第三章衛(wèi)星通信系統(tǒng)3-4

第三章衛(wèi)星通信系統(tǒng)23.1衛(wèi)星通信基本概念3.2通信衛(wèi)星與地球站3.3衛(wèi)星通信體制3.4衛(wèi)星通信線路的設(shè)計3.5軍事通信衛(wèi)星網(wǎng)本章內(nèi)容在計算和設(shè)計衛(wèi)星通信線路時，首先必須給出自地球站A經(jīng)由衛(wèi)星至地球站B的衛(wèi)星區(qū)間所要求的線路標(biāo)準(zhǔn)。由于衛(wèi)星通信線路是國際通信網(wǎng)和國內(nèi)通信網(wǎng)的組成部分，所以其線路性能標(biāo)準(zhǔn)必須具有國際和國內(nèi)規(guī)定的普遍性。3.4.1衛(wèi)星通信線路的模型及標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)線路模型由地球站A->衛(wèi)星->地球站B所組成。因為標(biāo)準(zhǔn)線路可能是國際電路的一部分，所以必須按可能有二次和三次“跳躍”串聯(lián)連接的情況來判定線路的標(biāo)準(zhǔn)。3.4.1.1標(biāo)準(zhǔn)線路模型標(biāo)準(zhǔn)線路模型

1.模擬制電話線路標(biāo)準(zhǔn)

CCIR對于衛(wèi)星通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)模擬電路在電話通路零相對電平點允許的噪聲做如下建議：（1）每小時的平均噪聲功率不超過10000pW；（2）1分鐘的平均噪聲功率，在一個月的20%以上的時間，不超過10000pW；（3）1分鐘的平均噪聲功率，在一個月的0.3%以上的時間，不超過50000pW；（4）

積分時間5ms的噪聲功率，在一個月的0.03%以上的時間，不超過1000000pW；

50000和1000000pW是針對降雨和強風(fēng)等氣象條件引起線路質(zhì)量下降的情況而定的線路設(shè)計的依據(jù)。3.4.1.2線路標(biāo)準(zhǔn)

2.數(shù)字線路標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)字線路標(biāo)準(zhǔn)采用誤碼率Pe來表示的。在數(shù)字式的PCM-PSK線路中，產(chǎn)生誤碼的主要原因有熱噪聲、碼間干擾、比特失步和再生載波相位跳動等。目前國際衛(wèi)星通信組織暫定誤碼率0.0001為臨界條件。這個FM模擬線路噪聲為50000pW的情況相對應(yīng)。3.4.1.2線路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計一條衛(wèi)星通信鏈路的主要目的是：盡量有效地在地球上兩個通信點之間提供可靠而又高質(zhì)量的聯(lián)接手段。為此，發(fā)送站發(fā)出的信號到達(dá)接收站時，必須具有足夠高的電平，而且不管對通信質(zhì)量的總噪聲影響如何，都要保證必需的業(yè)務(wù)質(zhì)量。這就是說，接收到的射頻載波功率必須遠(yuǎn)大于噪聲功率。鏈路的載波和噪聲功率比用dB表示。鏈路所需的載噪比隨特定的系統(tǒng)和該系統(tǒng)的用途不同而異。目前，國際上對各種不同系統(tǒng)均已制訂出了各自相應(yīng)的建議值，而且這些規(guī)定有時會有所修訂，所以在設(shè)計衛(wèi)星通信系統(tǒng)時要查閱有關(guān)的最新文本。3.4.2衛(wèi)星通信線路的設(shè)計眾所周知，一條鏈路質(zhì)量的優(yōu)劣，對于模擬信號傳輸是以解調(diào)后的信噪比S/N來表示的，而對數(shù)字信號傳輸則用誤碼率Pe表示。但不論S/N還是Pe都取決于解調(diào)前的載波功率與等效噪聲溫度之比G/T、調(diào)制方式和設(shè)備的實際性能(解調(diào)器和濾波器等)。因此，實際上G/T值的計算是鏈路估算的主要內(nèi)容。鏈路預(yù)算主要考慮兩方面的問題：

(1)已知通信衛(wèi)星和地球站的電參數(shù)，計算通信鏈路的傳輸能力。

(2)已知衛(wèi)星的電參數(shù)，根據(jù)對傳輸容量和質(zhì)量的要求，確定地球站的設(shè)備參數(shù)。3.4.2衛(wèi)星通信線路的設(shè)計3.4.2.1衛(wèi)星通信線路載波功率的計算

1.天線增益G

在衛(wèi)星通信中，一般使用定向天線，把電磁波能量聚集在某個方向上輻射。設(shè)天線開口面積為A，天線效率為η,波長為λ，天線直徑為D，則天線增益為

2.有效全向輻射功率(EIRP)

通常把衛(wèi)星和地球站發(fā)射天線在波束中心軸向上輻射的功率稱為發(fā)送設(shè)備的有效全向輻射功率。它是天線發(fā)射功率PT與天線增益GT的乘積，即EIRP=PTGT（W）

設(shè)發(fā)射機末級功放輸出功率為Po,饋線損耗為LFT(LFT＞1),則上式還可寫為或用分貝表示，即［EIRP］=［Po］+［GT］-［LFT］dBW3.4.2.1衛(wèi)星通信線路載波功率的計算

3.載波接收功率衛(wèi)星或地球站接收機輸入端的載波功率一般稱為載波接收功率，記作C，［C］以dBW(以1W為零電平的分貝)為單位。設(shè)發(fā)射機的有效全向輻射功率為［EIRP］dBW，接收天線增益為GRdB，接收饋線損耗為LFRdB，大氣損耗為LadB，自由空間損耗為LPdB,其它損耗為LrdB,則接收機輸入端的載波接收功率［C］dBW可以表示為：［C］=［EIRP］+［GR］-［La］-［LP］-［Lr］=［Po］-［LFT］+［GT］+［GR］-［La］-［LP］-［Lr］-［LFR］3.4.2.1衛(wèi)星通信線路載波功率的計算

【例3.1】已知IS-Ⅳ號衛(wèi)星作點波束1872路運用時，其有效全向輻射功率［EIRP］S=34.2dBW,接收天線增益GRS=16.7dB。又知某地球站有效全向輻射功率［EIRP］E=98.6dBW,接收天線增益GRE=60.0dB,接收饋線損耗LFRE=0.05dB。試計算衛(wèi)星接收機輸入端的載波接收功率CS和地球站接收機輸入端的載波接收功率CE。

解若上行線路工作頻率為6GHz，下行線路工作頻率為4GHz，距離d=40000km,則)可求得上行線路傳輸損耗LU為［LU］=92.44+20lgd+20lgf=200.04dB3.4.2.1衛(wèi)星通信線路載波功率的計算下行線路傳輸損耗LD為［LD］=196.52dB忽略La、Lr和LFRS求得衛(wèi)星接收機輸入端的載波接收功率CS為：［CS］≈［EIRP］E+［GRS］-［LU］=-84.74dBW地球站接收機輸入端的載波接收功率CE(忽略La和Lr)為［CE］=［EIRP］S+［GRE］-［LD］-［LFRE］

=-102.37dBW3.4.2.1衛(wèi)星通信線路載波功率的計算3.4.2.2衛(wèi)星通信線路噪聲功率的計算地球站接收系統(tǒng)的噪聲主要來源于如下幾個方面：

(1)天線噪聲。天線噪聲包括宇宙噪聲、大氣噪聲、降雨噪聲、太陽噪聲、天電噪聲、天線損耗噪聲、天線罩噪聲以及天線從副瓣進(jìn)入的地面噪聲等等。

(2)干擾噪聲。干擾噪聲主要來源于其它通信系統(tǒng)。

(3)上行鏈路噪聲與轉(zhuǎn)發(fā)器交調(diào)噪聲。這些噪聲是伴隨信號一起從衛(wèi)星發(fā)送下來的，包括發(fā)射地球站、上行鏈路、衛(wèi)星接收系統(tǒng)的熱噪聲，以及多載波工作時衛(wèi)星和發(fā)射地球站的非線性器件產(chǎn)生的交調(diào)噪聲等。

(4)無源器件(如饋線、定向耦合器、波導(dǎo)開關(guān))的噪聲。

(5)接收機的內(nèi)部噪聲。3.4.2.2衛(wèi)星通信線路噪聲功率的計算噪聲的大小可直接用噪聲功率來度量。眾所周知，對于具有熱噪聲性質(zhì)的噪聲，噪聲功率可表示為：N=KTB式中，K=1.38×10-23J/K為波爾茲曼常數(shù)，B為等效噪聲帶寬，T為等效噪聲溫度。若單邊功率譜密度用n0來表示，則n0=KT，因此噪聲的大小也可以用等效噪聲溫度T間接來表示。3.4.2.2衛(wèi)星通信線路噪聲功率的計算為了便于計算，通常把上述噪聲都折算到地球站低噪聲接收機的輸入端，并分為三部分，即上行鏈路噪聲、轉(zhuǎn)發(fā)器互調(diào)噪聲和下行鏈路噪聲。因此，整個系統(tǒng)的噪聲溫度可表示為：Tt=TU+TI+TD=(r+1)TD

式中，TU為上行鏈路噪聲，TI為轉(zhuǎn)發(fā)器互調(diào)噪聲溫度，TD為下行鏈路噪聲溫度，r=(TU+TI)/TD。3.4.2.2衛(wèi)星通信線路噪聲功率的計算3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比單向空間鏈路一般示意圖

1.上行線路載噪比與衛(wèi)星接收機性能指數(shù)在計算上行線路載噪比時，地球站為發(fā)射系統(tǒng)，衛(wèi)星為接收系統(tǒng)。設(shè)地球站有效全向輻射功率為[EIRP]E，上行線路傳播損耗為LU，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收天線增益為GRS，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收系統(tǒng)饋線損耗為LFRS，大氣損耗為La，則可求得衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收機輸入端的載噪比為式中,TS為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器輸入端等效噪聲溫度；BS為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收機帶寬。3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比如果將LFRS計入GRS之內(nèi)，則稱之為有效天線增益；將La計入LU之內(nèi)，則式(3.8)可寫成由于載噪比C/N是帶寬B的函數(shù)，因此這種表示方法缺乏一般性，對不同帶寬的系統(tǒng)不便于比較。若將噪聲改用每赫帶寬的噪聲功率(即單邊噪聲功率譜密度n0)表示，則3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比即(3.12)將式(3.12)代入式(3.9)可得(3.13)(3.14)由式(3.9)、式(3.13)和式(3.14)可以看出，GRS/TS值的大小直接關(guān)系到衛(wèi)星接收性能的好壞，故把它稱為衛(wèi)星接收機性能指數(shù)，也稱為衛(wèi)星接收機的品質(zhì)因數(shù)，通常簡寫為G/T。G/T值越大，C/N越大，接收性能越好。3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比為了說明上行線路［C/T］U值與轉(zhuǎn)發(fā)器輸入信號功率的關(guān)系，引入了轉(zhuǎn)發(fā)器靈敏度的概念。當(dāng)使衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器達(dá)到最大飽和輸出時，其輸入端所需要的信號功率就是轉(zhuǎn)發(fā)器靈敏度，通常用功率密度WS表示，即以單位面積上的有效全向輻射功率表示，有或3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比以上是衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器只放大一個載波的情況。但是在頻分多址系統(tǒng)中，一個轉(zhuǎn)發(fā)器要同時放大多個載波。為了抑制因交調(diào)干擾所引起的噪聲，需要使總輸入信號功率從飽和點減少一定數(shù)值，如圖3.2所示。由于進(jìn)行輸入補償，因此由各地球站所發(fā)射的總和EIRP，將比單波工作使轉(zhuǎn)發(fā)器飽和時地球站所發(fā)射的EIRP要小一個輸入補償值。假設(shè)以［EIRP］ES表示轉(zhuǎn)發(fā)器在單波工作時地球站的有效全向輻射功率，那么多波工作時地球站的有效全向輻射功率的總和應(yīng)為3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比圖3.2行波管輸入、輸出特性3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比［EIRP］EM=［EIRP］ES-［ＢＯ］I

(3.17)式中，［BO］I為輸入補償值。將式(3.16)代入式(3.17)，得(3.18)與之相應(yīng)的(C/T)U值用(C/T)UM表示，即(3.19)3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比

2.下行線路載噪比與地球站性能指數(shù)這時，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器為發(fā)射系統(tǒng)，地球站為接收系統(tǒng)。與上行線路類似，可得其基本關(guān)系式為式中，TE為地球站接收機輸入端等效噪聲溫度；BE為地球站接收機的頻帶寬度；GRE為地球站接收天線有效天線增益。同樣，可以寫成另外兩種表達(dá)形式，即3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比式中，［GRE/TE］稱為地球站性能指數(shù)(品質(zhì)因數(shù))，常用［GR/TD］表示，其中TD為下行線路噪聲溫度，它關(guān)系著地球站接收性能的好壞。因此，在國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，為了保證一定的通信質(zhì)量并能有效地利用衛(wèi)星功率，對標(biāo)準(zhǔn)地球站的性能指數(shù)有明確規(guī)定。3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比當(dāng)考慮到衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器要同時放大多個載波時，為了減小互調(diào)噪聲，行波管放大器進(jìn)行輸入補償?shù)耐瑫r，輸出功率也應(yīng)有一定補償值。因此，多載波工作時的有效全向輻射功率為［EIRP］SM=［EIRP］SS-［BO］O

(3.23)式中，［EIRP］SS為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器在單波飽和工作時的［EIRP］。將式(3.23)代入式(3.22)，得3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比

3.衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器載波功率與交調(diào)噪聲功率比當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器同時放大多個信號載波時，由于行波管的幅度非線性和相位非線性的作用，會產(chǎn)生一系列交調(diào)產(chǎn)物。其中，落入信號頻帶內(nèi)的那部分就稱為交調(diào)噪聲。如果近似認(rèn)為交調(diào)噪聲是均勻分布的話，可采用和熱噪聲類似的處理辦法，求得載波互調(diào)噪聲比，也可用［C/N］I、［C/n0］I或［C/T］I來表示，且(3.25)3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比一般規(guī)律是，越遠(yuǎn)離行波管飽和點(即輸入補償越大)，［C/T］I越大；越接近飽和點(即輸入補償越小)，［C/T］I越小。而［C/T］U和［C/T］D情況卻相反。例如，當(dāng)輸入補償越小時，［EIRP］S要增大，這時可使［C/T］D得到相應(yīng)的改善。可是［C/T］I會因行波管非線性而降低，如圖3.3所示。因此，為了使衛(wèi)星鏈路得到最佳的傳輸特性，必須適當(dāng)選擇補償值。顯然，選擇最佳工作點的問題，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計中是個極其重要的問題。3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比圖3.3［C/T］與［BO］I的關(guān)系3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比

4.衛(wèi)星通信線路的總載噪比前面研究的上行和下行線路載噪比都是單程線路的載噪比。所謂單程，就是指地球站到衛(wèi)星或衛(wèi)星到地球站。實際上，進(jìn)行衛(wèi)星通信是雙程的，即由地球站→衛(wèi)星→地球站。因此，接收地球站收到的總載噪比［C/N］t與下行線路的載噪比［C/N］D是有區(qū)別的。整個衛(wèi)星線路噪聲由上行線路噪聲、下行線路噪聲和交調(diào)噪聲三部分組成。雖然這三部分噪聲到達(dá)接收站接收機輸入端時，已混合在一起，但因各部分噪聲之間彼此獨立，所以計算噪聲功率時，可以將三部分相加，即3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比Nt=NU+NI+ND=k(TU+TI+TD)B=kTtB (3.26)Tt=TU+TI+TD

(3.27)式中，NU、NI、ND和TU、TI、TD分別代表上行線路、轉(zhuǎn)發(fā)器、下行線路的噪聲功率和噪聲溫度。于是可以寫出整個衛(wèi)星線路的總載噪比為(3.28)3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比(3.29)因此或(3.30)(3.31)3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比

5.門限富裕量和降雨富裕量在FM中存在門限效應(yīng)，即當(dāng)鑒頻器的輸入信噪比Ci/Ni大于門限值(C/N)th時，其輸出信噪比會得到改善。反之，當(dāng)Ci/Ni

＜(C/N)th時，其輸出信噪比會急劇惡化。對于不同的調(diào)制指數(shù)βFM,門限值大致在(C/N)th=8~11dB，且與調(diào)制信號類型幾乎無關(guān)。因此，通常取(C/N)th=10dB。為了更一般化起見，如果對通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量提出了一定的要求，則可以規(guī)定滿足該質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求所容許的最小C/N或C/T值稱為門限，設(shè)計系統(tǒng)時必須使C/T值大于[C/T]th值。3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比但是，任何一條線路建立后，其參數(shù)不可能始終不變。而且會經(jīng)常受到氣象條件、轉(zhuǎn)發(fā)器和地球站設(shè)備某些不穩(wěn)定因素及天線指向誤差等方面的影響。為了在這些因素變化后仍能使質(zhì)量滿足要求，它必須留有一定的余量(儲備量)，這個余量叫“門限富裕量”。在氣象條件變化中，特別是雨雪引起的線路質(zhì)量下降，在線路設(shè)計時必須留有一定的余量，以保證降雨時仍能滿足對線路質(zhì)量的要求，這個余量叫“降雨富裕量”。降雨主要對下行線路影響顯著。3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比已知不降雨時Tt=TU+TI+TD=(1+r)TD此時有(3.32)用分貝表示，有(3.33)假設(shè)由于降雨影響，使下行線路噪聲增加到原有噪聲的m倍，地球站接收系統(tǒng)(C/T)值正好降到門限值，則T’t=TU+TI+mTD=(m+r)TD(3.34)3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比(3.35)用分貝表示，有(3.36)式(3.36)說明，降雨影響使總噪聲比不降雨時降低。因此，為了保證通信可靠、質(zhì)量符合要求，設(shè)計通信線路時，應(yīng)留有門限余量E：(3.37)

E代表正常氣候條件下［C/T］超過門限值的分貝數(shù)，m為降雨富裕量。用分貝表示時，寫為M=10lgmdB在衛(wèi)星通信中，一般取M=4~6dB。3.4.2.3衛(wèi)星通信線路載波功率與噪聲功率比TDMA數(shù)字衛(wèi)星通信線路的設(shè)計1)數(shù)字衛(wèi)星通信線路標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)誤碼率 Pe=10-43.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計

2)主要通信參數(shù)的確定

(1)歸一化信噪比Eb/n0。接收數(shù)字信號時，載波接收功率與噪聲功率之比C/N可以寫成(3.50)式中，Eb為每單位比特信息能量；Es為每個數(shù)字波形能量，對于M進(jìn)制，則Es=EblbM;R′為碼元傳輸速率(波特速率)；R為比特傳輸速率，且R=R′lbM;B為接收系統(tǒng)等效帶寬；n0為單位頻帶噪聲功率(單邊噪聲功率譜密度)。3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計(2)誤碼率與歸一化信噪比的關(guān)系(對于2PSK或QPSK):(3.51)當(dāng)Pe=10-4時，得歸一化理想門限信噪比為(3.52)當(dāng)取理想帶寬(B=R′)時，則由式(3.50)可求得2PSK時理想門限載波接收功率與噪聲功率比［C/N］th2為3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計而QPSK時，［C/N］th4為3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計

(3)門限余量。當(dāng)僅考慮熱噪聲影響時，為保證誤碼率Pe=10-4，必需的理想門限歸一化信噪比為8.4dB，則門限余量E可由下式確定:(3.53)門限余量是為了考慮TDMA地球站接收系統(tǒng)和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器等設(shè)備特性不完善所引起的惡化而采取的保證措施。3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計

(4)接收系統(tǒng)最佳頻帶寬度B的確定。接收系統(tǒng)的頻帶特性是根據(jù)誤碼率最小的原則確定的。根據(jù)奈奎斯特速率準(zhǔn)則，在頻帶寬度為B的理想信道中，無碼間串?dāng)_時，碼字的極限傳輸速率為2B波特。由于PSK信號具有對稱的兩個邊帶，其頻帶寬度為基帶信號頻帶寬度的2倍,因此，為了實現(xiàn)對PSK信號的理想解調(diào)，系統(tǒng)理想帶寬應(yīng)等于波形傳輸速率(波特速率)R′。但從減小碼間干擾的角度考慮，一般要求選取較大的頻帶寬度。因此，取最佳帶寬為：(3.54)3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計

(5)地球站接收系統(tǒng)載波接收功率與系統(tǒng)總噪聲溫度比(C/T)t的確定。將式(3.50)中(C/N)t用(C/T)t表示，則可寫成(3.55)用分貝表示(3.56)當(dāng)采用TDMA方式時，接收系統(tǒng)總噪聲為上行線路熱噪聲和下行線路熱噪聲之和。3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計

(6)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器有效全向輻射功率的確定。根據(jù)式(3.22)可求得(3.62)將式(3.61)代入式(3.62)，求得衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器必需的有效全向輻射功率為(3.63)3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計

(7)地球站有效全向輻射功率的確定。根據(jù)式(3.14)，地球站有效全向輻射功率為(3.64)(3.65)式中，gS為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率增益(dB)；［GTS］、［GRS］分別為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射和接收天線增益(dB)。3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計當(dāng)采用TDMA時，則有(3.66)將式(3.56)代入式(3.66)，得(3.67)3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計將式(3.67)式代入式(3.64)，得將式(3.53)代入式(3.68)，得(3.68)(3.69)3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計

3.計算實例

【例3.5】已知工作頻率為6/4GHz，利用IS-Ⅳ號衛(wèi)星，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器［G/T］S=-17.6dBW，線路標(biāo)準(zhǔn)取誤碼率Pe=10-4，門限余量E=6dB,標(biāo)準(zhǔn)地球站［GR/TD］=40.7dB，取d=40000km，信息傳輸速率R=60Mb/s的數(shù)字信號，試計算IS-Ⅳ號衛(wèi)星QPSK-TDMA數(shù)字線路的主要通信參數(shù)。

解

(1)數(shù)字調(diào)制方式及門限歸一化信噪比。當(dāng)門限余量E為6dB時，根據(jù)式(3.52)，為保證誤碼率Pe=10-4，門限歸一化信噪比為3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計(2)門限余量及歸一化信噪比。當(dāng)E=6dB時，根據(jù)式(3.53)，可得(3)接收系統(tǒng)最佳帶寬B。根據(jù)式(3.54)，得取B=35MHz。3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計

(4)地球站接收系統(tǒng)載波接收功率與系統(tǒng)總噪聲溫度比［C/T］t的確定。根據(jù)式(3.56)可得3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計(5)下行線路［C/T］D的確定。根據(jù)式(3.59)可得對于TDMA,r取決于上行線路與下行線路噪聲之比，通常取r=0.4,則有3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計(6)上行線路［C/T］U的確定。根據(jù)式(3.66)可得

(7)上行線路損耗:［LU］=200.04dB

(8)下行線路損耗:［LD］=196.52dB3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計

(9)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器有效全向輻射功率［EIRP］S的確定。根據(jù)式(3.62)可得(10)地球站有效全向輻射功率［EIRP］E的確定。由式(3.64)可得3.4.2.4衛(wèi)星通信線路設(shè)計573.1衛(wèi)星通信基本概念3.2通信衛(wèi)星與地球站3.3衛(wèi)星通信體制3.4衛(wèi)星通信線路的設(shè)計3.5軍事通信衛(wèi)星網(wǎng)本章內(nèi)容3.5.1軍事通信的分類（一）按通信手段分1.無線電2.有線電3.光通信4.運動通信和簡易信號通信（二）按通信任務(wù)分1.指揮通信2.協(xié)同通信3.報知通信4.后方通信3.5.1軍事通信的分類（三）按通信保障的范圍分1.戰(zhàn)略通信2.戰(zhàn)役通信3.戰(zhàn)術(shù)通信4.通信樞紐（1）固定通信樞紐（2）野戰(zhàn)通信樞紐（3）干線通信樞紐3.5.1軍事通信的分類海灣戰(zhàn)爭科索沃戰(zhàn)爭阿富汗戰(zhàn)爭伊拉克戰(zhàn)爭3.5.2典型軍事通信衛(wèi)星系統(tǒng)簡介1．軍事星2．國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)3．特高頻后繼星衛(wèi)星通信系統(tǒng)4．全球廣播業(yè)務(wù)系統(tǒng)3.5.2典型軍事通信衛(wèi)星系統(tǒng)簡介

1．軍事星

軍事星是美國軍事戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的簡稱，是一種極高頻（44/20GHz）軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)。特點：具有抗核加固能力和自主控制能力。在發(fā)生核戰(zhàn)爭，地面控制系統(tǒng)無法工作的情況下，軍事星仍可工作長達(dá)6個月。

其抗干擾能力強，安全性和頑存性好，代表了當(dāng)前軍事通信的世界最高水平，能夠滿足戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)通信的需要。3.5.2典型軍事通信衛(wèi)星系統(tǒng)簡介發(fā)展：20世紀(jì)80年代啟動，共有兩代，即軍事星1(第一代軍事星)和軍事星2(第二代軍事星)。軍事星星座由5顆衛(wèi)星組成，其中有2顆軍事星1和3顆軍事星2，2003年該星座全部部署完畢。兩代軍事星都服務(wù)于戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)通信，但軍事星1有抗核加固能力，以戰(zhàn)略通信為主；軍事星2沒有抗核加固能力，以戰(zhàn)術(shù)通信為主。軍事星（MILSTAR）

有效載荷：軍事星的有效載荷主要有低數(shù)據(jù)率(LDR)有效載荷、中數(shù)據(jù)率(MDR)有效載荷和星間交叉鏈路有效載荷。其中，軍事星1攜帶了低數(shù)據(jù)率和交叉鏈路有效載荷，而軍事星2攜帶了低數(shù)據(jù)率、中數(shù)據(jù)率和交叉鏈路有效載荷(見表1和表2)。軍事星1和軍事星2在低數(shù)據(jù)率通信和交叉鏈路上能夠充分實現(xiàn)互操作。軍事星（MILSTAR）軍事星（MILSTAR）

軍事星攜帶了交叉鏈路有效載荷，衛(wèi)星無需經(jīng)過地面站中轉(zhuǎn)就可直接互連。這樣，地面終端發(fā)送和接收的信息可以由系統(tǒng)中其它衛(wèi)星中繼，并且有可能重選路由。其后續(xù)計劃是先進(jìn)極高頻(AEHF)衛(wèi)星系統(tǒng)。軍事星（MILSTAR）先進(jìn)極高頻(AEHF)衛(wèi)星系統(tǒng)先進(jìn)極高頻(AEHF)衛(wèi)星系統(tǒng)這是被美國軍方命名為先進(jìn)極高頻（AEHF）的系統(tǒng)，為了擴(kuò)大與別國技術(shù)差距。這個系統(tǒng)將為美國國防部的所有作戰(zhàn)人員提供全球性、高安全性、受保護(hù)和持久的通信，還具備監(jiān)視別國衛(wèi)星運行的功能。

首顆AEHF衛(wèi)星于2010年8月14日用“宇宙神”-5運載火箭進(jìn)行發(fā)射。單顆AEHF衛(wèi)星將能夠提供比目前在軌的整個“軍事星”系統(tǒng)還要大的容量。更快的數(shù)據(jù)速度將允許戰(zhàn)術(shù)軍事通信的傳輸，如高質(zhì)量實時視頻，和快速訪問戰(zhàn)區(qū)地圖及目標(biāo)數(shù)據(jù)。作為美軍第三代軍事通訊衛(wèi)星，“先進(jìn)極高頻通訊衛(wèi)星”(AEHF)采用星間鏈路(不同在軌衛(wèi)星間的互聯(lián))技術(shù)、星上處理技術(shù)等，能根據(jù)用戶優(yōu)先級別來提供點對點通信以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。該系統(tǒng)有非常強的戰(zhàn)場生存能力，即便在地面控制站被破壞后，整個系統(tǒng)仍能自主工作半年以上。先進(jìn)極高頻(AEHF)衛(wèi)星系統(tǒng)國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)(DSCS)

國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)(DSCS)是一個提供超高頻(SHF)寬帶和抗干擾通信的通信系統(tǒng)。

國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)共發(fā)展了3代，現(xiàn)在在軌運行的是國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)3。該星座由14顆國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)3衛(wèi)星組成，12顆為工作星，2顆為備份星，已部署完畢。星座位于赤道上空36000公里的地球同步軌道，覆蓋范圍為南北緯75度之間。星座在東太平洋、西大西洋、東大西洋、印度洋和西太平洋等五個區(qū)域提供通信服務(wù)。每顆衛(wèi)星的設(shè)計壽命為10年。其后續(xù)計劃是寬帶填隙衛(wèi)星(WGS)。

國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)3是通用的軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)，為美國的陸、海、空三軍提供了安全可靠的全球通信服務(wù)，是美國軍事超高頻通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。其典型的應(yīng)用包括全球軍事指揮和控制、危機管理、情報和早期預(yù)警數(shù)據(jù)的中繼、條約監(jiān)控及監(jiān)視信息、外交通信等。國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以承載國防部所有衛(wèi)星通信80％的業(yè)務(wù)以及45％的戰(zhàn)地寬帶通信業(yè)務(wù)。

國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)(DSCS)

國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)3以超高頻通信為主，前10顆衛(wèi)星每顆星的通信總?cè)萘繛?00兆比／秒，在最后4顆衛(wèi)星上增加了特高頻(UHF)通信的比重。后4顆衛(wèi)星屬于軍方壽命延長(SLEP)改進(jìn)項目，使用超高頻進(jìn)行通信，每顆星的通信總?cè)萘繛?00兆比／秒。國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)(DSCS)

特高頻后繼星衛(wèi)星通信系統(tǒng)（UFO）