衛(wèi)星通信報告

1、南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院衛(wèi)星通信綜合實驗報告學(xué)院專業(yè)班級學(xué)號姓名實驗一衛(wèi)星業(yè)務(wù)信號傳輸測試實驗二地面站品質(zhì)因數(shù)（G/T）測試衛(wèi)星通信技術(shù)實驗室2013年10月16日實驗一衛(wèi)星業(yè)務(wù)信號傳輸測試、實驗?zāi)康?掌握衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及其工作原理。 2掌握便攜式、固定式衛(wèi)星通信地面站的設(shè)備組成。 3掌握衛(wèi)星通信地面站發(fā)送和接收參數(shù)的調(diào)整。4 掌握 Eb / N0 、誤碼率和接收信號頻譜的測量方法。二、實驗內(nèi)容 1安裝調(diào)整便攜式、固定式衛(wèi)星通信地面站設(shè)備，使其工作正常。 2調(diào)整便攜式、固定式衛(wèi)星通信地面站天線對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星。3利用衛(wèi)星鏈路在便攜式、固定式兩個地面站之間傳輸業(yè)務(wù)(IP 電話或其他)信號。

2、4按要求調(diào)整便攜站、固定站的接收和發(fā)送參數(shù)，使衛(wèi)星通信系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。5改變傳輸速率，測試不同傳輸速率下便攜站發(fā)、固定站收的Eb / N0 、誤碼率和接收信號頻譜。三、實驗原理3 1衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及其工作原理1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及各部分作用圖 1-1 是實驗用的一種簡單的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，它由一顆通信衛(wèi)星、兩個地面站和上行線路、下行線路 所組成并構(gòu)成衛(wèi)星鏈路，進(jìn)行雙向業(yè)務(wù)信號傳輸測試。衛(wèi)星通信系統(tǒng)一般由空間段和地面段組成。空間段包含一顆或幾顆衛(wèi)星，地面段由多個地面站組成。1) 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器是一個建立在空間的微波中繼站。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器由天線、雙工器、接收設(shè)備、變頻器和發(fā)射 設(shè)備組成

3、。 其作用是將地面站發(fā)來的上行信號進(jìn)行低噪聲放大， 變頻， 再經(jīng)功率放大后發(fā)送到其他地面站。2) 上行線路、下行線路在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中， 從發(fā)射地面站到衛(wèi)星的這一段線路稱為上行線路， 從衛(wèi)星到接收地面站的這一段 線路稱為下行線路。上行線路、下行線路都是電磁波的傳播空間，電磁波將通信衛(wèi)星和地面站連接起來構(gòu) 成衛(wèi)星通信鏈路，完成衛(wèi)星通信的長途傳輸任務(wù)。地面站將信號發(fā)送到衛(wèi)星所采用的頻率稱為上行頻率、 衛(wèi)星將信號發(fā)送到地面站所采用的頻率稱為下 行頻率。因為上行信號和下行信號所走的路徑是相同的，而且收發(fā)共用同一副天線，為使收發(fā)信號互不干 擾，地面站上發(fā)射頻率和接收頻率是不一樣的，一般上行頻率高于下行頻率

4、。實驗中，地面站的發(fā)射頻率為14.0014.5GHz，接收頻率為12.2512.75GHz。I變頻I上行頻率變成下行頻率固定式衛(wèi)星通信地面站便攜式衛(wèi)星通信地面站圖1-1衛(wèi)星業(yè)務(wù)信號傳輸測試原理框圖3）衛(wèi)星通信地面站衛(wèi)星通信地面站是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中設(shè)置在地面上的通信終端站，用戶通過地面站接入衛(wèi)星通信線路， 進(jìn)行衛(wèi)星通信。 地面站的作用是向衛(wèi)星發(fā)送和接收來自衛(wèi)星的各種信號。 地面站上的主要設(shè)備及其作用是：(1) 天饋線 天饋線由天線、饋線、雙工器、天線伺服控制器等部分組成。天線用來向衛(wèi)星發(fā)射信號，同時接收來 自衛(wèi)星的信號。雙工器將地面站的接收信號和發(fā)射信號分開、保證接收信號和發(fā)射信號互不干擾。天線伺

5、 服控制器用來調(diào)整天線對準(zhǔn)衛(wèi)星，并對衛(wèi)星進(jìn)行高精度跟蹤。(2) BUCBUC 是上變頻功率放大器，其任務(wù)是將調(diào)制器送來的中頻已調(diào)信號進(jìn)行上變頻和高功率放大。(3) LNBLNB 是低噪聲下變頻器，其任務(wù)是將接收的衛(wèi)星信號進(jìn)行低噪聲放大和下變頻。(4) 衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器工作在 L 頻段，主要對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行信道編碼 (完成擾碼、差分編碼、前向糾錯編碼 ) 和調(diào)制，對接收信號進(jìn)行解調(diào)和信道譯碼 (完成前向糾錯譯碼、 差分解碼、 去擾碼)。并測出誤碼率和 Eb/N0。2信號流程1) 便攜站發(fā)T固定站收在便攜式地面站上，用戶 (IP 電話信號或圖像信號 )信號經(jīng)以太網(wǎng)交換機(jī)送到衛(wèi)星調(diào)制器進(jìn)行

6、調(diào)制變成 已調(diào)中頻( 0.95-1.45GHz )信號。此中頻信號經(jīng) BUC 變成上行頻率( 14.00-14.50 GHz )信號，再經(jīng)高功率 放大器放大后由天線發(fā)送到衛(wèi)星。衛(wèi)星收到地面站發(fā)來的上行頻率(14.00-14.50 GHz )信號后，首先進(jìn)行低噪聲放大，然后進(jìn)行變頻，將上行頻率(14.00-14.50 GHz)信號變成下行頻率(12.25-12.75 GHz)信號，再經(jīng)功率放大后將信號發(fā)送 到固定式地面站。固定式地面站收到衛(wèi)星下行頻率( 12.25-12.75 GHz)信號后，首先進(jìn)入 LNB進(jìn)行低噪聲放大和下變頻，將下行頻率信號變成中頻(0.95-1.45GHZ )信號。此中頻

7、信號經(jīng)功分器分成兩路：一路送衛(wèi)星解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后的信號經(jīng)以太網(wǎng)交換機(jī)送到用戶。同時從衛(wèi)星解調(diào)器上讀出Eb / N。和誤碼率。另一路信號送至頻譜分析儀，通過調(diào)整頻譜分析儀測出衛(wèi)星下行信號的頻譜。2 )固定站發(fā)t便攜站收固定站發(fā)t便攜站收的過程與上述一樣。32地面站天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的調(diào)整1地面站天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角地面站天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的調(diào)整主要是調(diào)整天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角。1）方位角：從接收點到衛(wèi)星的視線在接收點的水平面上有一條正投影線，從接收點的正北方向開始，順時針方向至這條正投影線的角度就是方位角。2 ）仰角：從接收點仰望衛(wèi)星的視線于水平線構(gòu)成的夾角稱為仰角。3 ）極

8、化角：極化角是指由于接收者所在地位置與衛(wèi)星所在軌的經(jīng)度差及地面曲率的影響，而使天線饋源波導(dǎo)口相對于地面所形成的傾角。方位角、仰角和極化角示意圖如圖1-2所示:1-2方位角、仰角、極化角示意圖廠-/ 丿4）方位角、仰角、極化角計算公式方位角、仰角、極化角是由地面站天線位置和同步軌道衛(wèi)星的位置確定的。設(shè)地面站經(jīng)度為入e （東經(jīng)為正，西經(jīng)為負(fù)），緯度為0 e （北緯為正，南緯為負(fù)），衛(wèi)星經(jīng)度為入s （東經(jīng)為正，西經(jīng)為負(fù)），方位以正北為零，順時針方向為正，利用靜止衛(wèi)星和地面站的幾何關(guān)系，可推出地面站 天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角 AZ、仰角EL和極化角P的計算公式。當(dāng)?shù)孛嬲咎炀€位于北半面時，計算公式為:AZ

9、180°arctgdsin(1-1)ELarctgcos( se) COS eReReH(1-2)/ 21 cos( s e)cos e(1-3)P arctg皿 tg e式中：Re 地球半經(jīng)（6378Km ）;H同步衛(wèi)星距地球面的高度（35786km ）。2 .地面站天線指向和極化角旋向的判定方法天線的指向是由方位角和仰角確定的，天線的極化旋向是由極化角確定的。方位角以正北為基準(zhǔn) 0°,順時針旋轉(zhuǎn)為正，逆時針旋轉(zhuǎn)為負(fù)。正東為90°，正南為1800，正西為270°。圖1-3方位角指向示意圖當(dāng)AZ =180 0時，表示衛(wèi)星位于地面站的正南方，天線指向正南。

10、當(dāng)AZ v 180°時，表示衛(wèi)星位于地面站的東南方，天線指向正南偏東的角度為180°-AZ。當(dāng)AZ > 180°時，表示衛(wèi)星位于地面站的西南方，天線指向正南偏西的角度為AZ-180 0。2）仰角的確定方法：可分為 EL=0°, °°v EL v 90°, EL=90°三種情況。其指向示意圖1-4所示。圖1-4俯仰角指向示意圖當(dāng)EL=0°時，天線的口面垂直于地面；當(dāng)EL=90°時，天線的口面平行于地面。3）極化角旋向的確定方法：分為：Pv 0, P=0, P> 0三種情況。極化角調(diào)整示

11、意圖如圖1-5所示:圖1-5是當(dāng)?shù)孛嬲疚挥诒卑朊鏁r，觀察者面向靜止衛(wèi)星時，天線極化角的調(diào)整示意圖。圖中列出了水平極化的情況。垂直極化的調(diào)整方法與此相同。圖1-5極化角調(diào)整示意圖當(dāng)極化角P=0時，地面站與衛(wèi)星同經(jīng)度，其極化為理想的水平極化或垂直極化。當(dāng)極化角P>0時，天線極化右旋。右旋是指觀測者面向靜止衛(wèi)星，右手拇指指向衛(wèi)星時，其余四指 握轉(zhuǎn)的旋向。當(dāng)極化角Pv0時，天線極化左旋。左旋是指觀測者面向靜止衛(wèi)星，左手拇指指向衛(wèi)星時，其余四指 握轉(zhuǎn)的旋向。3 地面站天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角調(diào)整AZ大于1）天線方位角的調(diào)整首先用羅盤或指南針找到正南方，再調(diào)整天線的方位調(diào)整裝置使天線正對正

12、南，如果方位角1800，則調(diào)整天線向正南偏西轉(zhuǎn)動 AZ-180 0，如果 AZ 小于 1800，則調(diào)整天線向正南偏東方向轉(zhuǎn)動1800-AZ 。2）天線仰角的調(diào)整 首先調(diào)整天線仰角調(diào)整裝置，再用羅盤儀量出仰角，直至天線仰角等于仰角的理論計算值。3）天線極化角的調(diào)整（1）極化的概念 衛(wèi)星信號的極化有線極化和圓極化兩大類。 當(dāng)電場矢量的指向隨時間的變化始終是一條直線時，稱為線極化（包括水平極化和垂直極化） 。 當(dāng)電場矢量的指向隨時間的變化是一個圓時，稱為圓極化（包括左旋圓極化和右旋圓極化） 。（2）衛(wèi)星輻射極化波的極化定義 衛(wèi)星輻射波的極化定義是以衛(wèi)星軸系為基準(zhǔn)的，衛(wèi)星運(yùn)動軌跡近似為圓。 當(dāng)電場矢量

13、的方向與衛(wèi)星所在點的圓的切線方向一致時，衛(wèi)星輻射的信號為水平極化波。 當(dāng)電場矢量的方向與衛(wèi)星運(yùn)動軌道平面（赤道平面）垂直時，衛(wèi)星輻射的信號為垂直極化波。（ 3 ）地面站接收天線的極化定義 地面站接收天線的極化定義是以衛(wèi)星接收點的地平面為基準(zhǔn)的。 當(dāng)電場矢量的方向平行于地面時，稱為水平極化。當(dāng)電場矢量的方向垂直于地面時，稱為垂直極化。 天線雙工器的接收端口和發(fā)送端口采用的是矩形波導(dǎo)。當(dāng)矩形波導(dǎo)口的窄邊平行于地平面時， 電場矢量平行于地面， 定義為水平極化， 接收的是水平極化波。 當(dāng)矩形波導(dǎo)口的窄邊垂直于地面時， 電場矢量也垂直于地面， 定義為垂直極化， 接收的是垂直極化波。 （4）極化角的調(diào)整

14、在線極化的天線中，垂直極化波要用垂直極化的天線接收，水平極化波要用水平極化的天線來接收。 當(dāng)接收天線的極化方向與衛(wèi)星發(fā)射波的極化方向一致時，接收到的信號最大。當(dāng)接收天線的極化方向與衛(wèi)星發(fā)射波的極化方向不一致時，接收到的信號就會變小，產(chǎn)生極化失配。 當(dāng)接收天線的極化方向與衛(wèi)星發(fā)射波的極化方向正交時，天線幾乎收不到衛(wèi)星信號。極化失配最大。 由于衛(wèi)星輻射波的極化與地面接收站的極化定義不同，衛(wèi)星將信號發(fā)到地面時，衛(wèi)星發(fā)射波的極化已 不再是理想的水平極化或垂直極化，而是變化了一個角度。只要接收天線的極化與衛(wèi)星發(fā)射波的極化不一 致，就會產(chǎn)生極化失配。極化失配不但會導(dǎo)致接收功率下降，還會在雙線極化系統(tǒng)中產(chǎn)生

15、交叉極化干擾。 因此，必須調(diào)整天線極化角，使地面站天線接收極化與衛(wèi)星發(fā)射波極化一致，此時，接收信號最大。四、實驗儀器及實驗框圖 本實驗的實驗儀器及實驗框圖如圖 1-1 所示：五、實驗步驟1按圖 1-1 安裝、連接、調(diào)整便攜式和固定式衛(wèi)星通信地面站，使其工作正常。2根據(jù)天線所在地經(jīng)度、緯度和靜止衛(wèi)星的經(jīng)度，計算天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角。這 些計算值是天線指向衛(wèi)星的初始近似值，最終的方位角、仰角和極化角要通過天線接收衛(wèi)星信標(biāo)信號電平 的大小來修正。3調(diào)整固定式地面站天線對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星（選星后人工調(diào)整）分粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩步進(jìn)行：1）粗調(diào) 依據(jù)計算的天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角，預(yù)置天線極化

16、角、仰角和方位角，使其近似等 于極化角、仰角和方位角的理論計算值。2）細(xì)調(diào)，用頻譜儀測量衛(wèi)星信標(biāo)信號，使天線準(zhǔn)確對準(zhǔn)衛(wèi)星。固定天線方位角不動，細(xì)調(diào)天線仰角。驅(qū)動天線在俯仰方向上±100 范圍內(nèi)掃描，用頻譜儀觀察衛(wèi)星信標(biāo)信號，當(dāng)頻譜儀接收的信號最大時，天線在俯仰方向上對準(zhǔn)了衛(wèi)星，固定仰角。固定天線仰角不動，細(xì)調(diào)天線方位角。驅(qū)動天線在方位方向上±100 范圍內(nèi)掃描，用頻譜儀觀察衛(wèi)星信標(biāo)信號，當(dāng)頻譜儀接收的信號最大時，天線在方位方向上對準(zhǔn)了衛(wèi)星，固定方位角。微調(diào)極化角。 用頻譜儀觀察信標(biāo)信號， 當(dāng)頻譜儀接收信號最大時， 天線極化與衛(wèi)星發(fā)射波極化相匹配。3）用頻譜分析儀測出固定式地

17、面站天線接收的衛(wèi)星信標(biāo)信號電平。4調(diào)整便攜式地面站天線對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星（選星后自動調(diào)整）1）調(diào)整便攜式地面站天線伺服控制器，選擇目標(biāo)衛(wèi)星和自動跟蹤模式。2）伺服控制器自動調(diào)整天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角，使天線對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星。3）用頻譜分析儀測出便攜式地面站天線接收的衛(wèi)星信標(biāo)信號電平。 5調(diào)整衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送和接收參數(shù)1） Modem 發(fā)送模塊設(shè)置Config->Remote->Local 進(jìn)入本地配置模式Config->Tx 進(jìn)入發(fā)送模塊配置菜單（1）FEC （前向糾錯碼）：Viterbit , TPC 等；（ 2） Mod （調(diào)制方式） ： BPSK,QPSK,OQP

18、SK 等；（3）Code （編碼效率）:1/2、3/4、21/44 等；（4）Data （信息速率）:2.4kbps5Mbps（5） Frq （發(fā)送頻率）：950M1450MHz，調(diào)整步長為 100Hz;（ 6）On/Off （載波發(fā)送開關(guān)）（7）Pwr （激勵電平） ： -40dBm0dBm， BUC 的輸入激勵；（8） Scram （擾碼方式）：Default-On、IESS-315-No、Off;（9）Clk （發(fā)送時鐘源）：Int、Ext、Loop-Timed ;（ 10） Inv （頻譜反轉(zhuǎn)）2） Modem 接收模塊設(shè)置Config->Remote->Local 進(jìn)入本

19、地配置模式Config >Rx 進(jìn)入接收模塊配置菜單（1）FEC （前向糾錯碼）：Viterbit , TPC 等；（2）Dem （解調(diào)方式）：BPSK,QPSK,OQPSK 等;（3） Code （編碼效率）：1/2、3/4、21/44 等；（4）Data （信息速率）：2.4kbps5Mbps（5） Frq （接收頻率）：950M1450MHz，調(diào)整步長為 100Hz;（ 6）Acq （解調(diào)捕獲范圍） ： -/+1kHz to -/+200kHz（7）Descram （解擾方式）： Default-On 、 IESS-315-No 、 Off；（8） Buf （接收緩沖）：Defau

20、lt-On、IESS-315-No、Off;（ 9 ） Inv （頻譜反轉(zhuǎn)）（10）Eb/No （信噪門限）：接收信噪比低于此值將產(chǎn)生業(yè)務(wù)中斷。6測試便攜站發(fā)、固定站收的Eb / N0 、誤碼率和接收信號頻譜。1 ）檢查調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送、接收參數(shù)配置是否一致（配置不一致不能解調(diào)）。2）BUC 加電： Config->ODU->BUC->DC-Power 選擇為 On->10MHz 選擇為 On3）LNB 加電： Config->ODU->LNB->DC-V oltage 選擇為 18V->10MHz 選擇為 On4） 改變傳輸速率，分別測量256

21、Kbps、 1024kbps、 2048kbps 等不同傳輸速率下，便攜站發(fā)固定站收的Eb/N。、誤碼率和接收信號頻譜。將測試數(shù)據(jù)記于表1-1，測試圖形記于圖1-6、圖1-7、圖1-8。六、實驗數(shù)據(jù)與實驗圖表實驗數(shù)所見表 1-1 ，實驗圖表見圖 1-6、圖 1-7、圖 1-8。Mkr2A 87.5& kHzSelect Marker1234Marker Trace點 uto123Readout JFr&quencyFunction 卜Offh/l-aric-erTraceTypeX AxisAmpl irtude1FI(1)Freq1.OS9CIDOO0 GHz-83.G2 C

22、Bm1A(1)Freq-S3.75 kHzY.斗97 dB2R(1)Freq1.039DDOOO GHz-B3.62.iiBm2A(1)FreqB 7.5Q kHz-3.464 dBBW 3 kHz#VBW100 HzSweep 10.71 s (401 pts)Marker TableOnOffMarker All OffMore2 of 2C TKACE04F TBC file loaded圖1-6 激勵電平為-25dBm，數(shù)據(jù)速率256Kbps的接收信號頻譜圖:Agilent 15:30 05 Oct 16. 2013MarkerRef -86 dBmSampLoqAnen 5 dBR

23、TMkr2 A 343.7S kHz-3.105 dB3貝1訓(xùn)A丹吾1 1 1%/7 dB/Select Marker234Marker TraceAula 123Readout 卜FrequencyFunction kOffCenter 1.0159 GHz#Res BW 3 kHz#VBW 1Q0HzSpan 7.5 MH7Sweep 10,71 s J01 pls)Trio*T/P*X AxilArriiplitud#1R(1>Ro-qi1GHxW 72 dQm1A1)Freq34375 kHz-3.135 dB2R11)：Fn&qi1 QSWOQOC GHte-93.72

24、 dBm2L11)FnECj343 75 kH;-31Q5 d9VAvgC:TRACE046 IRC file loadedMarker TableOnOffMarker All OffMore2 or 2圖1-7 激勵電平為-25dBm，數(shù)據(jù)速率1024kbps的接收信號頻譜圖MarkerRef -86 dBmSampdB/VAvg21嚴(yán)vJJ 1° rT s '*Atten 5 呃R rMkr2 A 731 kHz-3.211 dBSelect Marker4Marker TraceAutg 123Readout 卜FrequencyFunction 卜OffNaitbT

25、 raceTypeXAxisAmplitude1RFreq1.OSMO&0C GHs-96.87 d&m1Afl)Pr&q-B&2.78 kl-te-3M1 dQ2R(UFr&q1 .0390000D GHz-96 87 dB-mIDFreq731.25 kHz-3.211 dB#VBW100 HzCATRACE044.7RC file IwdedCenter 1.0S9 GHz#Res BW 3 kHzSpan 2.5 MHzSweep 10.71 s1Marker TableOnOffMarker All OffMore2 of 2圖1-8 激勵電平

26、為-25dBm，數(shù)據(jù)速率為2048kbps的接收信號頻譜圖六、實驗數(shù)據(jù)表1-1 :衛(wèi)星業(yè)務(wù)信號傳輸測試數(shù)據(jù)表實驗儀器和設(shè)備便攜站（發(fā)端）固定站（收端）E4447A頻譜分析儀E4408B頻譜分析儀Ku頻段0.9米便攜式地面站設(shè)備Ku頻段1.2米固定式地面站設(shè)備天線對衛(wèi)星衛(wèi)星名稱、經(jīng)度鑫諾一號、110.50 E鑫諾一號、110.50 E天線所在地經(jīng)度（度）118.780118.780經(jīng)度、緯度緯度（度）32.04032.040天線對準(zhǔn)衛(wèi)方位角（度）195.3星的方位角仰角（度）52.2仰角極化角極化角（度）-12.96頻譜儀測衛(wèi)星信標(biāo)信號極化垂直衛(wèi)星信標(biāo)衛(wèi)星信標(biāo)頻率GHz12.26信號電平LNB本

27、振頻率GHz11.3頻譜儀工作頻率GHz0.96信標(biāo)信號電平dBm-67.53-64.53發(fā)射接收參數(shù)設(shè)置調(diào)制解調(diào)器設(shè)置調(diào)制器設(shè)置解調(diào)器設(shè)置前向糾錯碼：TPC前向糾錯碼：TPC調(diào)制方式：QPSK解調(diào)方式：QPSK編碼效率：3/4編碼效率：3/4數(shù)據(jù)速率 Kbps:1024信息速率Kbps :1024發(fā)送頻率GHz :1.089接收頻率MHz :1089擾碼方式：Default- On解擾方式：Default- On激勵電平dBm :-23RSLdBm:-55BUC、LNB 設(shè)置BUC設(shè)置LNB設(shè)置工作電壓V :23.8工作電壓V :17.5工作電流A :1.75工作電流mA :160參考源MH

28、z :10參考源MHz :10輸入信號頻率GHz :1.089輸入信號頻率GHz:1.089本振信號頻率GHz :13.05本振信號頻率 GHz :11.3發(fā)射信號頻率 GHz :14.139輸出信號頻率 GHz :12.389發(fā)射信號極化：水平輸入信號極化：垂直便攜站發(fā) 固定站收Eb/NO誤碼率 接收頻譜便攜站（發(fā)端）固定站（收端）固定站接收測試數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)速率Kbps接收數(shù)據(jù)速率KbpsEb/N0 （dB）BER頻譜 圖號頻譜幅度（dBm）頻譜3dB帶寬 （KHz）數(shù)據(jù)速率：256數(shù)據(jù)速率：25612.310A-9圖1-6-89.62181.25數(shù)據(jù)速率：1024數(shù)據(jù)速率：10246.21

29、0A-9圖1-7-93.72687.50數(shù)據(jù)速率：2048數(shù)據(jù)速率：20483.110A-5圖1-8-96.871425.00七、思考題1、在衛(wèi)星通信地面站上，天線和雙工器的作用是什么？答：天線是用來集中能量，提供天線增益并將信號發(fā)射出去，也可以接收信號。雙工器是異頻雙工電臺，中繼臺的主要配件，其作用是將發(fā)射和接收訊號相隔離，保證接收和發(fā)射都能同時正常工作。首先，我們希望雙工器的體積小巧、重量輕。其次，雙工器必須便于安裝。2、LNB和BUC代表什么？各有什么作用？答：LNB又叫高頻頭（Low Noise Block ）即低噪聲下變頻器，其功能是將由饋源傳送的衛(wèi)星信號經(jīng)過放大和下變頻，把Ku或C

30、波段信號變成L波段，經(jīng)同軸電纜傳送給衛(wèi)星接收機(jī)。BUC （Block Up-Converter）C 波段、 KU即上變頻功率放大器，把衛(wèi)星 Modem 輸出的 L 波段信號轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l的射頻信號逆向傳送到 波段或 KA 波段衛(wèi)星。3、地面站天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的調(diào)整主要調(diào)整什么？怎樣確定天線對準(zhǔn)了目標(biāo)衛(wèi)星？ 答：方位角、仰角、極化角 由天線所在地的經(jīng)度、緯度以及衛(wèi)星的經(jīng)度可算出天線對準(zhǔn)衛(wèi)星大致的方位角、仰角和極化角。 根據(jù)接受信標(biāo)信號的大小進(jìn)行微調(diào)可以確定具體方向。4、為什么要調(diào)整天線極化？怎樣調(diào)整天線極化？ 答：極化角是指由于接收天線所在地位置與衛(wèi)星所在地經(jīng)度差的加大及地球曲率的影響，而使天線饋 源波

31、導(dǎo)口相對于地面所形成的傾角。接收天線后部有一個可旋轉(zhuǎn)的部件，旋轉(zhuǎn)其可調(diào)整極化角。5、當(dāng)雙工器發(fā)射端口的寬邊平行于地面時，發(fā)射和接收的各是什么極化波？答： 發(fā)射垂直極化，接收水平極化。6、衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器發(fā)射和接收參數(shù)的調(diào)整，主要調(diào)整哪些參數(shù)？答 : 調(diào)制器：前向糾錯編碼，調(diào)制方式，信息速率，發(fā)送頻率，擾碼方式，激勵電平。 解調(diào)器：前向糾錯編碼，調(diào)制方式，信息速率，接受頻率，解擾方式，RSL。BUC輸入信號頻率，本振信號頻率，發(fā)射信號極化。LNB:輸入信號頻率，本振信號頻率，輸入信號極化。7、若傳輸條件不變，增加數(shù)據(jù)速率，&/N。、誤碼率、接收信號頻譜和圖像信號有何變化?答：1M到2M E

32、/N下降、誤碼率升高、接收信號頻譜展寬和圖像信號失真256K到1M Eb/No下降、誤碼率升高、接收信號頻譜展寬和圖像信號清晰&怎樣根據(jù)衛(wèi)星下行頻率設(shè)置頻譜分析儀的工作頻率?答:工作頻率等于下行頻率減去LNB本振頻率。實驗二地面站品質(zhì)因數(shù) G/T測試一、實驗?zāi)康?掌握天線方向圖的測試原理和方法2 掌握地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度的測試原理和方法3掌握地面站品質(zhì)因數(shù) G/T的測試原理和方法二、實驗內(nèi)容1調(diào)整便攜式、固定式地面站天線對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星2測量天線接收方位方向圖、俯仰方向圖3. 利用天線方向圖計算主瓣電平、副瓣電平、3dB波束寬度和10dB波束寬度4 計算天線接收增益 G5.測量地面站接收

33、系統(tǒng)噪聲溫度T6計算地面站品質(zhì)因數(shù) G/T三、實驗原理衛(wèi)星通信地面站品質(zhì)因數(shù)（G/T）是衡量地面站接收系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，是衛(wèi)星通信線路設(shè)計的重要依據(jù)之一，也是地面站系統(tǒng)進(jìn)入國際衛(wèi)星通信網(wǎng)的強(qiáng)制性驗證測試項目之一。（G/T）定義為天線接收增益 G與地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度T之比，用分貝表示為：(2-1)G dB天線接收增益 GRT（ K） 10lOg系統(tǒng)噪聲溫度Tsys本實驗采用間接法測量地面站品質(zhì)因數(shù)（ G/T）,測量分兩步進(jìn)行。第一步測量天線接收增益 Gr,第二步測量地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度Tsys,據(jù)Gr和Tsys,求出G/T值。3 1天線接收增益 Gr的測量天線接收增益Gr采用波束寬度法確

34、定：其基本思路是通過測量天線接收方向圖的3dB波束寬度、10 dB波束寬度、天線表面精度和饋源插入損耗，從而計算出天線接收增益。1 天線接收方向圖測量原理天線接收方向圖可用衛(wèi)星信標(biāo)法和輔助站法測量。衛(wèi)星信標(biāo)法只能測量天線接收方向圖，不能測發(fā)射方向圖，且測試頻率受衛(wèi)星信標(biāo)頻率的限制，方向 圖的測量范圍受衛(wèi)星發(fā)射功率和頻譜儀靈敏度的限制。輔助站法既可測量天線接收方向圖，也可測量天線發(fā)射方向圖。其測量原理圖如圖2-1所示:便攜式衛(wèi)星通信地球站（待測站）固定式衛(wèi)星通信地球站（輔助站）圖2-1輔助站法測量天線接收方向圖的原理框圖圖中:便攜式衛(wèi)星通信地面站為待測站,固定式衛(wèi)星通信地面站為輔助站。待測站天線

35、的接收方向圖是在輔助站的幫助下完成的。其基本方法是：待測站天線和輔助站天線同時對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星，且天線極化都與衛(wèi)星極化匹配。由輔助站天線發(fā)送一未調(diào)制單載波信號到衛(wèi)星，待測站天線從衛(wèi)星上接收這一單載波信號，然后分別 轉(zhuǎn)動待測站天線的方位或俯仰，隨著待測天線偏離波束中心，天線的增益隨天線方位或俯仰偏離波束中心 而變化，禾U用頻譜儀的跡線功能記錄信號電平的變化，即為待測天線的接收方位和俯仰方向圖。本實驗用信標(biāo)法測量天線接收方向圖（固定站不發(fā)信號）。2 天線接收方向圖的主瓣、副瓣和3dB波束寬度、10dB波束寬度天線方向圖的示意圖如圖 2-2所示：圖2-2天線方向圖示意圖方向圖中有許多波瓣，輻射強(qiáng)度最大的

36、波瓣稱為主瓣，主瓣旁的第一個波瓣叫做第一旁瓣。主瓣最大輻射方向兩側(cè)， 輻射強(qiáng)度降低3 dB的兩點間的夾角定義為 3 dB波束寬度，輻射強(qiáng)度降低10dB 的兩點間的夾角定義為 10dB波束寬度。天線方向圖的波瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。3 .方位方向圖方位角的修正在方位方向圖測量中， 要考慮方位角的修正。 因為天線方位方向圖中的方位角是空間方位平面指向角， 而天線方位角顯示器上顯示的角度是水平面內(nèi)的方位角，這兩個角度是不一樣的，其差值隨著仰角的變化 而變化，所以，在測量方位方向圖時，要進(jìn)行方位角修正。方位角的修正公式為：(2-2)AZAZ 2arcsin sin COS

37、(EL)式中：EL 天線對準(zhǔn)衛(wèi)星時的仰角（0）;AZ天線未修正的方位角，即要求天線轉(zhuǎn)動的角度（°）； AZ天線修正后的方位角 （°）。4. 3dB波束寬度、1°dB波束寬度計算公式0 3dBBW =頻譜儀頻標(biāo)3dB波束寬度處的寬度秒數(shù)X天線轉(zhuǎn)動速度（度）0 1°dBBW =頻譜儀頻標(biāo)1°dB波束寬度處的寬度秒數(shù)X天線轉(zhuǎn)動速度（度）5. 天線增益計算公式根據(jù)EIA標(biāo)準(zhǔn)，天線增益采用 3dB、1°dB波束帶寬方法計算。G 5*log37°°°5*log1°7°°°AZ

38、3dBBWEL 3dBBWAZ 10 dBBWEL10 dBBW(2-3)Loss 4.92* square ( f )* square (rms )式中:為待測天線的增益（dBi）AZ3dBBW天線方位方向圖的 3dB波束寬度B EL3dBBW天線俯仰方向圖的 3dB波束寬度(0 )；9 AZIOdBBW天線方位方向圖的10dB波束寬度(0 )；B ELIOdBBW天線俯仰方向圖的10dB波束寬度(0 )；Loss 為天線饋源網(wǎng)絡(luò)的損耗(dB);接收支路Loss=0.35dB ,(實驗測得)。f 為下行頻率(GHz)；0.5rms為拋物面天線表面精度，單位inch。計算時rms取0.5mm,

39、則：inch25.43. 2地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度T的測量地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度T采用Y因子法測量，其測試原理圖如圖2-3所示：冷空圖2-3 Y因子法測量地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度原理框圖測試方法如下：1 .測量LNB接天線對冷空(不對衛(wèi)星)時的噪聲功率或噪聲功率譜密度a1 (dBm/Hz)。2. 測量LNB接匹配負(fù)載時的噪聲功率或噪聲功率譜密度a2 (dBm/Hz)。3 .計算 Y 因子 Y = a2 - a1(2-4)T (k) t (k)4 計算接收系統(tǒng)噪聲溫度Tsys(K)=0 嚴(yán)(2-5)10亦式中：Tsys(K)地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度(K)T0(K)熱負(fù)載噪聲溫度，T0(K)=273+

40、t 0 =273+27=300 (K)t0：測試時的環(huán)境溫度(°C ),當(dāng)溫度計讀數(shù)為：t°=27°C時，T0=300KTlnb(K) LNB的噪聲溫度，LNB的噪聲溫度為：NFTlnb(K)10101 *T°，式中：NF為LNB噪聲系數(shù)，由LNB參數(shù)表獲得，當(dāng)NF = 0.8dB時:Tlnb (k)10101 *To60.68 (K)5 求天線饋線噪聲溫度6 求饋線噪聲溫度Tak(K)= T sys(K)-T lnb (K)LfTk(K)10西 1 *To(2-6)(2-7)式中：Lf饋線損耗，單位為 dB。Lf = 0.35dB，實驗測得。7 .求天

41、線噪聲溫度Ta(K) Tak(K) Tk(K)(2-8)&求地面站品質(zhì)因數(shù) G/TG/T (dB/K) = G -10log(T sys)(2-9)四、實驗儀器及實驗原理框圖1 天線接收增益、天線方向圖的測量儀器和原理如圖2-1所示：2 地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度的測量儀器和原理如圖2-3所示：五、實驗步驟1 .測量天線接收增益 G1）按圖2-1連接測量系統(tǒng)，并使系統(tǒng)工作正常。2）利用衛(wèi)星信標(biāo)，調(diào)整便攜站天線對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星，并使天線極化與衛(wèi)星極化相匹配。3）根據(jù)衛(wèi)星下行頻率和 LNB本振頻率，設(shè)置頻譜儀工作頻率和工作狀態(tài)，測量天線接收方向圖。（1）固定待測天線仰角不動，測量天線接收方位方向圖

42、驅(qū)動待測天線方位從波束中心逆時針轉(zhuǎn)動-200。再驅(qū)動待測天線從左向右順時針方向旋轉(zhuǎn)，通過待測天線波束中心后到達(dá)+20。位置停止。頻譜儀實時記錄待測天線方位方向圖，將方位方向圖編號存入頻譜儀。（2）固定待測天線方位不動，測量天線接收俯仰方向圖先將待測天線方位回到波束中心，使天線重新對準(zhǔn)衛(wèi)星。驅(qū)動待測天線俯仰從波束中心向下轉(zhuǎn)動-200。再驅(qū)動待測天線從下向上轉(zhuǎn)動，通過待測天線波束中心后到達(dá)+200位置停止。頻譜儀實時記錄待測天線的俯仰方向圖，將俯仰方向圖編號存入頻譜儀。（3）利用頻譜儀碼刻功能，用手工方法對所測方位方向圖和俯仰方向圖進(jìn)行處理，分別獲得待測天線接收方位方向圖和俯仰方向圖的主瓣電平、副

43、瓣電平圖、3dB波束寬度（s）、l0dB波束寬度（s）。并將所測方向圖從頻譜儀輸入到計算機(jī)，再取出來貼到實驗報告。4）計算3dB波束寬度（度）、l0dB波束寬度（度）和天線接收增益，并將計算結(jié)果記于表2-1 :2.測量地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度T1）按圖2-3連接測量系統(tǒng)，并使系統(tǒng)工作正常2）根據(jù)衛(wèi)星下行頻率和 LNB本振頻率設(shè)置頻譜儀工作頻率。3) 測試LNB接天線對準(zhǔn)冷空時的接收噪聲功率譜密度(1) 轉(zhuǎn)動波導(dǎo)開關(guān)，使 B接A，調(diào)整天線仰角為20。，調(diào)整天線方位使天線對準(zhǔn)冷空(頻譜儀只顯 示噪聲而無信號時，可認(rèn)為天線已對準(zhǔn)冷空)。(2) 讀取天線對準(zhǔn)冷空時的頻譜儀示數(shù)ai(dBm/Hz )。(3

44、) 用同樣方法測量天線仰角分別為40°、60°時，天線對準(zhǔn)冷空的接收噪聲功率譜密度。4) 測試LNB接標(biāo)準(zhǔn)匹配負(fù)載時的接收噪聲功率譜密度(1) 轉(zhuǎn)動波導(dǎo)開關(guān)，使 B接C，LNB接標(biāo)準(zhǔn)匹配負(fù)載。(2) 讀取LNB接標(biāo)準(zhǔn)匹配負(fù)載時的頻譜儀示數(shù)a2 (dBm/Hz )。5) 計算Y因子，Ya2ai6) 計算接收系統(tǒng)噪聲溫度Tsys(Q，7) 計算天線饋線噪聲溫度Tak(K)，8) 計算饋線噪聲溫度Tk( K )，9) 計算天線噪聲溫度TA(k)，3計算地面站品質(zhì)因數(shù)G/T ,TSYS (k)1010Tak ( K) = Tsys ( K) - Tlnb ( K)LfTk(K)10

45、10 1 *T0Ta(K) Tak(K) Tk(K)G/T(dB/K) = G-10log(T sys)六、實驗圖形、實驗數(shù)據(jù)1 天線接收增益的測試圖形如圖2-4、2-5所示，測試數(shù)據(jù)見表2-1，其中:圖2-4 (1 )、(2)、(3)、(4)為天線接收方位方向圖。圖2-5 (1 )、(2)、(3)、(4)為天線接收俯仰方向圖。(1)主瓣電平圖，(2)副瓣電平圖，(3) 3dB波束寬度圖，(4) 10dB波束寬度圖。2.地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度測試圖形如圖2-6、2-7、2-8、2-9所示，測試數(shù)據(jù)見表 2-1 :其中:圖2-6仰角200時，LNB接天線對冷空時的噪聲功率譜密度圖圖2-7 仰角4

46、0°時，LNB接天線對冷空時的噪聲功率譜密度圖圖2-8 仰角600時，LNB接天線對冷空時的噪聲功率譜密度圖圖2-9 LNB接標(biāo)準(zhǔn)匹配負(fù)載時的噪聲功率譜密度圖3. G/T值的測量數(shù)據(jù)見表2-1。圖2-4(1)方位主瓣電平圖R.ef -65 dBm PeakdB/廠/IJLft/f/A/ J4f叫Atten 5 dB#VBW100HzMkrl -1.11 s-22 02 dBSpan 0 HzSweep 12 邑(401 pts)Select MarkerMarker TraceAuto 123Readout kTimeFunction kOffCenter960 MHz Res BW

47、3kHz1AT rase1)IDTypeT I meT ii¥#-1.1T sAmplitude£亍.少d&m-22 02 dQMarker TableOnOffMarker All OffMore2 of 2MarkerAtten 5 dBSelect MarkerdB/Delta#VBW100HzCenter960 MHz Res BW3kHzR.ef -65 dBm PeakMkr2_l 330 ims-3 335 dBNaitbT raseTypeXAxisAmplitude1RV)Time-67.31 d&m1AinTinn-e420 ms-2.9

48、54 dQ2RinTims6 ISe-67.31 d&minTime33C rrts-3.335 dBSpan 0 HzSweep 12 邑(401 pts)NormalDelta Pair (Tra匚king Ref) RefDmltaSpan PairWriterOffMore1 of 2R.ef -65 dBm PeakSelect MarkerdB/Delta#VBW100HzCenter960 MHzRes BW3kHzMkr2_i 570 m$-5 4M dBAtten 5 dBNormalDelta Pair (Tra匚king Ref) RefDmltaNaitbT raseTypeXAxisAmplitude1RV)Time-67.31 d&m1AinTinn-e-660 ms-10.37 dQ2RinTimse iss-67.31 d&minTime570 ms-9 404 dBSpan 0 HzSweep 12 邑(401 pts)Span PairWriterOffMore1 of 2圖2-5(1)俯仰主瓣電平圖MarkerAtten 5 dBSelect MarkerdB/#VBW100 HzSIAM1R1ACenter960 M