卫星通信导论习题答案精编版.docx

1、卫星通信导论习题答案精编版1.21T= 100.45min2T= 114.08min3T= 358.98min4T= 718.70min5T= 1436.1min第1章题解V= 7.4623km/sV= 7.1523km/sV= 4.8809km/sV= 3.8726km/sV= 3.0747km/s1.4184231km, 281ms2160ms337500km第2章题解2.1(1)188.23dB,187.67dB200.00dB,195.97dB207.20dB,205.59dB213.98dB,209.73Db2.2d=37911km：=3 93Lf =199.58dB2.5G/T=3

2、2.53dB/K2.6f 0.5 、 0.5-馈线输入端 T =Ta T0 10 10 -1 TLna10 10=171 lna输入端=153K2.73 X10 W/Hz217 KEIRP=48dBWG/T=2.4dB/K2.9 30.9dBi ; 39.4dBi ; 48.9dBi 38.2dBi4.8 m( T0 =290K)2.103.0dB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 )2.1144.6+31.5+100+3=179K2.1250 一 11 5000噪声

3、温度为 57 - 1 百290 100 4 199.8K10 . 1 10 . 102.13EIRP=47dBW2.14C/N=12.5dB1 1 N 盲=0.006309-0.003981 = 0.002328102.2 102.4于是，所需的上行 C/N=26.3dB2.15(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 N= -228.6+10lg500+10lg36M= T26.0dBW C/N=26.4dB 2

4、.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= -59.8dBW2.17载噪比C/N=9.8dB 余量=9.8 60=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=10lg0.55 I =33.5dBi (0.02459 丿C=10lg200+34 43+33.5 -!05.9-= -19.4dBW2.18 C/N=15.8dB余量5.8dB(

5、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0.1 dB(1)链路损耗 L=92.44+20lg37500+20lg6.1+2=201.6dB噪声功率 N= -28.6+10lg500+10lg36M= -26.0dBW(3)转发器输入载波功率 C=10lg100+54+26 t201.6= -01.6dBW载噪比 C/N=24.4dB(4)卫星发射功率 110-01.6=8.4dBW 或 6.9W2.19链路传输损耗 L=92.44+20lg2000+20lg2.

6、5=166.4dB地球站接收载波功率 C=10lg0.5+(18 43)+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) 41.51dBW3.4(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)=6120 bit效率=(40800-6120)/40800=0.85 ；(3)承载的信息速率:(4080

7、0-6120)/0.002=17.34Mb/s承载的信道数:17340/64=270.9mB|F 2汉363.5Rb 60Mb / s1 + P 1+0.2Eb T3.6(1) EIRP bRb Lkn G=12+63.11-10-228.6+212=48.51dBWPtf = 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=21.0dB10 亠6 x 36 由回退带来的允许接入的 5MH

8、z带宽的载波数为 K 24.5(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

9、 =13 -105 -63 -22 +200 =23dBW=200W地球站接收载噪比 (13 60 20 -196)dB(20 75.6 -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 =-105dBWFDMA 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

10、）= 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

11、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 + P 1+0.5（2） 上 行射频带宽：Bin R 100KHZ =150KHzm 1一 1+0.5下行射频带宽：Bout 100KHz =75KHz2（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=

12、 -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=16.6dBBER=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=163.11Gn P 此处Eb.T0为信噪比Ebl o1 2n=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 ：64 29.33 = 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

13、息量,第4章题解4.34.4sin y=s in0.875(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96 106km24.5所需的接收载波功率 C=8.5+67.8-228.6+23=-129.3dBL=92.44+20lg39000+20lg12+5=210.8dBEIRP=-129.3+210.8-33.4=48.1dB4.61 1 11q0.1(s/N)u 二 100.7 一 100.1(S/N)d下行(S/N), dB7.28.09.01114161820上行(S/N), dB20.413.9

14、11.39.28.07.67.47.24.7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104.9信噪比4dB, (2, 1 , 7)卷积码时，误码率约 2 104.12一帧比特数:200+8 100=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EIRP33-25lg3=21

15、.1dBWD(m)1.00.80.60.40.2G(dBi)40.738.836.332.826.7日0 5 = 70 上=1.5/DDD(m)1.00.80.60.40.2日 0.5 (o)1.51.882.53.757.5天线辐射特性(增益与方向偏离角的关系)D(m)1.00.80.60.40.2H3dB波束宽(01.51.882.53.757.5-6dB波束宽(02.252.823.755.6311.25-0dB波束宽(o)3.03.765.07.515.0偏离波束主轴3o时，天线增益的估值D(m)1.00.80.60.40.2偏离3o的G下降值(dBi):107.04.42.01.2偏

16、离3o的天线增益(dBi)30.731.831.930.825.5发射功率为1.0W、0.5W和0.1W时，波束轴线上的 EIRPD(m)1.00.80.60.40.21.0W, EIRP(dBW)40.738.836.332.826.70.5W, EIRP(dBW)37.735.833.329.823.70.1W, EIRP(dBW)30.328.826.322.816.7发射功率为1.0W、 0.5W和0.1W时，偏离波束轴线 3o的EIRPD(m)1.00.80.60.40.20.5W, EIRP(dBW)30.731.831.930.825.50. 2W, EIRP(dBW)27.72

17、8.828.927.823.50.1W, EIRP(dBW)20.721.821.920.815.5(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+04B Rb 256 = 179.2KHzm 2(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 19 37=15.3dB入站全链路载噪比

18、为 13.8dB链路载噪比余量为 4.8dB5.4(1)每信道信号实际传输带宽 B = 1 0.25 64K二160KHz1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/NC/N=16.1dB链路损耗 L=92.44+20lg39000+20lg11.7+2=207.6dB所需下行 EIRP=16.1+207.6 E28.6+10lg150+1

19、0lg160000 -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为功率受限链路损耗 L=92.44+20lg39000+20lg14.1+2=209.2dB地球站的 EIRP 10lg200+50 -=70.0dBW卫星 G/T=34/10lg500=7dB/K对 1Mb/s 的上行载噪比 C/N=70+7 7209.2+228.6 -0lg1M=36.4dB(7)卫星 EIRP=34 - + 10

20、lg20=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

21、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。轨道高度700km的LEO卫星：在轨速度 V 398601.58 27015 km/hourV (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 Ts S 严7；37。；：0000)=42636 sec. = 11 hr. 50 min. 36 淤轨道高度35786km的GEO卫星：八 一398601.58一Y (6378.137 +3

22、5786)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 ；Re2 sin2(10) 2 700 Re 7002 -Re sin(10)=2155 km自由空间传输损耗 Lf =92.44 20 lg2155 20 lg1.6 =159.1101 dB传输延时 = d星地/ C二7.2 ms(2)轨道高

23、度 2000km的LEO卫星：最大星地距离 d星地二 Re2 sin2(10) 2 2000 Re 20002 Re sin(10)=4437 km自由空间传输损耗 Lf -92.44 20 lg4437 20 Ig1.6 =165.3813 dB传输延时 =d星地/C =14.8 ms(3)轨道高度 8000km的MEO卫星：最大星地距离 d 星地=；Re2 s in 2(10) 2 8000 Re 8002 - Re sin (10)=11826 km自由空间传输损耗 Lf =92.44 20 Ig11826 20 Ig1.6 = 173.8968 dB传输延时-d星地/ C - 39.4

24、 ms(4)轨道高度 20000km的MEO 卫星：最大星地距离 d 星地 625s = 10min 25sec.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。6378 137单颗卫星最大覆盖地心角 :-max =arccos cos10 -10 =26.641450 6378.137地面覆盖带的宽度 C =2c=2 arccosCS（26.64） =29.3008cos伉 /8）6.7

25、已知全球星（Globalstar）星座的Delta标识为：481:1414:52，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）=60 o相邻轨道面相邻卫星的相位差： 360o X 1/48=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1Sat1-1005Sat5-118030Sat1-2060Sat5-218090Sat1-30120Sat5-3180150Sat1-40180Sat5-4180210Sat1-50240Sat5-5180270Sat1-60300Sat5-61803302Sat2-1457.56Sat6-122537.5Sat2-24567.5S