：
最大星地距离d星地=£Re2sin2（10）一2一35786一Re_357862-Resin（10）=40586km
自由空间传输损耗Lf=92.4420lg2451220Ig1.6=180.2275dB
传输延时.=d星地/C=135.3ms
6.3全球星系统的卫星轨道高度为1414km，在最小仰角为10o时，求单颗卫星的最大覆盖地
心角，覆盖区面积和卫星天线的半视角。
解：
根据式（6-20）可以求解最大覆盖地心角；根据式（6-24）可以求解覆盖区半径，再通过球冠
面积公式求解覆盖区面积；根据式（6-21）可以求解卫星天线的半视角。
r-Reni
最大覆盖地心角:
-max=2arccoscos（10）-10=52.5668
1414Re
最大覆盖半径X=Resin（52.5668/2）=2824.3km
覆盖区面积A=2二Re2：
1-cos（52.5668/2）]-2.6426107km2
6.4某地面观察点位置为（120oE，45oN），卫星的瞬时位置为（105oE，25oN），轨道高度为2000km。
计算该时刻地面观察点对卫星的仰角。
解:
由已知条件，可以根据式（6-25）求得地面观察点与卫星间所夹地心角，再通过式（6-22）可
以求解仰角。
地心角〉=arccosbin（45）sin（25）亠cos（45）cos（25）cos（120-105）I-23.3854
（2000-Re）cos（23.3854）-Re
仰角E=arctan21.5280
|（2000Re）sin:
（23.3854）
6.5“铱”系统卫星的轨道高度为780km,在最小仰角为10o时，试计算单颗系统卫星能够
提供的最长连续覆盖时间Tcoun。
解：
题解过程与例6.2一样。
卫星角速度
-s=2二/T卫星398601.5：
，110had/s=0.0597/s
耳（780+Re）
最长连续服务时间tmax=2〉max/飞>625s=10min25sec.
6.6某星座系统的卫星轨道高度为1450km，每个轨道面上的卫星数量为8颗。
在最小仰角
为10o时，计算每个轨道面上8颗卫星形成的地面覆盖带的宽度。
解：
首先根据式（6-20）确定单颗卫星的最大覆盖地心角：
•，再根据式（6-26）可以直接计算覆盖
带宽度。
6378137
单颗卫星最大覆盖地心角:
-max=arccoscos10-10=26.64
14506378.137
地面覆盖带的宽度C=2c=2arccos[C°S（26.64）]=29.3008
cos伉/8）
6.7已知全球星（Globalstar）星座的Delta标识为：
48⑻1:
1414:
52，假设初始时刻星座的第一个轨道面的升交点赤经为0o,面上第一颗卫星位于（0oE,0oN），试确定星座各卫星的轨道参数。
解：
根据6.3.3.1中Delta星座标识方式的描述可知：
相邻轨道面的升交点经度差：
360o/8=45o;
面内卫星的相位差：
3600/（48/8）=60o
相邻轨道面相邻卫星的相位差：
360oX1/48=7.5o
再根据已知的第一颗卫星的初始位置，可以得到所有卫星的初始轨道参数如下表。
轨道面
卫星编号
升交点赤经
初始弧角
轨道面
卫星编号
升交点赤经
初始弧角
1
Sat1-1
0
0
5
Sat5-1
180
30
Sat1-2
0
60
Sat5-2
180
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