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卫星通信的基本原理范文1
多波束卫星通信信道往往具有一定的空间传播特性，其具体表现为电离层吸收损耗、大气吸收损耗、自由空间传播损耗、云雾损耗以及降雨损耗等方面。其中信号传播过程中受影响严重的多来源于降雨，因此对多波束卫星通信信道分析过程中需构建ITU-R雨衰模型，并通过降雨衰减进行仿真分析与计算，以此获取不同片段下降雨雨水量的相关数据，进而实现资源的动态分配。另外，多波束卫星通信信道在进行电磁波传输过程中，也会出现信号受传输路径与媒介影响发生变化的情况，此过程称之为信道衰落。可将其具体分为多径衰落与阴影衰落两方面。其中多径衰落主要指在电磁波形成散射、反射等情况下，天线接收到的信号将由不同路径下的信号共同组成，而阴影衰落具体指在障碍物影响下，电磁波传播中因阴影的产生出现损耗的情况。在分析空间传播特性与信道衰落的基础上构建多波束信道波形与多径莱斯信道[2]。
2多波束卫星通信系统动态分配的方式分析
2.1常见的资源分配方式
多波束卫星通信系统进行资源分配主要集中在功率资源以及子载波资源两方面。而实现分配的方式主要包括固定分配与动态分配两种方式。在固定分配方式中，各波束中的资源会进行预先分配，而且资源的使用仅局限在波束内用户中。这种固定分配方式的优势在于实施较为简单，不需选择信道，但其信道资源浪费情况比较严重。在动态分配方式中，波束用户可使用所有信道资源，而且还将信道增益信息融入其中，使信道的利用率及信道资源的灵活分配得以保障。特别在通信业务的未来逐渐呈多样性特征，且无线信道在具有时变特性影响下，动态分配方式更能满足其发展需求。
2.2自适应资源分配的基本原理分析
自适应资源分配过程中主要对子载波与功率进行分配。在分配子载波过程中，需对用户通信数据源以及子载波信道的实际状况进行分析，确保子载波的数量以及资源的分配能够实现最优化。由于用户信道信息在多波束卫星通信系统中各有不同，因此实际向用户分配时还需对用户间信道特征作出具体分析。另外，在分配功率过程中，主要将子载波分配为基础，将数据传输的速率在总功率限制下实现最大化，其实质在于从高斯信道中进行最大信道容量的获取。通常要求在通信服务质量得以保障的情况下，为使SINR最小化且避免信号受其他因素干扰，应对用户发射信号，功率逐渐减少。
2.3速率自适应算法存在的问题与改进策略分析
速率自适应的提出主要针对误码率限制以及总功率限制的情况下，以用户信息状态为依据，进行功率的动态分配与调整，从而使信道容量实现最大化。目前所采用的方式主要为优化目标函数、容量最大化算法、最小容量最大化算法以及基于比例数据传输速率限制的容量最大化算法等。但实际计算过程中，容量最大化的方式很可能产生子载波与功率分配不均的情况，最小容量最大化的方式又忽视了数据传输速率方面用户所表现的不同，而基于比例数据传输速率限制的容量最大化算法所涉及的功率分配计算又较为困难。对此现状需构建系统模型，在优化目标函数的基础上，进行功率自适应分配与仿真分析，并综合考虑载波与功率的联合分配，使资源分配方式更加合理[3]。
3结语
卫星通信的基本原理范文2
为了研究OQPSK调制体制是否适合卫星通信，对OQPSK调制和相干解调基本原理和性能特点进行了分析。文章结合工程实践，重点分析了OQPSK相干解调的关键技术，包括载波同步、多普勒频偏计算、定时同步以及相位解模糊，同时分析了OQPSK在卫星通信中的优点。经过理论分析和实践得出，OQPSK调制信号恒包络且频谱效率较高，适合宽带卫星通信数据传输。设计了一种符号速率为120Msps的宽带OQPSK调制解调器，并且测试了调制性能和解调性能的关键参数，经过工程应用表明了上述结论的正确性。
关键词:
OQPSK;相干解调;宽带;卫星通信
引言
QPSK是一种恒包络调制方式，它受功率放大器的非线性影响很小［1］。而OQPSK是在QPSK基础上改进的一种恒包络数字调制，与QPSK信号相比，OQPSK信号同相支路码元与正交支路码元在时间上偏移了半个符号周期。OQPSK调制除了具有QPSK调制的所有优点外，还消除了相邻符号的180°相位跳变现象［2］，在带宽有限的通信系统中，包络起伏小，经过非线性功率放大器后不产生明显的功率谱旁瓣增生效应［3］。因此，OQPSK调制所具有的恒包络特性、良好的频谱效率及功率效率使得它广泛的应用于卫星通信中，如TDMA、CDMA系统中，已成为非线性带限信道中常用的一种调制方式。
1OQPSK调制体制的原理
1．1调制原理
OQPSK信号可以用正交调制方法产生，正交支路基带信号相对于同相支路基带信号延时半个码元周期，OQPSK信号可以表示为:，an和bn的取值为－1或+1，分别对应于0和1，是输入信息序列经串－并转换得到的两个序列;A为载波幅度;Ts为输入信息序列周期。OQPSK调制器如图1所示。
1．2OQPSK
相干解调原理QPSK信号可以用两个正交的载波信号实现相干解调。由于OQPSK调制和QPSK调制原理基本相同，因此在相干解调时，它们的载波恢复原理是相同的，OQPSK相干解调原理如图2所示。
2OQPSK解调的关键技术
2．1载波同步
2．1．1载波环
OQPSK载波同步常用costas环，鉴相器采用松尾环结构，如图3所示。由于松尾环具有矩形鉴相特性，因此鉴相灵敏度(即鉴相特性在稳定平衡点处的斜率)非常大，使PLL环路增益提高，从而降低静态相位误差，改善接收系统误码率性能。松尾环算法鉴相得到的相位误差由于OQPSK与QPSK原理基本相同，只是Q路数据延迟了半个码元，为方便起见，下面以QPSK信号来推导其松尾环鉴相原理，这同样适用于OQPSK。在载波环路中，可以直接用式(9)作为鉴相误差。但在实际工程实现中，为了简化运算，减少乘法器等资源的消耗，可以再对式(9)取符号位，得到:U=SgnUd=Sgn(KdSin(4β))(10)因此，松尾环鉴相所得为4倍载波频差，鉴相误差经环路滤波器滤波后送入DCO调整频率直到载波环路锁定。
2．1．2环路滤波器
环路滤波器在环路中抑制输入噪声，并且对环路的校正速度起调节作用。环路滤波器输出为DCO输出和输入信号之间相位差有关的控制电压。costas环常采用二阶锁相环，二阶数字环路滤波器传递函数为滤波器参数G1、G2可调，最终达到使环路既能快速捕获又能稳定跟踪。G1、G2值的计算方法如下。
2．1．3多普勒频偏计算
载波同步时，若频率偏差较大，载波环路不容易快速捕获，因此需要首先对载波多普勒频偏进行纠正。基带信号，即已调信号的包络;m为第m个码元的相位，理论上是(0，2π)内离散取值，对于QPSK/OQPSK信号而言，只能取m=mπ4+π4，m=0，1，2，3。因此计算其载波多普勒频偏时需对信号进行4次方，得到［e(t)］4=∑［g(t－nT)s］4exp(jmπ+π+Δ)，这样才把调制信息去掉，只剩下载波频差信息。通过FFT计算频差，据此对载波环中的DCO进行频率设置，使载波环路进入快捕带，完成对多普勒频移的捕获。
2．2定时同步
载波恢复后，根据准确的符号时钟重采样即可恢复出数据。因此需要对符号时钟进行定时同步。定时同步可以采用先内插再抽取最佳采样点的方式，也可以采用定时误差置入DCO控制重采样时钟频率的方式，使重采样点为码元的最佳采样点。本文介绍后一种定时同步方式。OQPSK定时误差提取常采用gardner算法［5］，该算法具有两个特点:一是每个符号只需要两个采样点即可，且以符号速率输出误差信号;二是估计算法独立于载波相位，即可以在载波相位同步之前，完成定时误差估计。具体实现时误差提取采用最大值、过零点的方法提取。误差为ε=Xk*Xk－N2－Xk+N()2，N为每个码元周期的采样点数，Xk为期望中的过零点，Xk－N2，Xk+N2为期望的相邻两个码元的最大值。定时同步DCO、环路滤波器原理跟载波环DCO、环路滤波器原理基本相同。
2．3相位解模糊
载波同步和定时同步后即可输出解调数据，但是OQPSK输出的数据存在相位模糊情况，如果未对调制信号数据与载波相位做出明确约定，则必须考虑8种相位模糊的可能性，否则会造成数据解调错误。OQPSK解调的相位模糊情况一共有8种。通常相位解模糊结合帧同步来处理。可以将8种可能相位对应的数据采取串行或者全并行的方式进行帧同步，帧同步锁定的相位即为正确相位。
3OQPSK调制卫星通信工程应用
3．1OQPSK调制技术
在卫星通信中的优势由于卫星平台上频谱和功率资源非常有限，因此卫星通信系统调制体制选择的重要因素是频谱效率和功率效率。卫星通信调制技术主要围绕如何充分节省频谱和高效率利用频带展开，而多进制调制技术，是提高频谱利用率的有效方法;而恒包络技术，不仅能适应信道的非线性，还能保持较小的频谱占用率。OQPSK信号与QPSK信号的区别在于其相互正交的两个支路信号相对延时半个码元。每次只有一个支路可能发生码元极性翻转，不会出现两个支路码元极性同时翻转的现象。因此，OQPSK信号相位只能跳变0°、±90°，不可能出现180°的相位跳变，故包络不会有瞬变为0的情况，基本恒定，减小了传输过程中信道对传输质量的影响。因此，OQPSK调制的恒包络特性、良好的频谱效率和功率效率，使得它在卫星通信中得到了广泛的应用。
3．2OQPSK实际工程应用
在某宽带卫星通信项目中，设计了符号率为120Msps的OQPSK调制器和解调器，实现了卫星通信高速数据传输。调制器采用I、Q正交调制，1/2码率LDPC编码，中频为S频段，调制器输出信号频谱和星座图OQPSK解调器采用相干解调，载波同步、定时同步、多普勒频偏估计及相位解模糊如以上章节所述，由于调制信号速率很高，在解调时采用全并行相干解调。此外，由于符号速率较高，群时延失真对传输性能的影响较大，所以在解调器中加入了自适应均衡器来补偿信号在传输过程中的幅度失真和相位失真。均衡器采用LMS算法的判决反馈结构(DFE)、分数间隔盲均衡结构，其主要功能模块包括:正向滤波器、逆向滤波器、判决器和抽头系数更新的自适应算法模块。
4结语
文章分析了OQPSK调制体制的关键技术，对载波同步中的载波误差提取、环路滤波器以及多普勒频偏计算做了详细的推导，对定时同步的原理和实现方法进行了阐述，最后分析了OQPSK解调相位的模糊情况并给出了解决措施。文章还分析了OQPSK在卫星通信中的应用优势，并根据工程实践，介绍了一种宽带OQPSK调制解调器在卫星通信工程的应用。工程实践表明，OQPSK的恒包络特性、良好的频谱效率很适合卫星通信，并且在卫星通信中得到了广泛的应用。
参考文献:
［1］胡凡，朱立东．不同相位噪声谱对QPSK的性能影响分析［J］．通信技术，2010，43(04):65－66．
卫星通信的基本原理范文3
1设计需求
（1）载波电平调整方式为单路衰减可调，可调范围为0~15dB，步进制为0.5dB。（2）根据需要选择中频输入/输出端口数量。为方便用户，采用模块化设计，可以根据实际需求增加或减少输入/输出端口的模块，增强系统扩展性和灵活性。（3）具备自动监测功能。要能够监视各部分电路的工作状态和各路输入/输出衰气减量的变化，发现异常情况及时发出告警，报告发生故障的部位，以便缩短故障停机时间。
2系统整体架构
图1为系统结构图，为提高设备的灵活性和性能，采用8031微处理器[3]控制各部分电路实现所需功能。上行中频信号经单路可调衰减模块调整后通过合路器合并后送至中频发送接口，而下行中频信号正好相反。每个程序控制衰减模块有8个输入或输出端口，每个机箱发送和接收部分最多各装2个模块，共16对输入/输出端口。超过16对端口时，要将程序控制衰减模块安装在另一个机箱中，中频信号通过发送扩展端口Tx和接收扩展端口Rx连接，由主中频单元通过扩展总线对该模块进行控制。由于级联的中频单元相对主中频单元多一级4分合路器，增加了6dB的衰减，所以需要一个6dB的中频放大器，这样，就保证了从扩展接口接入的中频信号与直接输入的中频信号有相同的传输增益，当中频信号传输距离较远时，该中频放大器可以补偿部分传输损耗。遥控接口可以实现远端计算机遥控或网络控制。液晶显示可以用菜单显示每一路输入或输出的配置参数，定量显示衰减量以及中频单元的当前状态等。
3电路实现
3.1程序控制衰减模块程序控制衰减模块是决定中频单元性能的关键部分。它的工作过程是：微处理器通过控制总线将控制信息传送给相应的信号变换电路，变换成相应的电流信号，控制可变衰减器达到要求的衰减量。
3.1.1可变衰减器可变衰减器一般由T型网络[4]构成。利用PIN管作为可变电阻器，具有工作频率高、控制能力强的优点，由PIN二极管组成的T型衰减器如图2（a）所示，在这里PIN二极管D1和D2是变阻元件，与R2和R3共同构成一个T型电路。PIN二极管的等效电阻取决于控制电流I0，当电流I0增加时，二极管的内阻减小，T型网络的传输系数增高，衰减减小。只要保证电流I0稳定，网络的衰减量就是固定的。这里使用两个二极管串联作为变阻器件，是为了减少PIN管结电容对T型网络的传输特性产生影响。经过简化的工作原理如图2（b）所示，实际上就是串联电阻分压网络。为实现阻抗匹配，取R为50Ω，则W=1531Ω。经查，选用1SV172作为核心器件[5]，该器件在100MHz，导通电流在10mA时，导通电阻典型值为3Ω；10μA时，导通电阻典型值为500Ω，完全满足使用要求。
3.1.2信号变换信号转换电路将来自CPU的数字控制信号转换成驱动可变衰减器的电流信号，主要由锁存器、D/A转换器和电压/电流变换电路组成。锁存器用来存储CPU送来的衰减量信息；D/A转换器用于将数字衰减量信息转换成相应的模拟电压信号，可选用8位D/A转换器件[6]DAC0832，对于0~15dB的衰减范围，分辨率约为0.06dB，能够满足精度要求；电压/电流变换电路将电压信号变换成控制可变衰减器的电流信号，基本原理如图3所示。
3.26dB增益放大器从扩展接口级联的中频单元相对主中频单元多一级4分合路器，增加了6dB的衰减，所以要增加一个6dB的中频放大器来补偿这一衰减。当中频单元与上下变频器距离较远时，使用该放大器可以补偿部分传输损耗。但是，使用放大器就要考虑三阶交调、相位噪声、带宽、幅频特性等指标。选用MWA系列薄膜集成宽频带放大器[8]0311，单级增益可达14dB，在100MHz内有平坦的频率特性，可达±1dB，输入/输出阻抗为50Ω，输出功率为8.2dBm。电路如图4所示。
3.3自动监测工作状态设备自动监测工作状态是提高设备工作可靠性的重要手段之一。监测的内容包括存储器的状态、电源电压、衰减量等模拟量和输入/输出控制的开关状态，随时采集汇报所监视的参数的变化，并与存储的值作比较，判断工作状态是否正常。模拟量的监测原理如图5所示。电平转换电路将数据采集点的模拟电压信号转换成适当的电压，经模拟多路开关选择并缓冲放大后，由A/D转换器转换成8位数字信号，传给CPU进行处理。
3.4逻辑控制电路逻辑控制电路选用8031单片机作为微处理器，控制各模块协调工作。控制电路设计成总线结构，微处理器通过总线控制程序控制衰减模块的工作。该总线包括控制总线、数据总线和地址总线。因为各种数据信号都是8位的，所以数据总线只需8位。鉴于卫星通信的特点，一个中频单元只须控制同一个卫星的一个转发器的相应中频信号，这样，中频单元只要具备128路中频信号的控制能力即可满足要求，所以采用6位地址总线即可满足要求。中频单元要对程序控制衰减模块的配置参数进行管理，且在意外停电等情况时保证这些不会丢失，这些参数保存在非易失性存储器中。为了简化程序设计，采用闪烁存储器。闪烁存储器的存取速度快，与RAM相当，擦/写次数可达百万次，保持时间长，能提高设备性能，延长使用寿命。LCD显示器采用字符数16×2，自扫描，带背光的点阵字符式液晶显示模块[9]LCD⁃016M002D。这种液晶显示模块性能好，外形美观，同时，它内含存储器和字符点阵库，只需将要显示的字符代码写入显示存储器即可，这不仅简化了电路，也降低了软件编写的难度。电源可以采用开关电源模块，体积小、效率高，对散热要求较低，市场上货源充足，价格也不高。为了提高系统可靠性，可采用双电源供电方式，以便缩短故障停机时间。
4结语
卫星通信的基本原理范文4
本文依据卫星通信地球站天线有关极化隔离度的设计技术指标及运行要求，分析了极化调试的方法，根据多年工作经验，着重提出了用反极化法调试卫星天线极化角的方法，并在此基础上给出了相应的操作方法。
【关键词】极化角 反极化 主站信标
1 概述
随着卫星在民航数据通信中的广泛应用，卫星网络的数据和语音通信的高质量传输，有赖于卫星正确的安装与调试，对卫星的安装技术要求也愈来愈高。天线对星操作是安装调试卫星通信地球站的关键技术之一，天线指向的精确度将直接影响卫星地球站的通信质量。天线对星操作包括三个方面的内容，即调整天线方位角、俯仰角和极化角，在民航卫星网的建设和运行过程中，由于具备方位角和仰角测试仪，各远端站天线的方位和俯仰角度调整的都比较好。而在极化调整方面，因为没有合适的工具可用，因此有相当一部分地球站天线的极化角调整得不太理想，这些站在运行过程中，不仅影响了反极化方向卫星转发器的工作性能，同时也使卫星网内受到来自反极化方向的干扰，从而使相应的数据通信误码率提高，话音通信质量下降。极化匹配不均衡，会产生极化损耗使接收信号降低，极化的调试至关重要，对网络的通信质量影响很大，下面分析极化调试的方法，重点分析反极化调试原理及其操作方法。
2 极化角的定义
无线电波的极化，是指电场方向和传播方向两者的关系。它表示在最大辐射方向上电场矢量的取向。在实际中，由于发射天线的具体放置不同，使电场只有垂直或只有平行于地面方向的分量，前者称为称垂直极化波，我国的广播发射天线是垂直于地面的，故是垂直极化波；后者称为水平极化波，我国电视、调频广播用的是水平极化波，它们的发射天线是平衡于地面的。
而卫星接收天线的极化方式有两类：一种是线极化，一种是圆极化。其中在线极化方式下又分为水平极化和垂直极化；在圆极化方式下又分左旋圆极化和右旋圆极化。天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。如果卫星波束中心与卫星同经度，那么与星下点同经度（但纬度不同）的非星下点接收天线能很好地与卫星辐射电磁波匹配，而与星下点不同经度的非星下点接收天线的极化必须旋转一个角度才能与卫星电波相匹配，这个角度就是极化角，这个极化角也等于星下点的接收天线地平面与非星下点的接收天线地平面之间的交角，如图1所示。
地面接收天线的极化角P可用下式计算：
P = arctg[sin（ψs-ψg）/tgθ]
中的ψg是接收站经度，ψs为卫星的经度，θ为接收站的纬度。
从公式可以看出极化角的计算只是理想的理论值，总会存在误差，实际调试的时候，可作为极化调试的依据，实际的极化角精确调试，还需借助频谱仪等精密仪器来具体的调整。
3 一般的极化调试方法
调整好方位角和仰角后，再调试极化角，先计算极化角的理想值。当极化角P=0时，接收站刚好处在卫星星下点处，极化处于最理想的匹配状态，不需调整也是最佳极化；而当极化角P>0，接收站方位角处于南偏东，天线馈源应逆时针旋转，调到最佳状态；当极化角P
在实际操作中，类似卫星电视接收等2.4米以下的小天线，精度要求不高，不需昂贵的仪器，都使用简单的AGC电压法和卫星接收机中的信号强度指示条法来调试极化角。
3.1 AGC电压调整法
AGC（自动增益控制）电压调整法是通过测试接收机输出的AGC电压来调整天线极化角，只需一般的万用表，把输出电压调整到最大值，此时天线极化匹配最佳。此方法适用于带有AGC电压输出的卫星接收机，简单方便，容易操作，广泛应用于一般的卫星电视接收等。调整时，设置后接收机相应的频道和参数，调整好方位角和仰角，直到能接收到电视信号，用万用表在接收机AGC输出处测量，慢慢地旋转天线馈源，旋转的方向和角度以计算极化角的理论值为准，反复调整，直到AGC电压值最大，这个点就是极化调整的最佳状态，固定馈源。极化调整最佳时，电视图像清晰，信号稳定，无噪声无干扰，只能接收某种极化的节目。极化调整不好时，往往接收图像噪波多，有间歇性的白线干扰，不同极化的节目会同时收到。AGC电压调整法适合接收模拟卫星电视。
3.2 信号强度调整法
信号强度调整法是利用卫星接收机自带的接收信号显示功能，调整接收信号到最大来完成。当进入自带信号检测功能的接收机时，安装调试界面，会显示信号强度和信号质量两条指示条。信号强度指示条显示接收机与馈源链路的状态，可检测出接收机与馈源链路之间是否有故障。信号质量指示条显示接收信号的强弱，可作为天线调试的主要依据。信号质量指示条分别用红、黄、绿表示信号从弱到强，指示条值也不断变化，直到最大。此时，指示条颜色变为绿色，表示极化匹配良好，可接收清晰图像。此方法适用没有AGC电压输出口的接收机接收数字卫星电视。
4 反极化法调试的基本原理
民航卫星数据网要求精度高，需要频谱仪等精密仪器来调试极化角。解决极化调试这一问题的有效方法，是在主站（或监控站）建立一个反极化监控系统，并以此来进行远端站天线的极化角的调整，目前，民航卫星网没有建立反极化监控系统，故尚不具备这种条件。在这种情况下，本人在卫星站建设中多次使用了反极化调试技术，并在天线极化角调整方面取得了令人满意的效果。
民航卫星网所使用的极化方式为线性极化，即信号发送采取垂直极化方式，信号接收则使用水平极化方式，地球站天线设计的线性极化隔度度指标为大于或等于30dB。就是说载波信号在沿着同极化方向进行传播时，由于受双工网络的隔离作用其强度在反极化方向至少被降低30dB，但同时，天线产家为了降低生产成本，所生产的天线的极化隔离度又不会比30dB大得更多，对于VSAT系统来说，已不至于使收发信号产生相互的干扰。反极化法的基本思路就是利用这一基本原理在主站建立一个信噪比大于30dB的单载波信号并作为网内的信标信号，网内需要调试极化角的远端站在同极化和反极化两个相反方向上接收这个信标信号，并通过比较两次所接收到的信号绝对电平的差值是否大于30dB来调试天线的极化角。在使用反极化法时，一般情况下，只有当同极化角调整在接近最佳位置时，其反极化方向的信号强度才会比同极化方向低30dB。
4.1 主站信标信号的建议
主站信标信号的建立是通过在主站中频并接相应的信号发生器来实现，所发送的信标信号使用与系统信号相同的极化方式，并通过主站天级辐射至卫星，然后由卫星转发至全网各个远端站。主站发送的信标信号应具有如下特性：（1）单载波信号；（2）信噪比大于33dB；（3）左右两边各有20KHz以上的保护带宽。
信标信号的频谱如图2所示。
4.2 远端站极化角调整
实际极化角调整中可分两步走，先粗调，按计算所得的方位角、仰角和极化角调整天线的指向及馈源旋转角度，使仰角和方位角最佳并锁定天线指向。细调时，用频谱仪使接收信号精确调整。需要调整极化角的远端站，首先使用频谱仪在水平极化方向上接收主站发送的信标信号，并按常规方法将信号幅度调至最大，然后对频谱仪进行如下操作：
按PEAK SEARCH键；（搜寻信号峰值）
按MARKER―CF键；（信号置中）
REF LVL=信号峰值电平+LOG DB/DIV
SPAN=0HZ
SWEEP=300S
在极化调整时，使用频谱仪的SGL SWP方式，即信号扫描方式。按下频谱仪SGL SWP键后，立即向反极化方向（垂直极化方向）转动天线极化器，此时信号开始逐渐减弱，当信号变化幅度超过30dB时即可停止，此时再将极化器转回水平极化方向，并使信号达到最大峰值，然后，锁定天线极化器，至此可认为极化调整完成。调整过程中，信号变化情况如图3、图4所示。
如果按以上步骤，信号递减幅度无法达到30dB，则应将极化器调至水平极化方向，并再次搜寻新的峰值，然后再按上述步骤重复进行调试，这样最终会将天线极化调至合格的精度。
5 结束语
AGC电压调整法和信号强度调整法无需借助精密仪器的简单调试方法，对极化调整精度要求不高，常见于卫星电视接收的情况。而反极化法是一种简化的天线极化调整方法，借助频谱仪等精密仪器，可以把极化调整到最佳的状态。主要适用于经过型号认证的4.5米以下天线的用户安装调试，在民航卫星数据网络里广泛应用。由于该方法具有简便、实用、有效的特点，因此，在民航卫星调试中，本人多次使用该方法，并在民航卫星网转星工程中取得了比较理想的效果。
参考文献
[1]刘国梁，荣昆壁.卫星通信[M].西安：电子科技大学出版社，2008.
[2]宋家华，宋法田.卫星通信[M].北京：宇航出版社，2009.
卫星通信的基本原理范文5
【关键词】脉冲编码调制；均匀量化；非均匀量化；线性；非线性；MATLAB
0.引言
20世纪70年代后期，超大规模集成电路的脉冲编码调制（PCM）编、解码器的出现，使PCM在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中得到越来越广泛的应用。因此，PCM已经成为数字通信中一门十分重要的技术。PCM也是通信工程专业学生必修的部分。学生可以通过该系统的实验，加深线性编码和非线性编码等概念的理解，进一步掌握有关数字通信系统性能的分析方法和基本研究方法。
1.Matlab简介
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
2.脉冲编码调制（PCM）基本原理
脉冲编码调制（PCM）概念是1937年由法国工程师Alec Reeres最早提出来的。1946年美国Bell实验室实现了第一台PCM数字电话终端机。1962年后，晶体管PCM终端机大量应用于市话网中局间中继线，使市话电缆传输电话路数扩大24-30倍。70年代后期，超大规模集成电路的PCM编、解码器的出现，使PCM在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中获得了更广泛的应用。因此，PCM已经成为数字通信中一个十分基本的问题。
脉冲编码调制简称脉码调制，它是一种将模拟语音信号变化成数字信号的编码方式。脉码调制的过程如图2所示。
PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号；量化是把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散幅度的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。国际标准化的PCM码组（电话语音）是八位码组代表一个抽样值。从通信中的调制概念来看，可以认为PCM编码过程是模拟信号调制一个二进制脉冲序列，载波是脉冲序列，调制改变脉冲序列的有无或“1”、“0”，所以PCM成为脉冲编码调制。
图1.1 PCM原理图
编码后的PCM码组，经数字信道传输，可以是直接的基带传输或者是微波、光波载频调制后的通带传输。在接收端，二进制码组反变换成重建的模拟信号■(t)。在解调过程中，一般采用抽样保持电路，所以低通滤波器均采用■型频率响应以补偿抽样保持电路引入的频率失真■。
预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300-3400Hz标准的长途模拟电话的频带内。由于原始语音频带是40-10000Hz左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。
整个PCM系统中，重建信号■(t)的失真主要来源于量化以及信道传输误码，通常，用信号与量化噪声的功率比，即信噪比S/N来表示。
3.线性PCM与对数PCM的性能比较
下面以正弦信号输入为例，来分析线性PCM编码与对数PCM编码的信噪比（SNR）特性。
3.1均匀量化
由通信原理可知，当输入为正弦信号a=Am*sin(0.1*pi*x)，且信号不过载时，若取量化间隔数为L，且L=2n，n为正整数。则有信噪比
SNR≈4.77+20logD+6.02n
单位为分贝（dB），其中D=Am/■V，V为最大量化电平。在不过载的范围内，信噪比随输入信号的增加呈线性增加。
3.2非均匀量化
3.2.1 A律压缩特性
假设输入的正弦信号a=sin(0.1*pi*x)的相位是随机的，且在(-π,π)范围内等概率分布。则有：
量化噪声功率
σ■■=■,0≤a≤1/A
σ■■=■{[2-(aA)2]sin-1(■)+■+■},1/A≤a≤1
其中C=1/(1+InA),A=87.6。
以及正弦波瞬时功率S=■
根据上面3个公式，可以编制出以下程序，求得输入样值数组x和信噪比数组SNR。并绘制出SNR特性曲线。
x=0:0.01:20;
a=sin(0.1*pi*x);
a2=max(a); %求幅值的最大值
b=length(a);
a1=abs(a); %求输入信号的绝对值
X=20*log10(a1/a2);
n=8;
SNR1=6.02*n+4.77+X; %均匀量化的信噪比
plot(X,SNR1)
axis([-80 0 0 70]);
ylabel('SNR(dB)');xlabel('20logD');
grid on
text('Position',[-30,15],'String','L=256');
卫星通信的基本原理范文6
焦炉四大车的通信方式大多采用无线或感应无线的通信方式。在感应无线的通信方式中,编码电缆既作为位置检测使用,又作为数据通信使用。将编码电缆应用在移动机车的定位上是相当成功的,但将其应用在数据通信上,其缺点是明显的。首先感应无线通信的工作频率较低(100kHz左右),容易受到电气干扰;其次其通信环路过长,设备复杂,稳定性较差,成本高。近年来,无线电通信技术飞速发展,已由过去的模拟方式发展到现在的数字方式,其特点是硬件设备简单、通信速度快、通信误码率低。因此采用无线数据通信技术解决焦炉四大车的通信问题是未来的发展方向。
1.1通信技术
(1)扩频通信基本原理扩频通信,即扩展频谱通信(Spread SpectrumCommunication),它与光纤通信、卫星通信,一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列:Spread Sequence)调制,实现频谱扩展后再传输;接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理,恢复原始信息数据。(2)扩频通信的理论基础扩频通信的可行性,是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。扩展频谱换取信噪比要求的降低,正是扩频通信的重要特点,并由此为扩频通信的应用奠定了基础。总之,我们用信息带宽的10 0倍,甚至10 0 0倍以上的宽带信号来传输信息,就是为了提高通信的抗干扰能力,即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。
2 位置检测的基本原理
2.1编码电缆的结构
编码电缆由电缆芯线、模芯和电缆护套构成。芯线有两种,即基准线(R线)和地址线(G0线—G9线)。基准线R在整个电缆段中不交叉,地址线是按格雷码的编码规律来编制的,G0每隔2P交叉一次,G1每隔4P交叉一次,G2每隔8P交叉一次,以此类推,G9在整个电缆段中只交叉一次,P为依靠电缆本身能识别的最小长度。
2.2位置检测的基本原理
图1为编码电缆位置检测原理示意图。移动机车上安装一个天线箱(发射天线),天线箱距离扁平电缆10 ~30 c m,天线箱发射的高频信号通过电磁感应被地面的编码电缆接收,R线为平行敷设的一对线,接收到的信号作为基准信号,G0 ~ G9在不同的位置有不同的交叉点,其接收到的信号在经过偶数个交叉后,相位与基准信号相同,在经过奇数个交叉点后,相位与基准信号的相位相反,若规定同相位时地址为“0”,反相位时地址为“1”,则在编码电缆的某一位置得到唯一10位的地址编码,此对应与机车的一个地址。例如图中G0~G9的地址码为:001…1。位置检测单元将地址码转换成十进制的米数,即可检测出机车离编码电缆始端的距离,从而得到机车的位置。
3 感应无线定位和通信系统
数据通信受到变频调速器谐波干扰,变频器工作时,作为一个强大的干扰源,其干扰途径一般分为辐射、传导、电磁耦合、二次辐射和边传导边辐射等,谐波的频率为几十千赫兹到几百千赫兹。主要途径如图2所示。从图2可以看出,变频器产生的辐射干扰对周围的无线电接收设备产生强烈的影响。下面介绍感应无线通信系统中数据通信和地址检测的模式,并说明变频调速器对感应无线通信干扰的原因。
3.1数据通信的模式
感应无线通信的工作频率为:地面站:79kHz,车载站:49k Hz,这个频率正好在变频调速器的谐波范围,于是产生了同频干扰。数据通信的流程如图3所示。由于地面站的数据是通过编码电缆发射的,而编码电缆是单线圈结构,发射效率较低,要保证车上的接收质量,必须提高车上接收的灵敏度,因此车上的接收天线是多线圈的,并配有信号放大器,因此灵敏度较高,在接收地面站信号时也很容易接收到变频器的谐波,造成同频干扰。车上接收到错误的数据后就不能往地面站回发数据,只能等待接收下一帧数据。若干扰仍存在,通信就中断了。为了消除变频调速器的谐波干扰,常采用如下两种方法。(1)增加一个参数一样的接收线圈。采用放大器差分输入(减法器)的办法来消除干扰,但同时也把有用的信号差分掉了,为了防止有用信号被差分(相减)掉,这两个线圈必须保持一定的距离。这样它们接收到的干扰信号就不相等了,因此,用差分相减的办法不能完全消除变频调速器的谐波干扰。(2)采用无线扩频通信技术。其工作频率2.4GHz,避开了变频调速器谐波干扰,是一种彻底解决变频调速器的谐波对数据通信干扰的办法。本系统采用的就是无线扩频通讯技术。
3.2地址检测模式
感应无线通信系统中,编码电缆既用作地址检测,又用作数据通信,因此地址检测和数据通信只能分时进行,地址检测建立在数据通信之上。即在一个通信同期内,有一段时间用于车上调制器发送载波,以便地面站检测地址,如图4所示。由于变频调速器的干扰,车载站接收到错误的数据后不能回发数据,也就不能发送载波(用于地址检测)了,因此地址检测便不能实现。
3.3变频调速器的谐波对感应无线数据通信干扰
编码电缆既用作地址检测,又用作数据通信,通过编码电缆和车上天线箱的电磁感应实现车载站和地面站的数据交换。近年来,变频调速器在工业控制中得到了广泛的应用。但它工作时频率丰富的谐波对周围的设备带来了严重的干扰。其严重后果有:(1)影响无线电设备的正常接受;(2)影响周围机器设备的正常工作,使它们因接受错误的信号而产生错误动作。所以数据通信应采用抗干扰能力强,尤其是抗变频调速器谐波干扰的通信技术。
