低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)

1、摘要摘要作為一種國(guó)家關(guān)鍵的基礎(chǔ)通信設(shè)施，以及全球移動(dòng)通信的有機(jī)組成部分，衛(wèi) 星移動(dòng)通信系統(tǒng)在國(guó)家安全、緊急救援、互聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程教學(xué)、衛(wèi)星電視廣播以及 個(gè)人移動(dòng)通信等方面得到了廣泛的應(yīng)用。新一代寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以提供個(gè)人 電信業(yè)務(wù)、多信道廣播、互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程傳送，是全球無(wú)縫個(gè)人通信、互聯(lián)網(wǎng)空中 高速通道的必要手段。近年來(lái)衛(wèi)星通信新技術(shù)不斷發(fā)展，特別是低軌道衛(wèi)星移動(dòng) 通信系統(tǒng)受到了人們的廣泛關(guān)注，其研究與應(yīng)用已成為各國(guó)的戰(zhàn)略發(fā)展重點(diǎn)。無(wú) 線資源管理是低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)研究中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，這主要是由于衛(wèi)星 系統(tǒng)的資源是非常昂貴的，因此如何合理而有效地管理并利用衛(wèi)星系統(tǒng)的資源已 成為關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)低軌

2、道衛(wèi)星無(wú)線通信信道的基本特點(diǎn)的研究，文章具體從無(wú)線信道的 缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并進(jìn)行了 matlab仿真模擬，得出信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道的幅頻特性, 多徑信道對(duì)不同頻率信號(hào)的衰減情況不同，即具有頻率選擇性，以及信號(hào)經(jīng)過(guò)多 徑信道的衰減情況，以及碼元間隔對(duì)傳輸信號(hào)的影響，信號(hào)的碼元間隔必須遠(yuǎn)大 于信號(hào)的時(shí)延差，才能盡量的減小碼間干擾。關(guān)鍵詞：低軌衛(wèi)星通信，信道，信道特性AbstractAs a national key infrastructure communication, as well as an organic part of the global mobile communications, S

3、tar mobile communication system in national security, emergency rescue, Internet, satellite TV broadcasting, remote teaching and personal mobile communication has been widely used in such aspects. A new generation of broadband satellite communication system can provide personal telecommunication bus

4、iness, multicasting, remote transmission, the Internet is a global seamless personal communications, high-speed Internet air passage means necessary. Satellite communication technology development in recent years, especially in low orbit satellite mobile communication system has received the widespr

5、ead attention, its research and application has become a national strategic priorities. Wireless resource management is the study of Leo satellite mobile communication system is an important content, this is mainly due to the satellite system resources is very expensive, therefore how to reasonable

6、and effective management and use of the resources of satellite system has become a key.Through the low orbit satellite studies the basic characteristics of wireless channel, the article specifically from wireless channel faults is analyzed, and the mat lab simulation, it is concluded that the signal

7、 after a multipath channel amplitude frequency characteristics, multipath channel attenuation is different on different frequency signal, which has the frequency selectivity, as well as the attenuation of the signal through the multipath channel, and the influence of element spacing to transmission

8、signal, the signal of the symbol interval must be greater than the signal delay is poor, can try to reduce intersymbol interference.KEY WORDS: LEO satellite, Channel, Channel characteristics目錄第一章緒論11.1 課題研究背景11.2 低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信發(fā)展概述21.2.1 低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信現(xiàn)狀21.2.2 低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信發(fā)展歷程31.2.3 低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信在個(gè)人通信中的地位41. 3本文研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安

9、排5第二章低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)62. 1工作原理62.2低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)62. 3低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及其話務(wù)量特點(diǎn)72. 3. 1優(yōu)點(diǎn)73. 3. 2缺點(diǎn)84. 3.3業(yè)務(wù)量分布的特點(diǎn)8第三章無(wú)線信道93.1 無(wú)線信道特性93.2 多徑傳播93.3 3多徑衰落93. 3. 1 定義93. 3. 2產(chǎn)生原因103. 3. 3主要分類113.4多普勒頻移121. 41 概述123. 42發(fā)生原因13第四章多徑傳播的模擬實(shí)驗(yàn)154.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?54. 2實(shí)驗(yàn)原理154.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容154. 5實(shí)驗(yàn)心得20結(jié)語(yǔ)21致謝22參考文獻(xiàn)23第1章緒論1.1 課題研究背景衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)擴(kuò)大了陸地移

10、動(dòng)通信系統(tǒng)地理覆蓋和業(yè)務(wù)覆蓋的范圍，可 以為空中、海面和復(fù)雜地理結(jié)構(gòu)的地面區(qū)域的各類移動(dòng)終端提供服務(wù)，特別適用 于航海、航空、低業(yè)務(wù)量地區(qū)、地面網(wǎng)覆蓋有限的應(yīng)用環(huán)境。在軍民兩用、平戰(zhàn) 結(jié)合、應(yīng)急通信等方面具有不可替代的作用和重要意義。例如，為了保證覆蓋用 戶可能的各種操作環(huán)境，全球化個(gè)人通信網(wǎng)采用層次型的多重蜂窩結(jié)構(gòu)，其中衛(wèi) 星段提供包括海洋和極地在內(nèi)的全球覆蓋，是地面網(wǎng)在某些地區(qū)的延伸，同時(shí)可 用于緩解地面網(wǎng)的通信擁塞，使得無(wú)需增加地面網(wǎng)的無(wú)線頻譜即能支持更多的用 戶和更大的通信量。市場(chǎng)的巨大需求、衛(wèi)星通信的實(shí)時(shí)性、終端的小型化等要求 促成了中、低軌道(MEO： Median Earth O

11、rbit； LEO： Low Earth Orbit)衛(wèi)星 移動(dòng)通信的發(fā)展。MEO/LEO衛(wèi)星移動(dòng)通信的特點(diǎn)是中、低軌道衛(wèi)星快速圍繞地球 旋轉(zhuǎn)，即使終端沒(méi)有移動(dòng)，它與衛(wèi)星間的通信鏈路也在不停地改變，用戶和衛(wèi)星 的雙重移動(dòng)性與衛(wèi)星用戶呼叫業(yè)務(wù)的多樣性，以及移動(dòng)終端運(yùn)動(dòng)模式的變化，使 得衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中的信道分配與切換控制變得更為復(fù)雜，并且有其獨(dú)特之 處，如衛(wèi)星在規(guī)定軌道上運(yùn)行，終端與衛(wèi)星間通信鏈路的改變具有可預(yù)測(cè)性、規(guī) 律性和周期性等特征。由于衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，人們對(duì)它能夠 提供的業(yè)務(wù)也提出了多種要求，包括通過(guò)衛(wèi)星終端進(jìn)行話音、多媒體業(yè)務(wù)、可視 電話等通信，Internet業(yè)務(wù)

12、，如E-mail、WWW瀏覽、電子商務(wù)等在移動(dòng)網(wǎng)上的 應(yīng)用也更為普遍。信息、教育類業(yè)務(wù)具有很好的應(yīng)用前景。這些業(yè)務(wù)對(duì)無(wú)線基礎(chǔ) 設(shè)施的要求有：可靠的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)保證用戶可以在任意時(shí)刻、任意地點(diǎn)使用所需的 業(yè)務(wù)；支持多播；具有位置管理能力；在多個(gè)異構(gòu)網(wǎng)中具有漫游能力；安全性要 求：鑒權(quán)和通信保密；自動(dòng)協(xié)商能力；業(yè)務(wù)質(zhì)量要求，如時(shí)延、丟信率等； 支持多媒體應(yīng)用。由于不同的業(yè)務(wù)具有不同的傳輸速率，同時(shí)用戶對(duì)QoS要求的不斷提高， 因此，如何有效地利用有限的無(wú)線資源，以滿足各種不同速率業(yè)務(wù)的QoS需求, 已經(jīng)成為通信系統(tǒng)能否取得成功的關(guān)鍵。無(wú)線資源管理是對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)空 間段與地面段之間的空中接口資源進(jìn)

13、行規(guī)劃和調(diào)度，研究的目的是利用袁煒翔：低軌道衛(wèi)星通信信道有限的無(wú)線資源，在保證波束覆蓋和服務(wù)質(zhì)量要求的情況下，盡可能地接入更多 的用戶。如果沒(méi)有良好的無(wú)線資源管理技術(shù)，即使再好的傳輸技術(shù)也無(wú)法發(fā)揮出其應(yīng) 有的優(yōu)勢(shì)。由于衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)研發(fā)、維護(hù)運(yùn)行的成本昂貴，所以提高無(wú)線資 源利用率一直是追求的主要目標(biāo)。通常無(wú)線資源管理包括頻譜、時(shí)間、功率、空間以及特征碼等要素，涉及到 一系列與無(wú)線資源分配有關(guān)的過(guò)程，這些過(guò)程都要求能夠?qū)崟r(shí)地完成。在衛(wèi)星移 動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，不但用戶是動(dòng)態(tài)的，隨時(shí)都有可能發(fā)起呼叫或終止呼叫，并在網(wǎng)絡(luò)內(nèi) 部移動(dòng)；空中接口的空間段衛(wèi)星也是動(dòng)態(tài)的，LEO衛(wèi)星在空間軌道上圍繞地球快 速旋轉(zhuǎn)，

14、衛(wèi)星腳印覆蓋時(shí)間是分鐘級(jí)的，點(diǎn)波束的覆蓋時(shí)間是秒級(jí)的，這造成網(wǎng) 絡(luò)內(nèi)頻繁的切換。陸地移動(dòng)通信中業(yè)務(wù)量主要隨著白天和夜晚的變化而變化，每 天的變化規(guī)律大致相同；而在衛(wèi)星系統(tǒng)中，對(duì)業(yè)務(wù)量變化有重要影響的因素有多 種，除了當(dāng)?shù)貢r(shí)間是白天還是夜晚外，衛(wèi)星在一個(gè)軌道運(yùn)行周期中越過(guò)大陸、海 洋和極地等地區(qū)，導(dǎo)致業(yè)務(wù)量在短時(shí)間的劇烈變化；其他因素還有地球自轉(zhuǎn)、地 區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡等，使得業(yè)務(wù)量的變化在每個(gè)衛(wèi)星軌道運(yùn)行周期也不相同。綜合考慮這些因素，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中無(wú)線資源管理的復(fù)雜程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高 于陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)，陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)中的無(wú)線資源管理及信道分配策略也無(wú) 法適應(yīng)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。無(wú)線資源管理的核

15、心是對(duì)呼叫請(qǐng)求合理地分配無(wú)線資 源，在保障服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，充分提高信道利用率。1.2 低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信發(fā)展概述1.2.1 低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信現(xiàn)狀作為一種延時(shí)小、全球無(wú)縫覆蓋的系統(tǒng)，低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)在近四十年 來(lái)得到迅猛發(fā)展。據(jù)截至2006年12月27日的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在軌運(yùn)行的各類衛(wèi) 星多達(dá)844顆，低軌衛(wèi)星有390顆，在低軌衛(wèi)星中提供區(qū)域和全球通信服務(wù)的 有197顆。西方國(guó)家在低軌衛(wèi)星通信技術(shù)方面的研究已成體系，已建立并投入 使用的中低軌道及小衛(wèi)星星座移動(dòng)通信系統(tǒng)就已達(dá)20多個(gè)，其中最具代表性是 鉞星Iridum系統(tǒng)、全球星GlobalStar系統(tǒng)、0RBC0MM系統(tǒng)、Cosmos系統(tǒng)以 及I

16、CO系統(tǒng)等。寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)是目前的發(fā)展方向，目前正在研發(fā)中的提供 寬帶業(yè)務(wù)的系統(tǒng)有 Teledesic Skybridge> Orb 1 ink> 'star、Celestri 等。3這些衛(wèi)星移動(dòng)系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，主要用于話音、數(shù)據(jù)通信、多媒體通 信、位置信息服務(wù)等方面。1.2.2 低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信發(fā)展歷程衛(wèi)星移動(dòng)通信始于20世紀(jì)70年代，早期的衛(wèi)星非常簡(jiǎn)單，只能支持用于 車輛和飛行器的通信，不能支持大量的小型終端用戶，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)人們對(duì)衛(wèi)星 移動(dòng)通信信道的理解還不夠深入，移動(dòng)終端小型化的技術(shù)也不成熟。在隨后的20 年中，很多研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信信道開展了

17、大量的實(shí)驗(yàn)和研究。為了 實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何人通信的美好愿望，以及對(duì)市場(chǎng)的樂(lè)觀估計(jì)， 相繼有多個(gè)非靜止軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)被開發(fā)出來(lái)并投入運(yùn)行。鉞星系統(tǒng)在 1998年投入使用，是世界上第一個(gè)投入商業(yè)運(yùn)行的全球覆蓋低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信 系統(tǒng)，它可以提供話音、傳真、數(shù)據(jù)和尋呼等業(yè)務(wù)。但是衛(wèi)星個(gè)人移動(dòng)通信的發(fā) 展道路卻十分坎坷。鉞星系統(tǒng)采用了直到現(xiàn)在仍然較為先進(jìn)的星上處理和星間鏈 路技術(shù)，它解決了衛(wèi)星網(wǎng)與地面蜂窩網(wǎng)之間、蜂窩網(wǎng)之間的跨協(xié)議漫游，實(shí)現(xiàn)了 衛(wèi)星終端手機(jī)化，實(shí)現(xiàn)了全球個(gè)人移動(dòng)通信的設(shè)想。但同時(shí)也暴露出一些問(wèn)題， 在技術(shù)問(wèn)題上是切換掉話率高達(dá)15%,其他問(wèn)題主要是非技術(shù)因素，包括業(yè)務(wù)

18、收費(fèi)高、有地區(qū)差異、手機(jī)價(jià)格高并且供貨不足等。鉞星系統(tǒng)原計(jì)劃在1995年 投入運(yùn)營(yíng)，它的市場(chǎng)策略和價(jià)格策略都是基于當(dāng)時(shí)地面移動(dòng)通信網(wǎng)很不發(fā)達(dá)的情 況制定的，但是由于技術(shù)復(fù)雜、研制周期長(zhǎng)、成本高等原因，它在1998年底才 投入運(yùn)行。但這時(shí)地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)煥然一新，GSM、IS-95等系統(tǒng)終端比衛(wèi)星 終端重量輕、價(jià)格低，64kb/s的數(shù)據(jù)速率遠(yuǎn)高于鉞星2. 4kb/s速率，通信也較 鉞星系統(tǒng)可靠，運(yùn)營(yíng)成本遠(yuǎn)低于鉞星系統(tǒng)。憑借這些優(yōu)勢(shì)，地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)迅速占 領(lǐng)了擁有最大用戶群體的城市地區(qū)，鉞星系統(tǒng)完全失去了原先所設(shè)想的目標(biāo)用戶 和市場(chǎng)領(lǐng)域，并導(dǎo)致衛(wèi)星個(gè)人移動(dòng)通信系統(tǒng)在與陸地?zé)o線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)中慘遭 失

19、敗，“鉞星”、“軌道通信衛(wèi)星”等低軌道星座的公司在2000年前后相繼破產(chǎn), “全球星”系統(tǒng)的市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)也一直萎靡不振。自此衛(wèi)星個(gè)人移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展 跌至低谷。時(shí)至今日，局面已經(jīng)很清楚，全球衛(wèi)星個(gè)人移動(dòng)通信系統(tǒng)在與陸地?zé)o線蜂窩 網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)中是沒(méi)有優(yōu)勢(shì)的，衛(wèi)星移動(dòng)通信不應(yīng)與其競(jìng)爭(zhēng)，而應(yīng)成為陸地通信網(wǎng) 絡(luò)的延伸和補(bǔ)充。通過(guò)這一場(chǎng)你死我活的較量，新的鉞衛(wèi)星公司(Iridium Satellite LLC)從老鉞星公司的失敗和挫折中獲得了深刻的教訓(xùn)和寶貴的經(jīng)驗(yàn)。價(jià)值50億美元的鉞系統(tǒng)被新的鉞公司以2500萬(wàn)美元收購(gòu)，并于2001年3 月28日由新的鉞衛(wèi)星公司重新提供服務(wù)。在破產(chǎn)保護(hù)法注銷了老鉞星公司30

20、 億美元的沉重債務(wù)的前提下，他們?cè)谑袌?chǎng)定位、經(jīng)營(yíng)策略、增加業(yè)務(wù)種類、增多 用戶層面、降低手機(jī)價(jià)格、增加終端種類以及推行與主要電信供應(yīng)商合作的發(fā)展 戰(zhàn)略等諸多方面進(jìn)行了重大的調(diào)整，并付之實(shí)施，取得了卓有成效的業(yè)績(jī)。并且 發(fā)射了補(bǔ)充衛(wèi)星，目前在軌衛(wèi)星數(shù)達(dá)到78顆。全球星系統(tǒng)也采取了類似的措施, 到2006年8月為止，它已在120多個(gè)國(guó)家擁有業(yè)務(wù)合作伙伴，。它為關(guān)鍵的 工業(yè)領(lǐng)域用戶，包括商業(yè)運(yùn)輸、林業(yè)、航空、能源、礦業(yè)、邊遠(yuǎn)地區(qū)建筑業(yè)和海 事活動(dòng)等，以及緊急救援、政府機(jī)要通信、軍事領(lǐng)域等提供不可替代的通信服務(wù)。 不論從發(fā)射補(bǔ)充衛(wèi)星還是從經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)來(lái)看，以上事實(shí)充分說(shuō)明衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng) 正在恢復(fù)活力。1

21、.2.3 低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信在個(gè)人通信中的地位目前，第二代(2G)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)在市場(chǎng)上仍占主導(dǎo)地位，第三代系統(tǒng) (3G),如UMTS也已嶄露頭角，而第四代系統(tǒng)(4G)正處于醞釀階段。國(guó)際移 動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn) IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000)提 供了一個(gè)兼容現(xiàn)存的和將來(lái)的通信系統(tǒng)的同一框架，為了支持任何人、任何時(shí)間、 任何地點(diǎn)的通信，它將低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)納入其框架內(nèi)，如S-UMTS (Satellite-UMTS)系列協(xié)議，制定了衛(wèi)星空中接口標(biāo)準(zhǔn)以及與地面網(wǎng)絡(luò)的互連 互通協(xié)議等。衛(wèi)星段的主要作用是提供全球覆蓋、提供地面

22、網(wǎng)絡(luò)的替代方式和無(wú) 縫覆蓋等。衛(wèi)星通信為那些不能建立地面鏈路的地方提供連接，例如，在一些發(fā)展中國(guó) 家，由于維護(hù)寬廣地域的地面基礎(chǔ)通信設(shè)施費(fèi)用昂貴，如果不利用衛(wèi)星通信技術(shù), 就會(huì)限制現(xiàn)代通信技術(shù)的應(yīng)用。從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，陸地通信網(wǎng)絡(luò)向農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū) 發(fā)展越來(lái)越不經(jīng)濟(jì)，也越來(lái)越困難，衛(wèi)星個(gè)人移動(dòng)通信占領(lǐng)這一陣地只是時(shí)間遲 早的問(wèn)題。在通信基礎(chǔ)設(shè)施貧乏的地區(qū)，如兩個(gè)島嶼之間，衛(wèi)星通信可以提供無(wú) 縫覆蓋能力。當(dāng)前地面頻譜資源的日益緊張，逐步向更高頻段發(fā)展，同時(shí)也造成信道傳輸 的新問(wèn)題，如建筑物遮擋和屏蔽問(wèn)題更加突出。但是，由于衛(wèi)星天線居高臨下， 可以克服部分遮擋問(wèn)題。目前，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)在使用Ku和

23、Ka頻段， 具有更多的可用頻率。因此，可以預(yù)見衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展將有光明的前景。1.3 本文研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排第一章為緒論，簡(jiǎn)單介紹了課題研究背景，接著低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信的現(xiàn)狀, 發(fā)展歷程與它在個(gè)人移動(dòng)通信中的地位做了說(shuō)明。第二章首先對(duì)低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作原理做了簡(jiǎn)單的介紹，著重分 析了低軌道衛(wèi)星地動(dòng)通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。第三章從信道的特征出發(fā)對(duì)信道傳輸?shù)倪^(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)題進(jìn)行具體分析。第四章為多徑傳播的信道模擬。袁煒翔：低軌道衛(wèi)星通信信道第2章低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)2. 1工作原理低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作原理與前面介紹的“蜂窩”式移動(dòng)通信的 原理相似。如圖2-1盡管每顆衛(wèi)星所能覆蓋的

24、地域低軌道衛(wèi)星比同步衛(wèi)星小得 多，圖2-1衛(wèi)星分布但比移動(dòng)通信中基地臺(tái)所覆蓋的面積卻大多了。實(shí)際上，一顆低軌道衛(wèi)星就相當(dāng) 於陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)中的一個(gè)“基地臺(tái)”，而形成覆蓋區(qū)域的天線和無(wú)線電中繼 設(shè)備都安在衛(wèi)星上。不同的是，道個(gè)“基地臺(tái)”不是建立在地面上，而是被倒掛 在天空中。地面站與空間衛(wèi)星的聯(lián)系，以及衛(wèi)星與衛(wèi)星間的聯(lián)系是在“K”頻帶 上建立的；而衛(wèi)星與地面移動(dòng)臺(tái)如車、船和手持移動(dòng)電話機(jī)的人之間的信息聯(lián)系 則建立在“L”頻帶之上的?！般X”系統(tǒng)衛(wèi)星通信計(jì)劃的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了人憑在地球上的任何地方，無(wú)論陸 地、空中和海洋，只要撥通一個(gè)電話號(hào)碼便可與遠(yuǎn)隔千山萬(wàn)水的親人通話的目的。2.2低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系

25、統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)包括三個(gè)部分，即空間段、控制段和地面段。如圖2-2 所示。其中，空間段由空中所有的衛(wèi)星組成。這些衛(wèi)星分布在多個(gè)軌道面上，形 成一種特定的衛(wèi)星星座結(jié)構(gòu)。一顆衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域有限，衛(wèi)星移動(dòng)通信要求在全 球的任何位置，在任何時(shí)刻至少被一顆衛(wèi)星所覆蓋，所以必須采用多顆衛(wèi)星組成 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的方式協(xié)同工作，該衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)被稱為衛(wèi)星星座。通常一個(gè)衛(wèi)星星座由多 個(gè)位于不同軌道平面的衛(wèi)星環(huán)組成，每個(gè)衛(wèi)星環(huán)乂由多顆在同一軌道內(nèi)不同相位#上運(yùn)行的衛(wèi)星組成。星座設(shè)計(jì)也是衛(wèi)星應(yīng)用中的重要問(wèn)題。圖2-2低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)軌道、品度h控制段由衛(wèi)星通信系統(tǒng)的所有地面控制和管理設(shè)施組成，對(duì)運(yùn)行的衛(wèi)星實(shí)施 跟蹤、遙測(cè)

26、和控制等管理功能，對(duì)衛(wèi)星通信網(wǎng)各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、鏈路進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制 及日常維護(hù)。地面段包括用戶終端、業(yè)務(wù)地面站等。用戶終端中有手機(jī)、便攜設(shè) 備、艦載或航空器上的通信終端、移動(dòng)站和甚小孔徑終端(VSAT)等，它們將用 戶直接連接到空間段。業(yè)務(wù)地面站乂稱為關(guān)口站、地面站(GS： Ground Station), 相當(dāng)于陸地蜂窩網(wǎng)中的移動(dòng)交換中心MSC/VLR,負(fù)責(zé)交換和通信控制等功能，并 且通過(guò)它實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與地面通信網(wǎng)絡(luò)互連。與陸地蜂窩網(wǎng)相似，低軌衛(wèi)星 通信網(wǎng)中存儲(chǔ)用戶所有簽約信息的數(shù)據(jù)庫(kù)也稱為HLR,當(dāng)用戶漫游到某個(gè)關(guān)口站 服務(wù)范圍時(shí)，通過(guò)位置更新過(guò)程，將用戶在HLR中的信息復(fù)制到該關(guān)口站的VL

27、R 中。2. 3低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及其話務(wù)量特點(diǎn)3. 3. 1優(yōu)點(diǎn)經(jīng)過(guò)五十多年的發(fā)展，GE0衛(wèi)星在通信、電視轉(zhuǎn)播等方面的應(yīng)用已經(jīng)趨于成 熟，它的缺點(diǎn)也越來(lái)越顯著，如體積大、重量大，需要大型助推火箭，發(fā)射準(zhǔn)備 時(shí)間長(zhǎng)；只有一個(gè)軌道面，可容納衛(wèi)星數(shù)量有限；不能覆蓋極地地區(qū)；距離地球 遙遠(yuǎn)，通信延時(shí)長(zhǎng)，波束覆蓋區(qū)大，頻譜利用率低，容量有限；終端發(fā)射功率大, 不易小型化等。相對(duì)GE0衛(wèi)星通信系統(tǒng)，ME0/LE0衛(wèi)星通信系統(tǒng)有諸多優(yōu)勢(shì)， 對(duì)用戶而言通信時(shí)延縮短，數(shù)據(jù)傳輸速率更高，終端重量、體積與普通陸地移動(dòng) 通信終端相差無(wú)兒，還可以與陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)兼容，真正做到全球無(wú)縫接入。袁煒翔：低軌道衛(wèi)星通

28、信信道對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言，衛(wèi)星體積小、重量輕，利用現(xiàn)代發(fā)射技術(shù)可以一箭兩星同時(shí)發(fā)射 入軌，系統(tǒng)頻譜利用率高，容量增大。因此，隨著衛(wèi)星制造技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)需 求的逐漸旺盛，MEO/LEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展方興未艾。4. 3.2缺點(diǎn)低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)也存在著固有的缺點(diǎn)，如需要衛(wèi)星數(shù)量較多，這樣它的地 面控制、維護(hù)系統(tǒng)就比較復(fù)雜。對(duì)通信來(lái)講，影響較大的問(wèn)題是波束切換和星間 切換。低軌衛(wèi)星相對(duì)地球高速運(yùn)動(dòng)，使得終端在通信過(guò)程中需要頻繁的切換到其 他波束或衛(wèi)星上才能繼續(xù)通話，以鈦星系統(tǒng)為例，其最小切換時(shí)間間隔10.3s, 平均切換時(shí)間間隔277. 7so實(shí)現(xiàn)切換需要一系列信令操作過(guò)程，頻繁的切換加 重了系統(tǒng)的信

29、令負(fù)荷。切換越頻繁，切換失敗的概率也越大，鉞星在系統(tǒng)運(yùn)行初 期切換成功率只有85%,后來(lái)經(jīng)過(guò)改進(jìn)達(dá)到92%98%,與陸地移動(dòng)通信系統(tǒng) 的切換掉話率不高于5X10-'的指標(biāo)相比相差其遠(yuǎn)。切換產(chǎn)生掉話的主要原因是 切換發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)帶寬資源不能滿足切換呼叫最低的帶寬需求。2. 3. 3業(yè)務(wù)量分布的特點(diǎn)昂貴的衛(wèi)星信道成本是影響衛(wèi)星通信市場(chǎng)發(fā)展的主要瓶頸之一，如何在保證 服務(wù)質(zhì)量的前提下提高信道利用率是有效降低通話成本的關(guān)鍵。低軌衛(wèi)星系統(tǒng) 中，衛(wèi)星軌道高度為500km-1500km,相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)速度7km/s,衛(wèi)星點(diǎn)波束的 覆蓋半徑為200500km,繞地軌道運(yùn)行周期約為24小時(shí)。一般來(lái)說(shuō)，由于

30、地 球自轉(zhuǎn)，衛(wèi)星運(yùn)行第二個(gè)周期開始時(shí)，其星下點(diǎn)的位置相對(duì)第一個(gè)周期偏移 2000km4000km。低軌衛(wèi)星的這種運(yùn)行特點(diǎn)，導(dǎo)致了通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)量不但受 到當(dāng)?shù)貢r(shí)間、人口分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，還受到非均勻的地理分布的嚴(yán)重影響。 在短暫的運(yùn)行周期中，衛(wèi)星不斷地越過(guò)大陸、海洋或極地，越過(guò)海洋或極地上空 時(shí)，業(yè)務(wù)量幾乎為零，而越過(guò)大陸上空時(shí)，業(yè)務(wù)量陡然上升，形成沖激脈沖形態(tài) 的業(yè)務(wù)量變化。#第三章無(wú)線信道2.1 無(wú)線信道特性信道是對(duì)無(wú)線通信中發(fā)送端和接收端之間的通路的一種形象比喻，對(duì)于無(wú)線 電波而言，它從發(fā)送端傳送到接收端，其間并沒(méi)有一個(gè)有形的連接，它的傳播路 徑也有可能不只一條，但是我們?yōu)榱诵蜗蟮?/p>

31、描述發(fā)送端與接收端之間的工作，我 們想象兩者之間有一個(gè)看不見的道路銜接，把這條銜接通路稱為信道。2.2 多徑傳播從發(fā)射機(jī)天線發(fā)射的無(wú)線電波（信號(hào)），沿兩個(gè)或多個(gè)路徑到達(dá)接收機(jī)天線 的傳播現(xiàn)象。無(wú)線電波是一種電磁波，其傳播的主要方式是空間波，即直射波、反射波、 折射波、繞射波以及它們的合成波。當(dāng)無(wú)線電波遇到物體時(shí)，產(chǎn)生反射、折射和 散射，而在電波傳播的過(guò)程中會(huì)遇到不同的物體，因而會(huì)產(chǎn)生不同的發(fā)射、折射 和散射，所以在任何一個(gè)接受點(diǎn)上均可能收到來(lái)自不同路徑的同源電磁波，這就 是多徑傳播。接收端接收到的信號(hào)是直達(dá)波和多個(gè)反射波的合成。由于大氣折射是隨時(shí)間 變化的，傳播路徑差也會(huì)隨時(shí)間和地形地物而變化

32、。那么多徑信號(hào)如果同相，則 相加；如果反相，則抵消。由此造成接收端信號(hào)的幅度變化，稱為衰落。由于這 種衰落是由多徑引起的，因此稱之為多徑衰落。在FM （調(diào)頻）無(wú)線電廣播中，在發(fā)射臺(tái)和接收機(jī)之間，信號(hào)出現(xiàn)了二個(gè)或 更多個(gè)的傳播途徑的情況。多徑傳播效應(yīng)是由于大型建筑物或山脈反射信號(hào)所引 起的。接收天線將會(huì)收到直達(dá)信號(hào)和經(jīng)反射而有延遲的信號(hào)。多徑效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生失 真，在收看電視節(jié)目時(shí)，多徑傳播效應(yīng)便會(huì)讓圖像出現(xiàn)“重影”。3. 3多徑衰落3.3. 1定義在通信系統(tǒng)中，由于通信地面站天線波束較寬，受地物、地貌和海況等諸 多因素的影響，使接收機(jī)收到經(jīng)折射、反射和直射等幾條路徑到達(dá)的電磁波，這 袁煒翔：低軌道衛(wèi)

33、星通信信道種現(xiàn)象就是多徑效應(yīng)。這些不同路徑到達(dá)的電磁波射線相位不一致且具有時(shí)變 性，導(dǎo)致接收信號(hào)呈衰落狀態(tài)；這些電磁波射線到達(dá)的時(shí)延不同，乂導(dǎo)致碼間干 擾。若多射線強(qiáng)度較大，且時(shí)延差不能忽略，則會(huì)產(chǎn)生誤碼，這種誤碼靠增加發(fā) 射功率是不能消除的，而由此多徑效應(yīng)產(chǎn)生的衰落叫多徑衰落，它也是產(chǎn)生碼間 干擾的根源。對(duì)于數(shù)字通信、雷達(dá)最佳檢測(cè)等都會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響。1、多 徑衰落是指在微波信號(hào)的傳播過(guò)程中，由于受地面或水面反射和大氣折射的影 響，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)經(jīng)過(guò)不同路徑到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)，通過(guò)矢量疊加后合成時(shí)變信號(hào)。 多徑衰落可分為平衰落和頻率選擇性衰落。2、信道時(shí)變多徑特性造成接收信號(hào) 電平的起伏現(xiàn)象被

34、稱為多徑衰落，通常在移動(dòng)信道中信號(hào)電平的起伏呈瑞利分布 時(shí)這種信道稱為瑞利衰落信道。3、由于這種衰落由多徑引起的所以稱為多徑衰 落，在移動(dòng)通信中多徑衰落多徑環(huán)境。以瑞利(Rayleigh)衰落為主，他是移動(dòng)臺(tái) 在移動(dòng)中受到不同路徑來(lái)的同一信號(hào)源的折射或反射等信號(hào)所產(chǎn)生，他的變化是 隨機(jī)的，因此只能用統(tǒng)計(jì)或概率的觀點(diǎn)來(lái)定量描述。4、前者是由多徑引起的，因 此乂稱為多徑衰落，它服從瑞利(Rayleigh)分布。它可能包含一段Text文本或一 幅圖片。g為真實(shí)重力值5、因此合成信號(hào)起伏很大，稱為多徑衰落.在分析衛(wèi)星 移動(dòng)信道傳播特性的概率分布模型時(shí)，多徑效應(yīng)主要是用瑞利分布描述衰落，簡(jiǎn) 單的說(shuō)是指接

35、收點(diǎn)信號(hào)電平因受各種因素影響而隨時(shí)間變化叫衰落。多徑傳播是 由于無(wú)線傳播環(huán)境的影響，在電波的傳播路徑上電波產(chǎn)生了反射、繞射和散射， 這樣當(dāng)電波傳輸?shù)浇邮仗炀€時(shí)，信號(hào)不是單一路徑來(lái)的，而是許多路徑來(lái)的多個(gè) 信號(hào)的疊加。因?yàn)殡姴ㄍㄟ^(guò)各個(gè)路徑的距離不同，所以各個(gè)路徑電波到達(dá)接收機(jī) 的時(shí)間不同，相位也就不同。不同相位的多個(gè)信號(hào)在接收端疊加，有時(shí)是同相疊 加而加強(qiáng)，有時(shí)是反相疊加而減弱。這樣接收信號(hào)的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生了 所謂的多徑衰落。3.4. 2產(chǎn)生原因?qū)τ诓煌ǘ?，不同傳播方式，形成多徑傳播的機(jī)理不盡相同。三張附圖說(shuō) 明了短波電離層反射信道與超短波、微波對(duì)流層散射信道和移動(dòng)通信的多徑衰落 產(chǎn)生

36、的原理。#圖3-1對(duì)流層散射傳播路徑圖3-2短波信號(hào)從電離層反射的傳播路徑圖3-3移動(dòng)通信傳播路徑3. 3. 3主要分類一、瑞利衰落如果各條路徑傳輸時(shí)延差別不大，而傳輸波形的頻譜較窄（數(shù)字信號(hào)傳輸 速率較低），則信道對(duì)信號(hào)傳輸頻帶內(nèi)各頻率分量強(qiáng)度和相位的影響基本相同。 此時(shí)，接收點(diǎn)的合成信號(hào)只有強(qiáng)度的隨機(jī)變化，而波形失真很小。這種衰落稱為 一致性衰落，或稱平坦型衰落。如果發(fā)送端發(fā)射一個(gè)余弦波Acos 31,接收端接收到的一致性衰落信號(hào)是一 個(gè)具有隨機(jī)振幅和隨機(jī)相位的調(diào)幅調(diào)相波，從頻域來(lái)看，由單一頻率變成了一個(gè) 袁煒翔：低軌道衛(wèi)星通信信道窄帶頻譜，這叫頻率彌散?？梢娝ヂ湫盘?hào)實(shí)際上成為一個(gè)窄帶隨機(jī)

37、過(guò)程，它的包 絡(luò)的一維統(tǒng)計(jì)特性服從瑞利分布，所以通常乂稱為瑞利衰落。二、頻率選擇性衰落如果各條路徑傳輸時(shí)延差別較大，傳輸波形的頻譜較寬（或數(shù)字信號(hào)傳輸速 率較高），則信道對(duì)傳輸信號(hào)中不同頻率分量強(qiáng)度和相位的影響各不相同。此時(shí), 接收點(diǎn)合成信號(hào)不僅強(qiáng)度不穩(wěn)定而且產(chǎn)生波形失真，數(shù)字信號(hào)在時(shí)間上有所展 寬，這就可能千萬(wàn)前后碼元的波形重疊，出現(xiàn)碼間（符號(hào)間）干擾。這種衰落稱 為頻率選擇性衰落，有時(shí)也簡(jiǎn)稱選擇性衰落。3.1 . 4基本特性與防范措施一、基本特性多徑衰落的基本特性表現(xiàn)在信號(hào)幅度的衰落和時(shí)延擴(kuò)展。從空間角度考慮多 徑衰落時(shí)，接收信號(hào)的幅度將隨著移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)距離的變動(dòng)而衰落，其中本地反射 物所引

38、起的多徑效應(yīng)表現(xiàn)為較快的幅度變化（快衰落），而其局部均值是隨距離 增加而起伏的，反映了地形變化所引起的衰落以及空間擴(kuò)散損耗（慢衰落）；從 時(shí)間角度考慮，由于信號(hào)的傳播路徑不同，所以到達(dá)接收端的時(shí)間也就不同，當(dāng) 基站發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，接收信號(hào)不僅包含該脈沖，還將包括此脈沖的各個(gè)延 時(shí)信號(hào)，這種由于多徑效應(yīng)引起的接收信號(hào)中脈沖的寬度擴(kuò)展現(xiàn)象稱為時(shí)延擴(kuò) 展。二、防范措施衰落作為一種乘性干擾，嚴(yán)重影響著通信系統(tǒng)的性能，因此必須采取相應(yīng)的 措施加以克服。比較有效的抗衰落措施有：分集接收就是將在接收端分散接收到 的幾個(gè)衰落情況不同（相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立）的合成信號(hào)，再以一定的方式將它們合并 集中，使總接收信號(hào)的

39、信噪比得到改善，衰落的影響減小。這是一種歷史較久、 應(yīng)用較廣的克服衰落影響的有效方法?？捎玫姆旨绞接校嚎臻g分集、頻率分集, 角度分集、極化分集、時(shí)間分集等。所謂信號(hào)設(shè)計(jì)就是針對(duì)信道的情況，設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)抗衰落能力的信號(hào)，并在 發(fā)端收端采用相應(yīng)的調(diào)制和檢測(cè)技術(shù)。如采用多進(jìn)制信號(hào)、時(shí)頻相調(diào)制技術(shù)以及 時(shí)頻調(diào)制信號(hào)、偽噪聲編碼（偽隨機(jī)編碼）等擴(kuò)頻通信技術(shù)。3.2 多普勒頻移3.41 概述13圖3-4多普勒效應(yīng)示意圖多普勒頻移，當(dāng)運(yùn)動(dòng)在波源后面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相反的效應(yīng)。波長(zhǎng)變得較長(zhǎng)，頻 率變得較低(紅移red shift)。波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應(yīng)越大。根據(jù)光 波紅(藍(lán))移的程度，可以計(jì)算出波源循著觀

40、測(cè)方向運(yùn)動(dòng)的速度3.42 發(fā)生原因1842年奧地利一位名叫多普勒的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家。一天，他正路過(guò)鐵路 交叉處，恰逢一列火車從他身旁馳過(guò)，他發(fā)現(xiàn)火車從遠(yuǎn)而近時(shí)汽笛聲變響，音調(diào) 變尖，而火車從近而遠(yuǎn)時(shí)汽笛聲變?nèi)酰粽{(diào)變低。他對(duì)這個(gè)物理現(xiàn)象感到極大興 趣，并進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)這是由于振源與觀察者之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者 聽到的聲音頻率不同于振源頻率的現(xiàn)象。這就是頻移現(xiàn)象。因?yàn)?，聲源相?duì)于觀 測(cè)者在運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者所聽到的聲音會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)聲源離觀測(cè)者而去時(shí)，聲波 的波長(zhǎng)增加，音調(diào)變得低沉，當(dāng)聲源接近觀測(cè)者時(shí)，聲波的波長(zhǎng)減小，音調(diào)就變 高。音調(diào)的變化同聲源與觀測(cè)者間的相對(duì)速度和聲速的比值有關(guān)。這一比

41、值越大, 改變就越顯著，后人把它稱為“多普勒效應(yīng)”。把聲波視為有規(guī)律間隔發(fā)射的脈沖，可以想象若你每走一步，便發(fā)射了一個(gè) 脈沖，那么在你每走一步時(shí)，面前的聲源發(fā)出的脈沖相對(duì)于你的傳播距離比你站 立不動(dòng)時(shí)近了一步，而在你后面的聲源則比原來(lái)不動(dòng)時(shí)遠(yuǎn)了一步。或者說(shuō)，在你 之前的脈沖頻率比平常變高，而在你之后的脈沖頻率比平常變低了。所謂多普勒效應(yīng)就是當(dāng)發(fā)射源與接收體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收體接收的 發(fā)射源發(fā)射信息的頻率與發(fā)射源發(fā)射信息頻率不相同，這種現(xiàn)象稱為多普勒效 應(yīng)，接收頻率與發(fā)射頻率之差稱為多普勒頻移。聲音的傳播也存在多普勒效應(yīng)， 當(dāng)聲源與接收體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收體接收的聲波頻率f'與

42、聲源頻率f存 在多普勒頻移A f (doppler shift)即A f=f -f(3-1)當(dāng)接收體與聲源相互靠近時(shí)，接收頻率/大于發(fā)射頻率f即：A/>0 當(dāng)接收體與聲源相互遠(yuǎn)離時(shí)，接收頻率/小于發(fā)射頻率即：aao袁煒翔：低軌道衛(wèi)星通信信道可以證明若接收體與聲源相互靠近或相互遠(yuǎn)離的速度為。，聲速為a則接 收體接收聲波的多普勒頻率為：f = f（C+一匕）/（L+匕）（3-2）括號(hào)中分子和分母的加、減運(yùn)算分別為“接近”和“遠(yuǎn)離”之意。3.43 應(yīng)用實(shí)例多普勒效應(yīng)不僅僅適用于聲波，它也適用于所有類型的波形，包括光波?？?學(xué)家Edwin Hubble使用多普勒效應(yīng)得出宇宙正在膨脹的結(jié)論。他發(fā)現(xiàn)

43、遠(yuǎn)處銀河 系的光線頻率在變低，即移向光譜的紅端。這就是紅色多普勒頻移，或稱紅移。 若銀河系正移向藍(lán)端，光線就成為藍(lán)移。在衛(wèi)星移動(dòng)通信中，當(dāng)飛機(jī)移向衛(wèi)星時(shí)，頻率變高，遠(yuǎn)離衛(wèi)星時(shí)，頻率變低, 而且由于飛機(jī)的速度十分快，所以我們?cè)谛l(wèi)星移動(dòng)通信中要充分考慮“多普勒效 應(yīng)”。另外一方面，由于非靜止衛(wèi)星本身也具有很高的速度，所以現(xiàn)在主要用靜 止衛(wèi)星與飛機(jī)進(jìn)行通信，同時(shí)為了避免這種影響造成我們通信中的問(wèn)題，我們不 得不在技術(shù)上加以各種考慮。也加大了衛(wèi)星移動(dòng)通信的復(fù)雜性。聲波的多普勒效應(yīng)也可以用于醫(yī)學(xué)的診斷，也就是我們平常說(shuō)的彩超。彩超 簡(jiǎn)單的說(shuō)就是高清晰度的黑白B超再加上彩色多普勒，首先說(shuō)說(shuō)超聲頻移診斷 法

44、，即D超，此法應(yīng)用多普勒效應(yīng)原理，當(dāng)聲源與接收體（即探頭和反射體）之 間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，回聲的頻率有所改變，此種頻率的變化稱之為頻移，D超包括 脈沖多普勒、連續(xù)多普勒和彩色多普勒血流圖像。彩色多普勒超聲一般是用自相 關(guān)技術(shù)進(jìn)行多普勒信號(hào)處理，把自相關(guān)技術(shù)獲得的血流信號(hào)經(jīng)彩色編碼后實(shí)時(shí)地 疊加在二維圖像上，即形成彩色多普勒超聲血流圖像。由此可見，彩色多普勒超 聲（即彩超）既具有二維超聲結(jié)構(gòu)圖像的優(yōu)點(diǎn)，乂同時(shí)提供了血流動(dòng)力學(xué)的豐富 信息，實(shí)際應(yīng)用受到了廣泛的重視和歡迎，在臨床上被譽(yù)為“非創(chuàng)傷性血管造影”。#第4章多徑傳播的模擬實(shí)驗(yàn)4. 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)掌握多徑傳播、信道的頻率選擇性、相干帶寬等概念

45、，理解多徑信 道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?.2實(shí)驗(yàn)原理多徑信道指信號(hào)傳輸?shù)穆窂讲恢挂粭l，接收端同時(shí)收到來(lái)自多條傳輸路徑的 信號(hào)，這些信號(hào)可能同向相加或反向相消。由于各徑時(shí)延差不同，每徑信號(hào)的衰 減不同，因此數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信號(hào)后有碼間干擾。通常情況下，如果信號(hào)的碼 元間隔遠(yuǎn)大于多徑間的最大時(shí)延差，此時(shí)信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑后不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的碼間干 擾；相反，如果信號(hào)碼元間隔與多徑間的時(shí)延差可比，則信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑傳輸后會(huì) 產(chǎn)生嚴(yán)重的碼間干擾，此時(shí)接收端需要考慮采用均衡和其他消除碼間干擾的方法 才能正確接收信號(hào)。由于多徑，信道幅頻特性不為常數(shù)，對(duì)某些頻率產(chǎn)生較大的衰減，對(duì)某些頻 率的衰減小，即信道具有頻率選擇性。當(dāng)輸

46、入信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)小于信道帶寬時(shí)（第 一個(gè)零點(diǎn)帶寬），則信道對(duì)輸入信號(hào)的所有頻率分量的衰減幾乎相同，這種情況 下，信號(hào)經(jīng)歷平坦性衰減，當(dāng)輸入信號(hào)的帶寬與信道帶寬可比時(shí)，此時(shí)信號(hào)各頻 率分量經(jīng)過(guò)信道的衰減不同，即信號(hào)經(jīng)過(guò)了頻率選擇性的衰減。通?？捎眯诺赖?時(shí)延擴(kuò)展來(lái)表示信道的多徑擴(kuò)展情況，多徑時(shí)延擴(kuò)展的倒數(shù)稱為信道的相干帶寬6 =工設(shè)輸入信號(hào)的碼元間隔為，當(dāng)37；>>1時(shí)，信號(hào)的衰減是平坦的； 反之，信號(hào)的衰減是頻率選擇性的。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑非時(shí)變信道后，輸出信號(hào)為s。）= 2鳳，-弓）（4T）f=l從頻域觀點(diǎn)看s（/） = B（f 應(yīng)-2*）=B）1=1（4-2）4.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容袁煒翔：

47、低軌道衛(wèi)星通信信道設(shè)三徑信道1=0.5, /2 = 0.707 , 3=05,4=0, r2 = 15 , q=2s°1 .用Mat lab畫出信道的幅頻響應(yīng)特性和相頻響應(yīng)特性；實(shí)驗(yàn)代碼：clc, clear all f=-2:0. 001:2hl=0. 5*exp(-j*2*pi*f*0)h2=0. 707*exp(-j*2*pi*f*l)h3=0. 5*exp(-j*2*pi*f*2)h=hl+h2+h3subplot (2, 1, 1)plot (f, h)grid onaxis (-2 2 -0. 5 2)subplot (2, 1, 2)plot(f, angle(h)/p

48、i)grid on實(shí)驗(yàn)結(jié)果：圖信道的幅頻特性與相頻特性#2 .設(shè)信道輸入信號(hào)為如) = ?>,.-附)，其中,且我)=1；地啊M1, 畫出輸出信號(hào)波形；實(shí)驗(yàn)代碼：<Ts=1代碼clc ,clear alla = rand(l, 1000) <0. 5;sample=8; %每個(gè)碼元的抽樣點(diǎn)數(shù)Ts=ldt=l/sample對(duì)由樣時(shí)間間隔f=-2:0. 01:2N=100%碼元數(shù)t=0:dt:(N*sample-l)*Ts*dtbt=0;for i=l:1000bt=bt+a(i)*(t>0+i*Ts)-(t>Ts+i*Ts)endst=0. 5*bt+0. 707*

49、zeros(1, sample), bt(1:length(t)-sample)+0 .5* zeros (1, 2*sample), bt(1：length(t)-2*sample);subplot (2, 2, 1)plot (t, bt,' LineWidth，, 2)title ('輸入信號(hào)')grid onaxis (20 40 -0. 5 1.5);SF=abs(sig_spec (bt, t, dt, f)subplot(2, 2, 2)plot (f, SF,，LineWidth，, 2)titleC輸入信號(hào)的幅度譜')axis (-2 2 0

50、60);grid on袁煒翔：低軌道衛(wèi)星通信信道subplot(2, 2, 3)plot (t, st, ' LineWidth' , 2) title ('輸出信號(hào)') grid onaxis(20 40 -0. 5 2); SFl=abs(sig_spec(st, t, dt, f); subplot(2, 2, 4)plot (f, SF1, ' LineWidth', 2) title ('輸出信號(hào)的幅度譜') axis (-2 2 0 60);grid on實(shí)驗(yàn)結(jié)果:檢出信號(hào)的幅度諾圖4-2單極性NRZ信號(hào)(Ts=l)經(jīng)

51、過(guò)多徑信道后的輸出與幅度譜示意圖3 .同(2)相同形式的輸入信號(hào)，但(=8,畫出輸出信號(hào)波形。<Ts=8代碼>clc ,clear alla = rand(l, 1000) <0. 5;sample=8#Ts=8dt=l/samplef=-2:0. 01:2N=100t=0:dt: (N*sampleT)*Ts*dtbt=0;for i=l:500bt=bt+a (i)*(t>0+i*Ts)-(t>Ts+i*Ts)endst=0. 5*bt+0 707* zeros (1, sample), bt (1: length (t) -sample) +0 .5* ze

52、ros (1, 2*sample), bt (1: length (t) -2*sample);subplot (2, 2, 1)plot (t, bt,' LineWidth，, 2)title ('輸入信號(hào)')grid onaxis(0 150 0 1.5);SF=abs(sig_spec (bt, t, dt, f)subplot(2, 2, 2)plot(f, SF,，LineWidth，,2)titleC輸入信號(hào)的幅度譜')axis (-2 2 0 1000);grid onsubplot(2, 2, 3)plot (t, st,' LineW

53、idth，, 2)title ('輸出信號(hào)')grid onaxis(0 150 0 2);SFl=abs(sig_spec(st, t, dt, f) subplot(2, 2, 4)plot(f, SFl/LineWidth，,2)袁煒翔：低軌道衛(wèi)星通信信道titleC輸入信號(hào)的幅度譜')axis (-2 2 0 1000);grid on實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸入信號(hào)的幅度譜1000 |:800 r：1600 ；：:400 ：-：200 1Jol:-2-1012輸出信號(hào)圖4-3單極性NRZ信號(hào)(Ts=8)經(jīng)過(guò)多徑信道后的輸出與幅度譜示意圖4.5實(shí)驗(yàn)心得經(jīng)過(guò)本次試驗(yàn)，我了解了信

54、號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道的幅頻特性，多徑信道對(duì)不同頻 率信號(hào)的衰減情況不同，即具有頻率選擇性，以及信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道的衰減情況, 以及碼元間隔對(duì)傳輸信號(hào)的影響，信號(hào)的碼元間隔必須遠(yuǎn)大于信號(hào)的時(shí)延差，才 能盡量的減小碼間干擾。我同樣加深了對(duì)matlab語(yǔ)言的熟悉程度，為后來(lái)的使 用奠定了基礎(chǔ)。鍛煉了動(dòng)手能力。#結(jié)語(yǔ)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)擴(kuò)大了陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)地理覆蓋和業(yè)務(wù)覆蓋的范圍，可 以為空中、海面和復(fù)雜地理結(jié)構(gòu)的地面區(qū)域的各類移動(dòng)終端提供服務(wù)，特別適用 于航海、航空、低業(yè)務(wù)量地區(qū)、地面網(wǎng)覆蓋有限的應(yīng)用環(huán)境。在軍民兩用、平戰(zhàn) 結(jié)合、應(yīng)急通信等方面具有不可替代的作用和重要意義。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)包括三個(gè)部分，即空間段、控制段和地面段。經(jīng)過(guò)五十 多年的發(fā)展，GEO衛(wèi)星在通信、電視轉(zhuǎn)播等方面的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，它的缺點(diǎn) 也越來(lái)越顯著，如體積大、重量大，需要大型