本科卫星通信课后习题.docx
《本科卫星通信课后习题.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《本科卫星通信课后习题.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
本科卫星通信课后习题
第一章绪论
1、卫星通信有哪些特点？
解：
卫星通信的特点：
（1）通信距离远，且费用与距离无关；
（2）覆盖面积大，可进行多址通信；
（3）通信频带宽，传送容量大；
（4）机动灵活；
（5）通信线路稳定、可靠。
2、卫星通信系统由那些部分组成？
各部分的作用是什么？
解：
卫星通信系统由以下部分组成：
A、卫星：
接收地面传来的信号，进行处理后再发回地面，并对地面发来的指令进行姿态调整等操作；
B、地球站：
用户终端通过它们接入卫星线路；
C、跟踪遥测及指令系统：
对卫星进行跟踪测量并对卫星在轨道上的位置和姿态进行监视和控制；
D、监控管理系统：
对卫星的通信性能及参数进行通信业务开通前和开通后的监测与管理。
3、卫星地球站的收发系统与地面微波中继站的收发系统相比，它有哪些不同？
为什么？
4、试计算地球站与卫星间的电波传播路径时延（传播距离d按4×104km计算）等于多少？
解：
来回的传播时延＝2×4×107/3×108＝0.8/3＝0.27秒
第二章调制技术
1、试解释QPSK和SQPSK系统的不同点。
与QPSK系统的差分编译码器相比，SQPSK调制器的差分编译码器是简单了还是复杂了？
哪个系统的包络波动较大？
解：
QPSK的I、Q支路在时间上是对齐的，即同时发生跳变。
而SQPSK的I、Q支路在时间上错开了半个码元，即不会同时发生跳变。
因此，QPSK中最大的相位跳变为180°，而SQPSK中最大的相位跳变为90°，因此QPSK包络的起伏更大。
同样，因为SQPSK能从时间上区分I、Q支路，因此I、Q可以分别进行二进制的差分编码，因而与QPSK的四进制差分编码相比，SQPSK的差分编码更为简单。
2、如果Pe要求为10-4，试问一个fb＝45Mbps速率的DQPSK调制解调器的C/N要求是多少？
假定接收机的噪声带宽为30MHz。
解：
，
3、解释QPSK、SQPSK和MSK中相位过渡的不同。
为什么SQPSK的相位过渡限于90°？
MSK中无相位突变的理由是什么。
解：
QPSK中I、Q支路同时跳变，因此其最大相位跳变为180°。
SQPSK中I、Q支路在时间上错开了半个码元，不能同时发生跳变，因此相位跳变限于90°。
MSK中先对I、Q支路的信号进行了波形加权（也称为成形滤波），再对正交载波调制后相加，最后合成为MSK信号，因此避免了相位的突变。
4、某DQPSK系统，输入的四进制序列{xi}为0，1，3，0，3，2，3，1，3，0，1，当初始状态分别为0，1，2，3时，求差分输出序列{yi}和相对码二进制序列。
解：
xi
起始值
0
1
3
0
3
2
3
1
3
0
1
yi＝xi＋yi－1
0
0
1
0
0
3
2
3
1
0
0
1
1
1
2
1
1
0
2
1
2
1
1
2
2
2
3
2
2
1
3
2
3
2
2
3
3
3
0
3
3
2
0
3
0
3
3
0
相对的二进制序列：
（以自然码表示）
0
00
01
00
00
11
01
00
01
00
00
01
1
01
10
01
01
00
10
01
10
01
01
10
2
10
11
10
10
01
11
10
11
10
10
11
3
11
10
11
11
10
00
11
00
11
11
00
5、设QPSK信号在信道中传输后的误比特率为Pe，证明：
当Pe很小时，QPSK差分译码器输出的误比特率为PDQPSK＝2Pe（1－Pe），并说明为什么经差分译码后误比特率会增大。
解：
差分译码时，若输入端有单个比特的错码，则输出引起2个错码；若输入端有2个连续的错码，则输出也引起2错码；若输入有2个以上连续的错码，则输出仍引起两个码元的错误。
因此，令Pn表示一串n个码元连续这一事件出现的概率，n＝1，2，3…；则译码器输出的误码率为PDQPSK=2P1+2P2+2P3+…+Pn+...。
另外，出现一串n个码元连续错误等效于“n个码元同时出错但错码两端都有一码元不错”，所以
Pn=（1-Pe）2Pen，n＝1，2，3…
所以PDQPSK=2（1-Pe）2（Pe+Pe2+Pe3+…+Pen+...）=2（1-Pe）2Pe/（1-Pe）=2Pe（1-Pe）
因为发生单个比特差错的概率远大于其他发生差错的概率之和，因而导致差分译码后误比特率的增大。
6、设｛aK｝为－1，－1，1，－1，－1，1，1，－1，1，－1，1，1，1，1，－1，画图说明MSK信号的调试过程。
解：
7、假定有一速率为60Mbps的数据经由18MHz的转发器传送。
为达到这个目的应采用哪一种调制技术？
如果Pe要求为10－8，则Eb/n0值应是多少？
解：
A、频带利用率应为60/18=3.3bits/Hz
所以应采用16QAM调制技术。
B、因为Pe16QAM=3/2*erfc[Ps/10n2]1/2=10-8
则erfc[Ps/10n2]1/2=0.67*10-8
Ps/10n2=42=16
Ps/10n2=160
8、假定一个16QAM信号，通过一只饱和TWT发送出去，这个系统的信号状态空间图和Pe性能会发生什么变化？
采用什么技术措施来消除非线性放大器对16QAM系统性能的影响。
解：
系统的信号状态空间图会发生畸变，Pe性能变差。
可采用功率回退技术，降低TWT的非线性程度以消除非线性放大器对16QAM系统性能的影响。
也可以才用预畸变技术来消除非线性放大器对16QAM系统性能的影响。
第三章多址技术
1、试计算96路和252路电话信号在零相对电平点的平均电平。
解：
2、某接收系统采用FDM/FM方式，传输132路电话信号，已知测试音有效值频偏fr＝430kHz，接收机输入端信号功率为－132dBW。
试计算：
1）接收系统输入端载波噪声比为多大时，可使第132话路输出端热噪声信噪比S0/N0＝50dB（无预加重）
2）若天线噪声温度为40K，接收机的等效噪声温度Tr＝？
解：
a、132路电话信号调制后带宽B
B＝2（fp＋Fm）
其中为fp调频信号最大频偏，fp＝Fplfr
Fp＝3.16
fr＝430kHz
所以fp＝3.16×2.267×430kHz＝3.216MHz
Fm＝4.2×132kHz＝554.4kHz＝0.554MHz
所以B＝2×（3.216＋0.554）＝7.54MHz
b、接收系统输入端载噪比
其中
＝50dB＝105
BCH＝3.4-1=3.1kHz
所以
所以接收系统输入端载噪比应为
c、接收机输入端信号功率[C]＝－132dBW
天线噪声温度为40K，大于T，所以本系统无法实现。
3、试说明FDM/FM/FDMA，每载波功率预分配（SCPC）和按需分配（SPADE）系统之间的不同点。
解：
FDM/FM/FDFA：
是指在基带进行多路复用（FDM），然后对复用后的信号进行调频（FM），调频后的射频信号再与其他站构成频分系统（FDMA），即与其它用户以频率分隔达到多址目的。
每单路载波预分配（SCPC）：
给每个用户预先分配好一定数量的话路单载波，一般不能调整，可分为模拟信号的SCPC和数字的SCPC，且传播的一般的为电话信号。
模拟电话的SCPC因其交调干扰较大，因而应用较少。
目前谈的SCPC一般指数字方式的SCPC，传播的是数字化的64kbps的话音信号。
一般用QPSK调制方式，每路占用45kHz带宽，因其带宽较窄，因而需设基准导频，以进行自动频率控制，提高接收性能，另一方面，SCPC一般都采用话音激话技术以降低互调造成的影响。
SPADE方式：
即按需分配SCPC方式（数字），是SCPC/PCM/DA/FDMA的简称，在技术上除了应用按需分配技术之外与SCPC方式完全相同。
4、与FDMA系统比较解释TDMA系统的优点。
解：
与FDMA系统比较TDMA系统的优点：
A）TDMA属于“间歇”通信形式，而不同于一般的连续通信；
B）TDMA方式是一种无交调多址连接方式。
可充分利用卫星功率和转发器带宽、无交调、不会出现强信号对弱信号的抑制现象，组网通信中大、小站可以兼容；
C）TDMA通信是一种数字通信，具有数字通信的许多优点：
如便于保密，易于实现按需分配信道；信息传输能力比FDMA方式大：
如采用DSI技术，传输能力大致还可以增加一倍。
5、某TDMA系统的传输速率为17.156Mb/s，每个用户的输入数据速率为1.544Mb/s，帧效率为90％，求该系统容纳的最大地址数。
解：
该系统容纳的最大地址数＝17.156*90%/1.544=10。
6、略
7、略
8、由QPSK解调器的常规载波恢复电路引入的四相模糊度，可以采用何种技术加以分辨，并叙述其原理。
解：
对于话音信号：
（1）可采用差分技术，这样要传送的数据以相对相位来表示，因而解调数据不受相位模糊的影响；
（2）在发射话音信号前，插入32比特的已知码SOM（即为消息头）。
利用此已知码即可消除相干载波的相位模糊。
对数据方式：
（1）可采用差分技术，差分原理如前所示；
（2）因数据传送中为了降低误比特率，一般需要FEC编译码，所以可参考译码时所得的伴随式来消除相位模糊。
即以伴随式计数器检测的比特错误率不能超过某个规定值为原则来修正载波同步状态和相位。
第四章编码技术
1、已知：
一致监督关系为
c2=a6a4a3
c1=a6a5a4
c0=a5a4a3
画出编码器的原理图，说明其编码工作过程，并根据监督关系确定码组中错误可能的位置。
解：
工作过程：
（1）开关K打到1，来4个移位脉冲，第一码组的a6a5a4a3依次进入D3D2D1D0中，此时编码器无输出，2端＝c2＝a6a4a3；（2分）
（2）开关K打到2上，来第5个移位脉冲，c2移入D0中，a3D1，a4D2，a5D3，a6输出。
这时2端＝c2a3a5
＝a6a4a3a3a5
＝a6a5a4＝c1
（3）来第6个移位脉冲，c1移入D0中，c2D1，a3D2，a4D3,同时a5输出a
这时2端＝c1c2a4
＝a6a5a4a6a4a3a4
＝a5a4a3＝c0
（4）来第7个移位脉冲，此时：
c0D0，c1D1，c2D2，a3D3,译码器输出a4
（5）开关倒向1，连续来4个脉冲，此过程中：
译码器依次输出a3c2c1c0，完成了对第一码组的编码。
同时第2码组移入D3，D2，D1，D0，开始了对第2码组的编码。
如此循环往复，即完成了编码过程。
伴随式：
S2＝c2a6a4a3
S1＝c1a6a5a4
S0＝c0a5a4a3
S2
S1
S0
0
0
0
无错误
0
0
1
c0错
0
1
0
c1错
1
0
0
c2错
0
1
1
a5错
1
1
0
a6错
1
0
1
a3错
1
1
1
a4错
2、已知（3，1）卷积码的编码器如图所示，设输入的信息序列（b0,b1,b2,b3,b4,…）写出相应的输出码序列。
并写出编码器的监督方程。
解：
输入的信息序列为：
b0,b1,b2,b3,b4…
相应的编码输出码序列为：
b0,b0,b0,b1,b1b0,b1,b2,b2b1,b2b0,b3,b3b2,b3b1,b4,b4b3,b4b2…
编码器的监督方程：
bj=bi
cj1=bibi-1
cj1=bibi-2
4、在一个二进制数字传输系统中，信道比特差错率为exp{-8000/rc}/2，式中rc是信道比特率。
消息比特速率为1000b/s。
1）当rb＝1000b/s和无差错控制编码时，计算消息比特差错率；
2）若rb降低为500b/s，求消息比特差错率；
3）若对消息进行（7,4）分组编码，试计算消息比特差错率，并对以上三部分计算结果进行比较说明。
解：
1）消息比特差错率=
2）消息比特差错率=
3）信道误比特率：
码字差错率：
信息比特差错率：
可见，信道速率越低则误码率越低；采用编码技术后，信道速率增加，信道误比特率增加，经译码纠错后信息误比特率降低，且低于没有编码的情况。
第五章信号处理技术
1、DSI和DCME电路的作用是什么？
为什么采用DSI可使TDMA通信容量增大一倍？
解：
DSI：
即数字话音内插。
一般来说通话时一方讲话一方在听，因而总是只有一个方向的话路中有话音信号，而反向话路则处于空闲状态，且讲话人还有讲话中断的时间，据统计，话路实际传送话音的平均时间百分比，即平均话音激活率仅有40％左右，而DSI技术则充分利用了这些空闲时间给别的话路使用，因平均话音激活率仅为40％左右，因而利用DSI技术可使TDMA通信系统容量增大一倍；
DCME：
把ADPCM技术和DSI技术结合在一起，可成倍地增加通信容量。
2、试说明为什么卫星通信系统要采用回波控制电路？
解：
地面电话系统中采用二－四线转换电路会产生回波，卫星通信中时延较大，单跳为0.27秒，所以要采用回波控制电路。
3、试给出回波抑制器和回波抵消器的原理方框图，并说明在原理上它们有什么不同？
解：
4、参量编码与波形编码在原理上有什么不同？
各有什么特点？
解：
波形编码是直接将时域语言信号变换成数字代码，其目的在于尽可能地在收端恢复语音波形，因而也称真迹编码。
编码速率一般在16kbps～64kbps之间，量化信噪比较高，语音质量好。
（5分）
参量编码是指，在语音信号的频域或其他正交变换域提取其特征参量并变换成数字代码。
编码速率一般在600bps～9.6kbps之间，语音质量较差。
5、试简要说明通道声码器、线性预测声码器和共振峰声码器的基本原理，并说明它们各有什么不同的特点。
解：
6、使说明如何将自适应信号处理技术应用于波形编码和参量编码的。
解：
6、试说明目前在VSAT卫星通信网中使用的波形编码和参量编码的概况。
解：
第六章卫星通信网
1、卫星通信网与地面数字电话通信网相互连接时应考虑哪些问题？
为什么？
解：
2、卫星数据通信网与一般的卫星数字电话网有什么不同特点？
为什么？
解：
A、数据可非实时传输，一般采用分组传输。
有时传输的数据很少，仅为一个分组。
此时，若采用电话网中的预分配方式，信道利用率很低。
若用“按需分配”方式，因发送分组与申请分配信道的时间基本上是同一数量级，信道利用率依然很低。
因而可采用随机争用协议。
B、对于短而高速的数据，由于发送时间随机，不象话务那样连续使用信道；
C、数据的传送，峰值传送率与平均传送率相差很远。
这与话音是根本不同的。
D、数据业务种类繁多，应能容纳中低高速的数据率；
E、数据卫星通信网一般具有大量的低成本小型地球站。
3、比较以下适于VSAT网的多址协议的特点与性能：
ALOHA、S－ALOHA、SREJ－ALOHA、异步分组RA/CDMA、TDMA。
解：
ALOHA：
允许用户自由地使用信道，只要终端产生了报文，便通过信道发送。
若发生碰撞则需重传。
其吞吐量较低，当使用固定长度报文时约为0.184。
SREJ－ALOHA：
其数据分组的发射与ALOHA相同，不过每个分组再细分为一定数量的小分组。
这些小分组也有自己的报头和前同步码。
通信时，只需重发发生碰撞的小分组。
而不必重发整个分组。
其最大吞吐量约为0.368，但考虑同步码、报头等开销，实际最大吞吐量约为0.2～0.3。
异步分组RA/CDMA：
把扩频调制、FEC用于ALOHA多址协议，即为异步分组RA/CDMA。
设备较SREJ－ALOHA复杂一些。
其容量约为0.2～0.3。
S－ALOHA：
属于时隙访问多址协议。
适合于固定长度的报文。
其最大吞吐量为0.368。
TDMA：
对长报文是一种可行的多址协议，对短报文不合适。
4、如何评价VSAT网的通信质量与网络性能？
解：
5、VSAT卫星数据通信网与地面数据通信网（如光纤网）互连时所用的网间连接器（网关）的作用是什么？
解：
6、VSAT网的网络管理系统的主要功能是怎样的？
它与传输用户数据的通信网的关系是怎样的？
如何传递网络管理系统的管理与控制信息？
解：
第七章卫星通信线路计算与卫星通信系统举例
1、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，下行线路工作频率为6GHz，地球站与卫星间的距离为4104km，转发器天线增益为5dB，接收馈线系统衰减为1dB。
试计算卫星接收机输入端的信号功率为多少dBw？
解：
接收机输入信号功率【P】＝【PT】＋【GT】＋【GR】－【LP】－【L】
地球发射功率【PT】＝10lg3103＝34.77dBw
发射天线增益
（3分）
卫星接受天线增益【GR】＝5dB
自由空间衰减
【LP】＝32.44＋20lgd（km）＋20lgf（MHz）（dB）
＝32.44＋20lg40000＋20lg6000
＝32.44＋92.04＋75.56
＝200.04dB
其他损耗【L】＝0.5＋1＝1.5dB
所以卫星接收机输入端的信号功率
【P】＝【PT】＋【GT】＋【GR】－【LP】－【L】
＝34.77＋62.37＋5－200.4－1.5
＝－99.4dB
8、试说明ACTS的特点及其采用的新技术。
（10分）
解：
ACTS的特点及采用的新技术：
A、使用Ka波段；
B、采用动态雨衰减补偿技术；
C、使用多波束卫星天线；
D、采用星上中频交换技术（SS/TDMA）；
E、采用星上基带处理与基带交换技术（BBS/TDMA）；
升级会员 