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【问题1】(判断,9分,每小题1分)
(1)目前大部分商业卫星使用4/6GHz频段,下行为5.925~6.425GHz,上行为3.7~4.2GHz。
(2)和GEO卫星相比,LEO卫星系统更适合卫星电视直播业务。
(3)若地球站及卫星的天线尺寸一定,C波段的天线波束比Ku波段的窄。
(4)通信卫星上的全球波束天线的方向图是三维全向的球面。
(5)常用的卫星电源有:太阳能电池和化学能电池。
(6)透明转发器只是单纯地完成转发任务,其构成只包括放大器,不包括变频器。
(7)国际卫星通信组织的A型标准地球站的天线直径约30m,B型站的直径约10m。
(8)VSAT主要采用Ku波段进行通信。
(9)VSAT中各种随机分配的多址方案主要采用CSMA/CD协议。
 

【问题2】(8分)
(1)图5-1是地球站组成的简化方框图,请写出图中标有(a)(b)(c)(d)(e)处的设备名称。


(2)某卫星接收机的天线增益是40dB,等效噪声温度是256K,求其品质因数。若天线直径增加一倍,品质因数将提高多少?(3分)


参考答案:

【问题1】
(1)错误
(2)错误
(3)错误
(4)错误
(5)正确
(6)错误
(7)正确
(8)正确
(9)错误
 

【问题2】
(1)
(a)上变频器
(b)功率放大器
(c)双工器
(d)下变频器
(e)低噪声放大器
(2)
10lg256=24,地球品质因数G/T=40-10lg256=40-24=16dB/k。
   通常情况下,接受增益与天线平方成正比,天线直径增加一倍,增益G扩大4倍,如果等效噪音温度不变的话,品质因数将提高6dB/k。

详细解析:

【问题1】
(1)上下行频段说反了。
(2)GEO更适合,地球站天线好定向,不用老是调整,信号更稳定些。
(3)这题目所描述正是Ku波段相对于C波段的优点之一的推论,因为相同尺寸的卫星天线,Ku增益更大些。
(4)全球波束天线半功率波束恰好覆盖卫星对地球的整个视区,并不是点波源性质的。
(5)常用的卫星电源有:太阳能电池和化学能电池。平时使用太阳能电池,在地球阴影区使用化学电池;
(6)透明转发器是指对从地面接收的信号,在卫星上不作任何处理,只是进行放大和变频,再发给地面站,完成转发任务。因此,不仅包括放大器,也包括变频器。
(7)根据GIT的大小,标准地球站可分为三类:
A型标准站,天线直径约30m,[G/T]>=40.7dB/k;

B型标准站,天线直径约10m,[G/T]>=31.7dB/k;
C型标准站,天线直径约16-20m,[G/T]>=39.7d.B/k。

(8)小(微)型化的地球站。可很方便地架设在办公地点(如办公楼的楼顶或办公室的窗外等),主要使用Ku波段进行传输。天线口径约为1.2-1.8米。
(9)CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect)即载波监听多路访问/冲突检测机制。是一种争用型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议,并进行了改进,使之具有比ALOHA协议更高的介质利用率。
在有线局域网中,系统应用的是CSMA/CD协议。由于无线局域网的特殊性,必须采取冲突避免的CSMA协议,即CSMA/CA。在无线网络,施行冲突检测是不可能的。因为无线收发器操作在半双工模式,所以站点无法在发射信息的同时侦听媒介使用状况。所以,我们采用了带冲突避免的载波侦听多路接入协议(CSMA/CA)。其基本思路是首先发送方激活收方,由收方发送一个短的回应帧,收方周围的站在监听到这个短帧后保持静默从而避免了与发送方数据产生冲突。
虽然CSMA/CD 和RA/TDMA都属于随机多址类,但我们认为他们已经属于是两种机制。RA/TDMA正是VSAT中随机分配使用的多址方案。

【问题2】
 图5-2所示是典型的地球站组成方框图,大体上可分为接收设备、信道终端设备、天线跟踪伺服设备、电源设备。

图5-2  地球站组成图
1)天线、馈线设备
天线、馈线设备基本作用是将发射机送来的射频信号变成定向(对准卫星)辐射的电磁波;同时收集卫星发来的电磁波,送到接收设备。通常,地球站的天线是收、发共用的,因此要有收、发开关(或称双工器)。从双工器到收、发信机之间,有一定长度的馈线连接。
由于卫星通信大都工作于微波波段,所以地球站天线通常是面天线,目前主要用卡塞格伦天线。
一般来说,工作频段一定,当折算到地球站馈线输入端的总(外部和内部)等效噪声温度一定时,天线口径越大,地球站接收灵敏度就越高,通常用地球站品质因数G/T来描述。G/T值的分贝计算式为

[G/T]=10lgGR-10lgT
式中,GR为接收天线增益;T为地球站馈线输入端处总的等效噪声温度。
当地球站天线向卫星辐射的功率一定时,若地球站天线增益越高,则发射机需输出的功率越小。但是,天线口径越大,则地球站的机动性越差,在某些场合下是不希望的,这个矛盾要综合考虑解决。
天线增益
G=4πA*η/λ2
式中,A为天线有效面积(m2),λ为工作波长(m),η为天线效率,因为电功率与电磁波形式的功率通过天线进行相互转换时,总要有一些损失。
2)发射设备
发射设备主要任务是将已调制的中频(一般为70MHz)信号变换为射频信号,并将功率放大到一定的电平,经馈线送到天线向卫星发射。功率放大器可以是单载波工作,也可以是多载波工作。功率放大器的输出功率最高可达数百至数千瓦。

3)接收设备
接收设备的主要任务是把天线收集的来自卫星转发器的有用信号,经加工变换后,送给解调器。通常接收设备入口的信号电平极其微弱,为了减少接收机内部噪声的干扰影响,提高灵敏度,接收设备必须使用低噪声微波前置放大器。为减少馈线损耗的影响,该放大器一般安装在天线上。
由低噪声放大器输出的射频信号,要经过下变频器变为中频(一般为70MHz)信号,以便信道终端解调器进行解调。
4)信道终端设备
信道终端设备在发射端信道终端的基本任务是,将用户送来的消息加以处理,变成适合所采用的卫星通信体制要求的信号形式:在收端则应进行与发端相反的处理,使收到的信号恢复为原来的消息。
5)跟踪和伺服设备
由于种种原因,静止卫星并非绝对“静止”的。因此地球站的天线必须经常校正自己的方位和仰角,才能对准卫星。其方式有手动跟踪和自动跟踪两种,前者是相隔一定时间对天线进行人工定位;后者是利用一套电子、机电设备,使天线电轴对卫星进行自动跟踪。手动跟踪是各型地球站都具有的:自动跟踪则多用于大型地球站,以经常保持高的跟踪精度。
6)电源设备
现代卫星通信系统,一年中要求99.9%的时间不间断地、稳定可靠地工作。电源系统必须满足这一要求。特别是大型地球站,一般要有几种供电电源,即市电、柴油发电机和蓄电池。正常情况下是利用市电,一旦市电中断,即由应急发电机供电,在发电机开机到正常运行前,由蓄电池短期供电作为过渡。平时,蓄电池是由市电通过整流设备对其进行浮充,以备急用。为了保证高度可靠,发电机也应备份。
此外,还有整机的控制、监视设备等。

上一题