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1、X第第第第 1 1 页页页页4.7 第三代第三代/第四代移动通信技术第四代移动通信技术 4G，或称为后，或称为后3G（Beyond 3G)阶段。阶段。.2000年年10月月6日，日，ITU在加拿大蒙特利尔成立了在加拿大蒙特利尔成立了IMT2000 and beyond 工作组。工作组。2001年年8月，阿尔卡特，爱立信，摩托罗拉，诺月，阿尔卡特，爱立信，摩托罗拉，诺基亚和西门子联合成立了无线世界研究论坛。基亚和西门子联合成立了无线世界研究论坛。2002年年1月，在日本讨论了月，在日本讨论了4G标准的内容标准的内容 将移动通信系统与其它系统（如无线局域网）结合将移动通信系统与其它系统（如无线局域
2、网）结合起来，使数据传输速率达到起来，使数据传输速率达到100Mb/s100Mb/s，适合所有移动用，适合所有移动用户，实现商业无线网络、无线局域网、蓝牙、广播、户，实现商业无线网络、无线局域网、蓝牙、广播、电视卫星通信的无缝衔接和互相兼容。电视卫星通信的无缝衔接和互相兼容。X第第第第 2 2 页页页页4.7 第三代第三代/第四代移动通信技术第四代移动通信技术3GPP长期演进长期演进(LTE)项目项目 LTE,Long Term Evolution,俗称俗称3.9G.由爱立信、诺基亚、西门子、华为等世界主要电由爱立信、诺基亚、西门子、华为等世界主要电信设备生产商开发的信设备生产商开发的4G技术
3、。技术。CDMA阵营的阿尔卡阵营的阿尔卡特朗讯和北电网络后来也加入。特朗讯和北电网络后来也加入。X第第第第 3 3 页页页页4.7 第三代第三代/第四代移动通信技术第四代移动通信技术 3GPP LTE主要性能目标：主要性能目标：改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于态到激活状态的迁移时间小于100ms；支持支持100Km半径的小区覆
4、盖；半径的小区覆盖；能够为能够为350Km/h高速移动用户提供高速移动用户提供100kbps的接入服务；的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25 MHz到到20MHz多种带宽。多种带宽。在在20MHz频谱带宽内能够提供下行频谱带宽内能够提供下行100Mbps、上行、上行50Mbps的峰值速率；的峰值速率；X第第第第 4 4 页页页页4.7 第三代第三代/第四代移动通信技术第四代移动通信技术 中国移动中国移动 TD-LTE的三大技术特点的三大技术特点1 基于基于TDD的双工技术的双工技术；2 OFDM(正交频分复用技术正交频分复用技术)3 基于基于
5、MIMO/SA的多天线技术的多天线技术 华为、中兴通讯华为、中兴通讯X第第第第 5 5 页页页页4.7 第三代第三代/第四代移动通信技术第四代移动通信技术 欧美欧美 LTE的发展情况的发展情况1 美国美国AT&T公司和公司和Verizon公司公司；2 美国美国Aircell公司（航空通信服务商）公司（航空通信服务商）3 英国沃达丰英国沃达丰4 德国德国T-mobile5 法国电信、意大利电信、西班牙电信国法国电信、意大利电信、西班牙电信国T-mobileX第第第第 6 6 页页页页第第5章章 卫星通信卫星通信5.1 概述概述卫星通信是地面微波中继通信向太空的延伸。卫星通信是地面微波中继通信向太
6、空的延伸。卫星通信是微波通信技术和航天技术结合的卫星通信是微波通信技术和航天技术结合的产物。产物。X第第第第 7 7 页页页页5.2 卫星通信系统卫星通信系统5.2.1 卫星与卫星轨道卫星与卫星轨道卫星绕地球的运动可以看作是受地球中心引力作用卫星绕地球的运动可以看作是受地球中心引力作用的的质点运动，质点运动，服从万有引力定律。服从万有引力定律。卫星围绕地球作无动力飞行的运动遵循开普勒三定卫星围绕地球作无动力飞行的运动遵循开普勒三定律，其运行轨道具有如下特性：律，其运行轨道具有如下特性：X第第第第 8 8 页页页页5.2 卫星通信系统卫星通信系统5.2.1 卫星与卫星轨道卫星与卫星轨道 卫星运动
7、方程可写成卫星运动方程可写成 式中，式中，p p为二次曲线的参数，为二次曲线的参数，e e为偏心率，它们均为偏心率，它们均由卫星入轨时的初始状态所决定，由卫星入轨时的初始状态所决定，为中心角，当为中心角，当e e满足满足0 0e e1 1时，轨道为椭圆形，当时，轨道为椭圆形，当e e0 0时为圆形轨时为圆形轨道。道。（1 1）卫星运行轨道是一个椭圆形轨道，地球位于）卫星运行轨道是一个椭圆形轨道，地球位于椭圆的一个焦点。椭圆的一个焦点。X第第第第 9 9 页页页页5.2 卫星通信系统卫星通信系统5.2.1 卫星与卫星轨道卫星与卫星轨道（2 2）卫星在轨道上运动的过程中，单位时间内地）卫星在轨道上
8、运动的过程中，单位时间内地心与卫星心与卫星S S的连线扫过的面积的连线扫过的面积(以轨道弧线为界以轨道弧线为界)相等。相等。式中，式中，P Ps s为卫星运行周期，单位为卫星运行周期，单位minmin；h h为卫星离地面为卫星离地面的平均高度，单位的平均高度，单位kmkm；R Re e为地球半径，约为地球半径，约6378km6378km。（3 3）卫星运行周期的平方与它到地心距离的平均）卫星运行周期的平方与它到地心距离的平均值的立方成正比，即值的立方成正比，即X第第第第 1 10 0 页页页页开普勒行星运动三定律开普勒行星运动三定律（1 1 1 1）轨道定律）轨道定律）轨道定律）轨道定律（2
9、2 2 2）面积定律）面积定律）面积定律）面积定律（速率（速率（速率（速率v v v v近日近日近日近日vvvv远日）远日）远日）远日）(SAB=SCD=SEK)(SAB=SCD=SEK)(SAB=SCD=SEK)(SAB=SCD=SEK)（3 3 3 3）周期定律）周期定律）周期定律）周期定律(R3/T2=K)(R3/T2=K)(R3/T2=K)(R3/T2=K)X第第第第 1 11 1 页页页页5.2 卫星通信系统卫星通信系统5.2.2 卫星通信系统的分类卫星通信系统的分类（3 3）低地球轨道卫星低地球轨道卫星(LEO)(LEO)。卫星距地面高度卫星距地面高度5005000km500500
10、0km。（2 2）中地球轨道卫星系统中地球轨道卫星系统(MEO)(MEO)。卫星距地面高度卫星距地面高度500020000km500020000km。（1 1）高地球轨道卫星系统高地球轨道卫星系统(GEO)(GEO)。卫星距地面高度超卫星距地面高度超过过20000km20000km以上。以上。同步卫星系统同步卫星系统非同步卫星系统非同步卫星系统X第第第第 1 12 2 页页页页5.2 卫星通信系统卫星通信系统5.2.2 卫星通信系统的分类卫星通信系统的分类静止通信卫静止通信卫星覆盖地球星覆盖地球示意图示意图 X第第第第 1 13 3 页页页页5.2 卫星通信系统卫星通信系统5.2.3 卫星通信
11、系统的组成与工作方式卫星通信系统的组成与工作方式1、卫星通信系统的组成卫星通信系统的示意图 X第第第第 1 14 4 页页页页5.2 卫星通信系统卫星通信系统5.2.3 卫星通信系统的组成与工作方式卫星通信系统的组成与工作方式1 1、卫星通信系统的组成、卫星通信系统的组成 一个卫星系统一般由由一个卫星系统一般由由空间段空间段、控制段控制段和和地面段地面段三部分组成。三部分组成。空间段空间段控制段控制段地面段地面段X第第第第 1 15 5 页页页页5.2 卫星通信系统卫星通信系统5.2.3 卫星通信系统的组成与工作方式卫星通信系统的组成与工作方式2 2、卫星通信系统的工作方式、卫星通信系统的工作
12、方式单跳和双跳卫星通信线路单跳和双跳卫星通信线路 X第第第第 1 16 6 页页页页5.2 卫星通信系统卫星通信系统5.2.3 卫星通信系统的组成与工作方式卫星通信系统的组成与工作方式3 3、卫星通信系统的工作频段、卫星通信系统的工作频段(1)UHF(1)UHF频段频段 400400200MHz200MHz；(2)L(2)L频段频段 1.61.61.5GHz1.5GHz；(3)C(3)C频段频段 6.06.04.0 GHz4.0 GHz；大部分国际通信卫星，尤其是商业通信卫星都使大部分国际通信卫星，尤其是商业通信卫星都使用此频段。用此频段。(4)X(4)X频段频段 8.08.07.0GHz7.
13、0GHz；(5)Ku(5)Ku频段频段 14.014.012.0 GHz12.0 GHz；14.014.011.0GHz11.0GHz；(6)Ka(6)Ka频段频段 303020GHz20GHz；X第第第第 1 17 7 页页页页5.2 卫星通信系统卫星通信系统5.2.4 卫星通信的特点卫星通信的特点1 1、卫星通信的长处和优点、卫星通信的长处和优点（1 1）通信距离远、覆盖地域广、不受地理条件限制。）通信距离远、覆盖地域广、不受地理条件限制。（2 2）具有多址连接特性，通信的灵活性大。）具有多址连接特性，通信的灵活性大。（3 3）传播稳定可靠，通信质量高。）传播稳定可靠，通信质量高。（4 4
14、）通信成本与通信距离无关。）通信成本与通信距离无关。（5 5）可用的无线电频率范围大（频带宽），因此通）可用的无线电频率范围大（频带宽），因此通信容量大，传输业务类型多。信容量大，传输业务类型多。X第第第第 1 18 8 页页页页5.2 卫星通信系统卫星通信系统5.2.4 卫星通信的特点卫星通信的特点2 2、卫星通信的局限和缺点、卫星通信的局限和缺点（1 1）通信卫星使用寿命较短。）通信卫星使用寿命较短。（2 2）卫星通信系统技术复杂。）卫星通信系统技术复杂。（3 3）卫星通信有较大的传输延时，尤其是对于距离）卫星通信有较大的传输延时，尤其是对于距离地球较远的同步静止卫星。地球较远的同步静止卫
15、星。X第第第第 1 19 9 页页页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.1 评价卫星通信质量的参数和基本技术指标评价卫星通信质量的参数和基本技术指标 载噪比载噪比C/NC/N 射频载波功率与噪声功率之比射频载波功率与噪声功率之比1 1、卫星通信链路载波功率计算、卫星通信链路载波功率计算（1 1）天线增益）天线增益G G 在卫星通信中，一般使用定向天线，把电磁能量在卫星通信中，一般使用定向天线，把电磁能量聚集在某个方向上辐射。设天线开口面积为聚集在某个方向上辐射。设天线开口面积为A A，天线天线效率为效率为，波长为波长为，则天线增益为：则天线增益为：X第第第第 2 20 0 页
16、页页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.1 评价卫星通信质量的参数和基本技术指标评价卫星通信质量的参数和基本技术指标1 1、卫星通信链路载波功率计算、卫星通信链路载波功率计算（2 2）有效全向辐射功率有效全向辐射功率EIRPEIRP 通常把卫星和地球站发射天线在波束中心轴向上通常把卫星和地球站发射天线在波束中心轴向上辐射的功率称为发送设备的有效全向辐射功率辐射的功率称为发送设备的有效全向辐射功率(EIRP)(EIRP)。它是天线发射功率它是天线发射功率P Pt t与与天线增益天线增益G Gt t的乘积，即的乘积，即 EIRPEIRP P Pt tG Gt tX第第第第 2 2
17、1 1 页页页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.1 评价卫星通信质量的参数和基本技术指标评价卫星通信质量的参数和基本技术指标1 1、卫星通信链路载波功率计算、卫星通信链路载波功率计算（3 3）接收机载波接收功率接收机载波接收功率 C C 卫星或地球站接收机输入端的载波功率一般称为卫星或地球站接收机输入端的载波功率一般称为载波接收功率，记作载波接收功率，记作C C。设发射机的有效全向辐射功率为设发射机的有效全向辐射功率为EIRPEIRP，接收天线接收天线增益为增益为G Gr r，接收馈线损耗为接收馈线损耗为L LFRFR，大气损耗为大气损耗为L La a，自由自由空间传播损耗
18、为空间传播损耗为L Lp p，其他损耗为其他损耗为L Lr r，则接收机输入端则接收机输入端的载波接收功率的载波接收功率C C可以表示为：可以表示为：X第第第第 2 22 2 页页页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.1 评价卫星通信质量的参数和基本技术指标评价卫星通信质量的参数和基本技术指标1 1、卫星通信链路载波功率计算、卫星通信链路载波功率计算工程上，往往用工程上，往往用dBWdBW来表示接收功率来表示接收功率C C，这时，就要对，这时，就要对上式取对数，即上式取对数，即 X第第第第 2 23 3 页页页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.1 评价卫星
19、通信质量的参数和基本技术指标评价卫星通信质量的参数和基本技术指标2 2、卫星通信链路噪声功率计算、卫星通信链路噪声功率计算（1 1）噪声功率噪声功率 N N 如果接收系统输入端匹配，则各种外部噪声和天如果接收系统输入端匹配，则各种外部噪声和天线损耗噪声综合在一起，进入接收系统的噪声功率应线损耗噪声综合在一起，进入接收系统的噪声功率应为：为：式中，式中，N Na a为进入接收系统的噪声功率；为进入接收系统的噪声功率；T Ta a为天线为天线的等效噪声温度；的等效噪声温度；k k为波尔兹曼常数；为波尔兹曼常数；B B为接收系统的为接收系统的等效噪声带宽。等效噪声带宽。X第第第第 2 25 5 页页
20、页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.1 评价卫星通信质量的参数和基本技术指标评价卫星通信质量的参数和基本技术指标3 3、卫星通信链路的载噪比、卫星通信链路的载噪比（1 1）上行链路载噪比上行链路载噪比 （C/NC/N）U U 设地球站的有效全向辐射功率为设地球站的有效全向辐射功率为 EIRPEIRPE E,上行链上行链路传输损耗为路传输损耗为L Lu u，卫星转发器接收增益为卫星转发器接收增益为G GRSRS，卫星转卫星转发器接收系统损耗为发器接收系统损耗为L LFRSFRS，大气损耗为大气损耗为L La a，则卫星转则卫星转发器接收端的载噪比发器接收端的载噪比 上式中，上
21、式中，为卫星转发器输入端等效噪声温度；为卫星转发器输入端等效噪声温度；B B为卫星转发器接收机带宽。为卫星转发器接收机带宽。satTX第第第第 2 26 6 页页页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.1 评价卫星通信质量的参数和基本技术指标评价卫星通信质量的参数和基本技术指标3 3、卫星通信链路的载噪比、卫星通信链路的载噪比（2 2）下行链路载噪比下行链路载噪比 (C/N)(C/N)D D 式中，式中，EIRSEIRSS S为卫星转发器的有效全向辐射功率，为卫星转发器的有效全向辐射功率，G GRERE为地球站接收天线增益为地球站接收天线增益,，T TE E为地球站接收机输入为
22、地球站接收机输入端等效噪声温度；端等效噪声温度；B B为地球站接收机的频带宽度；为地球站接收机的频带宽度；L Ld d为整个下行链路的传输损耗。为整个下行链路的传输损耗。X第第第第 2 27 7 页页页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.1 评价卫星通信质量的参数和基本技术指标评价卫星通信质量的参数和基本技术指标3 3、卫星通信链路的载噪比、卫星通信链路的载噪比 由于载噪比是带宽由于载噪比是带宽B B的函数，不便于对不同带宽的函数，不便于对不同带宽系统性能的比较，因此往往将噪声改为每赫兹的噪声系统性能的比较，因此往往将噪声改为每赫兹的噪声功率（即单边噪声功率谱密度）功率（即单
23、边噪声功率谱密度）n n0 0来表示，这样，使来表示，这样，使载噪比与带宽无关载噪比与带宽无关 式中，式中，G/T G/T 的值直接决定了卫星或地球站接受性的值直接决定了卫星或地球站接受性能的好坏，因此，称能的好坏，因此，称G/TG/T为卫星接收机性能指数或卫为卫星接收机性能指数或卫星接收机品质因数。星接收机品质因数。G/TG/T越大，说明接收器性能越好。越大，说明接收器性能越好。X第第第第 2 28 8 页页页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.2 主要星载设备和地球站设备主要星载设备和地球站设备 卫星通信系统的基本设备是卫星通信系统的基本设备是卫星星载转发器卫星星载转发器
24、和和地地球站接收球站接收、发送设备发送设备。X第第第第 2 29 9 页页页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.2 主要星载设备和地球站设备主要星载设备和地球站设备1 1、高功率放大器和低噪声放大器、高功率放大器和低噪声放大器（1 1）高功率放大器高功率放大器HPAHPA 行波管放大器行波管放大器 TWTATWTA：带宽：带宽500-1000M,500-1000M,功率功率80-500W80-500W速调管放大器速调管放大器 KPA:KPA:电源效率高，频带较窄，电源效率高，频带较窄，50-100M50-100M固态晶体管功率放大器固态晶体管功率放大器 SSPASSPA：功放
25、管采用砷化镓场：功放管采用砷化镓场效应管，性能稳定，适用低功率应用效应管，性能稳定，适用低功率应用X第第第第 3 30 0 页页页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.2 主要星载设备和地球站设备主要星载设备和地球站设备1 1、高功率放大器和低噪声放大器、高功率放大器和低噪声放大器（2 2）低噪声放大器低噪声放大器LNALNA 低噪声放大器低噪声放大器(LNA)(LNA)的最重要指标是内部噪声的的最重要指标是内部噪声的大小，用等效噪声温度来量度。目前的大小，用等效噪声温度来量度。目前的LNALNA几乎都采几乎都采用砷化镓场效应管放大器用砷化镓场效应管放大器GaAsFETGaAs
26、FET。接收器的接收器的G/TG/T值与放大器的噪声温度直接相关值与放大器的噪声温度直接相关 GaAsFET的噪声温度在的噪声温度在C C、KuKu、KaKa波段分别为波段分别为6060、8080和和140K140KX第第第第 3 31 1 页页页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.2 主要星载设备和地球站设备主要星载设备和地球站设备2 2、星载转发器、星载转发器（1 1）弯管式转发器弯管式转发器 弯管式转发器仅完成对信号的放大和将上行频率弯管式转发器仅完成对信号的放大和将上行频率变换为下行频率。星载转发器的功率放大器通常都采变换为下行频率。星载转发器的功率放大器通常都采用行
27、波管放大器用行波管放大器(TWTA)(TWTA)。（2 2）转发器的）转发器的EIRPEIRP和和G/TG/T 转发器最重要的指标是转发器最重要的指标是EIRPEIRP和和G GT T值，而这两个值，而这两个参数除了决定于射频部分参数除了决定于射频部分HPAHPA输出功率和输出功率和LNALNA的等效噪的等效噪声温度外，还与星载天线的增益密切相关。声温度外，还与星载天线的增益密切相关。X第第第第 3 32 2 页页页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.2 主要星载设备和地球站设备主要星载设备和地球站设备2 2、星载转发器、星载转发器（3 3）数字处理转发器数字处理转发器 星载
28、数字处理转发器是将接收的上行信号在向地星载数字处理转发器是将接收的上行信号在向地球站转发之前在星上进行处理，以实现下行链路的最球站转发之前在星上进行处理，以实现下行链路的最佳传输。主要的处理功能包括时分信道的交换、窄带佳传输。主要的处理功能包括时分信道的交换、窄带信道的选择和路由、数据流的解调和再调制、信道的选择和路由、数据流的解调和再调制、FECFEC解解码和再编码等。码和再编码等。X第第第第 3 33 3 页页页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.2 主要星载设备和地球站设备主要星载设备和地球站设备3 3、地球站设备、地球站设备（1 1）通信地球站的组成）通信地球站的组成
29、 通信地球站主要包括射频终端通信地球站主要包括射频终端(包括天线、包括天线、HPAHPA、LNALNA和上、下变频器和上、下变频器)、调制解调器、基带与控制设备，、调制解调器、基带与控制设备，以及用户接口。以及用户接口。卫星通信地球站的基本功能是提供双向数字链路：卫星通信地球站的基本功能是提供双向数字链路：向卫星发射信号；接收经卫星转发的来自其他地球站向卫星发射信号；接收经卫星转发的来自其他地球站的信号。的信号。X第第第第 3 34 4 页页页页5.3 卫星通信链路与设备卫星通信链路与设备5.3.2 主要星载设备和地球站设备主要星载设备和地球站设备3 3、地球站设备、地球站设备（2 2）地面接口）地面接口 地球站为用户地球站为用户(或其他通信网或其他通信网)进入卫星通信网提进入卫星通信网提供了某种形式的入口。常见的几种接口有：供了某种形式的入口。常见的几种接口有：电话接口电话接口数据传输接口数据传输接口电视接口电视接口（3 3）陆地链路）陆地链路 地球站的地面接口可视为卫星通信系统的业务终地球站的地面接口可视为卫星通信系统的业务终点，它通过陆地链路与地面网或用户终端相连接。点，它通过陆地链路与地面网或用户终端相连接。X第第第第 3 35 5 页页页页作业：作业：p242.第第 2、3、4、5题题