卫星通信基本原理精选(九篇)

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第1篇：卫星通信基本原理范文

关键词：卫星；天线；自动跟踪；算法

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.08.225

0 引言

随着经济的发展和人们生活水平的提高，各个领域及人群对通信的稳定性、快捷性和可靠性的要求越来越高。在所有的通信方式中，卫星通信所具有的稳定性、快捷性等的优势最强，且其所涵盖的范围最广、所能保证的通信距离较长、受地形条件的影响较小，因此它被广泛应用于军事及民用生产中。现如今，卫星通信为了满足市场不断变化的需要，除了与固定的地面站进行联系之外，还不断与一些移动载体进行连接，例如船舶、汽车等。为了保证卫星天线在较为复杂的状态下仍然能够和通信卫星保持较为稳定的联系，本文提出了一种卫星天线自动跟踪方法。

1 移动卫星通信系统需要解决的问题

由于卫星处于不断运动状态，因此保证卫星通信系统在这种状态下具有较好的通信能力就成为一个非常重要的问题。要想使卫星通信系统在运动状态下依然保持较强的通信能力，就必须首先解决两个问题。一是如何在卫星处于运动状态中对其进行快速捕获使得其通信能力得到保证，二是如何使卫星天线在发生较强的晃动时仍然能准确的指向卫星，使其通信能力得到保证。

第一个问题的解决可采用陀螺仪对卫星天线进行控制，使其能朝着运动载体晃动的相反的方向移动，运动载体的姿态也会随之发生变化，然后使用GPS技术对载体的位置信息进行确定，明确通信卫星的位置，最后计算出卫星天线所处的方位角以及俯仰角，实现对卫星的成功捕获。第二个问题的解决方法与第一个问题相比较多。其解决的关键是要先搜索到卫星信号的最强点，然后对天线进行调整确保其与卫星对准，最后进行自动跟踪。在这一自动跟踪过程中，不仅要继续使用陀螺仪对隔离运动载体的姿态变化情况进行监控，还要确保天线在载体快速运动状态下能一直对指向卫星。较为常见的自动跟踪技术有单脉冲跟踪、圆锥扫描跟踪以及步进跟踪等，本文所采用的就是步进跟踪。此技术具有构造简单、成本低、稳定性高、可实现性强等优势，因此使用范围较广。

2 步进跟踪系统的基本原理

步进跟踪技术属于闭环控制技术的一种，具体来说，它可以分为搜索和调整两个环节。搜索方面，先通过多次搜索对卫星天线先后接受到的信号强度进行对比分析，以此来确定天线波束偏离卫星的具体状况。然后根据这一分析结果确定天线紧跟着的运动方向，并回到原位置；调整方面，在该方向步进一步，如果卫星信号因此减弱，那么就向反方向步进一步，如果卫星信号增强，那么沿着这一方向再进一步。

3 步进跟踪系统存在的问题

步进跟踪技术判断天线偏离卫星的方向的依据是天线步进前后接收信号的强度，以此作为天线下一步步进方向的判断标准。换句话说，就是卫星偏离量的判断结果对步进跟踪的速度及准确度有最直接的影响。具体来分析，如果步进所使用的步长较大，那么会造成虽然搜索速度较快，但在跟踪的准确程度方面会稍有欠缺；如果所使用的步长较小，则会使得跟踪的准确程度较高，但其速度相对较慢。且如果载体的运动速度过快、方位及姿态变化过大，就有可能造成步进调整的速度小于运动载体的变化速率，调整方向不够准确，最终使得跟踪失败。

4 步进跟踪系统存在问题的解决措施

由于步进跟踪技术是以固定步长为基础，无法同时满足跟踪中对速度和准确度的要求，因此本文提出了可变步长思想，也就是可根据具体情况来选择步长，其选择依据为卫星天线与卫星的偏离量。在这种情况下，步长的选择是灵活多变的，偏离量较大时可选择较大的步长，偏离量较小时则使用较小的步长，且其能同时达到跟踪中对速度和准确度的要求。

在卫星跟踪的最开始阶段，首先，对各种角度的偏差下卫星的信号强度进行测量及记录，并绘制出信号强度的变化曲线，并对其进行归一化处理。从处理结果中能够得知，卫星的信号强度与偏差之间存在特殊的函数关系。即为信号的变化率随着指向偏差的增大而不断增大，此时应该使用大步长，信号的变化率随着指向偏差的减小而减小，此时应采用小步长。

其次，使用归一化信号强度曲线对步进步长进行调整，建立步长与偏差之间的函数式，可得出。为使计算更加方便，此处近似认为，那么前式可转化为。其中，代表对求绝对值或求模，代表指向偏差，与之间在一定程度上有关联性，为常数。

将设置为一个固定值，则不断变化；然后将设置为一个固定值，不断变化。绘制两种结果的曲线图。从中可得出以下结论：第一，两个常数取值固定时，会随着||的增加而增加。较大时，也会变大，使得跟踪速度加快；||较小时，也较小，跟踪速度变小，当然，跟踪的准确程度提高。第二，步长和跟踪速度会随着两个常数取值的不断增大而增大。但必须注意的是，两个常数的取值不能太大，否则虽然能保证跟踪速度，但在指向偏差较小，步长较大的情况下，会加速指向偏差增大，从而造成这一刻成功跟踪到卫星，下一刻由于步长大而发生偏离的情况发生。

为解决两个常数的取值对跟踪速度与准确度之间的问题，在实际操作过程中可在保证系统能正常运行的条件下，提前对指向偏差的最大容忍度进行设置。也就是在这一容忍度范围内天线已经对准卫星。将这一情况下的步长长度与前一个式子结合，就能算出的具体值。

5 结束语

综上所述，天线自动跟踪技术在卫星通信系统中是一种非常关键的技术。在这一技术中，天线对卫星捕捉的速度与准确程度是必须要解决的关键问题。本文所论述的步进跟踪系统，能够克服之前技术中存在的缺陷，同时兼顾跟踪的速度和准确程度，因此应用较为广泛。此外，本系统还具有一定的抗干扰能力，这在通信中也是非常重要的。且步进跟踪系统计算速度快、简单，对通信卫星实时跟踪具有重要意义。

参考文献：

[1]邢孝军.卫星天线跟踪技术特点分析[J].中国新通信，2015（04）.

第2篇：卫星通信基本原理范文

关键词:卫星通信;中继站;数据传输;铁通公司

中图分类号:TN91文献标识码:B文章编号:1009-8631(2009)12-0099-02

引言

卫星通信是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信。

卫星通信系统是由通信卫星和经该卫星连通的地球站两部分组成。静止通信卫星是目前全球卫星通信系统中最常用的星体,是将通信卫星发射到赤道上空 35860 公里的高度上,使卫星运转方向与地球自转方向一致,并使卫星的运转周期正好等于地球的自转周期( 24 小时),从而使卫星始终保持同步运行状态。故静止卫星也称为同步卫星。静止卫星天线波束最大覆盖面可以达到大于地球表面总面积的三分之一。因此,在静止轨道上,只要等间隔地放置三颗通信卫星,其天线波束就能基本上覆盖整个地球(除两极地区外),实现全球范围的通信。目前使用的国际通信卫星系统,就是按照上述原理建立起来的,三颗卫星分别位于大西洋、太平洋和印度洋上空。

与其它通信手段相比,卫星通信具有许多优点:一是电波覆盖面积大,通信距离远,可实现多址通信。在卫星波束覆盖区内一跳的通信距离最远为 18000 公里。覆盖区内的用户都可通过通信卫星实现多址联接,进行即时通信。二是传输频带宽,通信容量大。卫星通信一般使用 1~10 千兆赫的微波波段,有很宽的频率范围,可在两点间提供几百、几千甚至上万条话路,提供每秒几十兆比特甚至每秒一百多兆比特的中高速数据通道,还可传输好几路电视。三是通信稳定性好、质量高。卫星链路大部分是在大气层以上的宇宙空间,属恒参信道,传输损耗小,电波传播稳定,不受通信两点间的各种自然环境和人为因素的影响,即便是在发生磁爆或核爆的情况下,也能维持正常通信。

卫星传输的主要缺点是传输时延大。在打卫星电话时不能立刻听到对方回话,需要间隔一段时间才能听到。其主要原因是无线电波虽在自由空间的传播速度等于光速(每秒30万公里),但当它从地球站发往同步卫星,又从同步卫星发回接收地球站,这“一上一下”就需要走8万多公里。打电话时,一问一答无线电波就要往返近16万公里,需传输0.6秒钟的时间。也就是说,在发话人说完0.6秒钟以后才能听到对方的回音,这种现象称为“延迟效应”。由于“延迟效应”现象的存在,使得打卫星电话往往不象打地面长途电话那样自如方便。

卫星通信是军事通信的重要组成部分。目前,一些发达国家和军事集团利用卫星通信系统完成的信息传递,约占其军事通信总量的80% 。

卫星通信的主要发展趋势是:充分利用卫星轨道和频率资源,开辟新的工作频段,各种数字业务综合传输,发展移动卫星通信系统。卫星星体向多功能、大容量发展,卫星通信地球站日益小型化,卫星通信系统的保密性能和抗毁能力进一步提高。

一、卫星通信技术的分类

卫星在通信、广播、导航定位、遥感遥测、地球资源、环境监测、军事侦察、气象服务等方面体现出日益重要的价值。特别是在军事应用方面,已成为现代高技术条件下局部战争中保障通信指挥、控制和信息传递极为重要的手段,因此,不仅西方各军事强国,就连不少发展中国家对军事通信卫星也特别重视。近年来,卫星通信技术已进人数字化发展的阶段。

1.1 低速话音编码技术

在过去较长的一段时间内,32kbit/s的连续可变斜率增量调制(CVSD)编码技术在卫星通信系统中占据主导地位。随着通信容量的增加和频率资源的紧张,迫切需要低速率且高质量话音的低速话音编码技术。目前,低速话音编码技术已取得了突破性进展,相继出现了32kbit/s的自适应差分脉码调制(ADPCM)、低时延16/8/4.8kbit/s的码激励线性预测(CELP)、4.8/2.4kbit/s的多带激励(MBE)。特别是4.8/2.4kbit/s的MBE话音编码技术已在系统中使用,在4.8kbit/s速率上的话音质量已接近64kbit/s的PCM的长话质量,超过32kbit/s的CVSD的话音质量。采用低速率话音编码可以大大提高卫星通信质量。

1.2 先进信道编码技术

信道纠错编码技术也有很大发展,有先进的软判决维特比译码和双层级联码等。软判决维特比译码广泛应用于卫星通信终端,它可以使信道质量明显改善,在误码率为10“的条件下,其编码增益大于5.8dB。双层级联码(即外层用R-S码交织,内层用卷积码)能有效地纠正随机和突发错误,在码率为10-5时,其编码增益可达6-7dB。采用先进信道编码技术可以提高传输质量,并节省卫星功率。

1.3 格状编码调制(TCM)技术

卫星信道既是带宽和功率受限的信道,又是非线性信道,它需要具有已调载波功率谱密度比较集中的调制方式,因此,通常采用恒定包络制方式。在恒定包络制方式中,又广泛采用相位调制(PSK)方式。但是,相位调制方式存在非连续相位转移的缺点,为了克服这一缺点,获得更佳的性能,最新发展起来的格状编码调制是卫星系统中调制技术的发展趋势。格状编码调制是一种不牺牲带宽的有效性而提高功率有效性并与信道编码相结合的技术。目前,8PSK和16PSK的64kbit/s格状编码调制数字调制解调器已应用于卫星通信中,它与普通相位调制相比,在不增加带宽、不改变速度的条件下,可提高3-5dB的调制增益。

1.4 混合多址技术

对于数字卫星通信系统,时分多址(TDMA)适用于40Mbit/s以上速率的系统,而码分多址(CDMA)则在微型地球站VSAT卫星通信系统中广泛采用。TDMA在充分利用卫星转发器功率和机动灵活组网方面有很大的潜力,配合多波束天线,即可实现星上交换时分多址(SS-TDMA)方式;还有一类低速时分多址(LA-TDMA)方式,这种方式所需的全向有效辐射功率(EIRP)小,便于大规模集成电路的应用,成本低,斟而发展较快。

CDMA技术具有抗干扰、保密等优点,对军事通信系统有很大的吸引力,且有多种使用方式。时分复用/码分多址(TDM/CDMA)方式已在VSAT卫星通信系统中应用;直接序列扩频/跳频/码分多址(DS/FH/CDMA)是直接序列扩频与低速跳频混合的多址方式,具有信道容量更大、抗干扰能力更强等优点;随机分配码分多址(RA-CDMA)方式是把码分多址的优点与数据分组通信方式(数据传输和交换的动态分配技术ALOHA)的特点结合在一起,使信道通信容量和抗干扰能力进一步提高。

二、卫星通信在铁路应急抢险中的作用

2.1工作模式

(1)卫星通信接收示意图(见图1)。

2.2使用容量

目前,铁通公司在全国有九个基站将卫星数据通信作为抢险备份通道。开通一个2M带宽作为语音通道,一个2M带宽作为图像通道。

2.3基站系统维护

铁通公司的卫星系统维护包括下内容:

(1)定期测试:网管室(站)定期核对网关的各种参数及与北京主站的联网通话功能;

(2)硬件设备巡检:电源、馈线、天线;

(3)站内自检。

三、结束语

信息技术作为本世纪重要的主导产业,其发展方兴未艾,卫星通信后来居上,凶猛异常地发展起来。一向落后的铁路通信,随着卫星通信设备的采用,其状况必将发生翻天覆地的变化。因此,了解卫星通信的基本原理及特点,并进一步引进吸收国内外先进技术,是我们发展铁路通信的必经之路。

参考文献:

[1] 陈九冶.卫星通信系统[M].北京:人民邮电出版社,1990.

第3篇：卫星通信基本原理范文

关键词:软件无线电; 信号源; 成形滤波; 数字上变频

中图分类号:TN927文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)17-0027-03

Implementation of Simulation Source for Satellite Communication Based on SR

WU Bing, WANG Zhong-hua, GU He-fang

(East China Research Institute of Electronic Engineering, Hefei 230088, China)

Abstract: A simulation source based on software radio for satellite communication is introduced. The implementation method and design notes of the hardware system based on FPGA and high-speed D/A converter are put forward. The basic principle and function of the modules of the software system are depicted. The realization based on software radio theory and the EVM testing results of the output signal of the simulation source are presented. The structure of the system is very simple, and the modulation mode and data protocols can be switched over arbitrarily, so it has the general universality and strong expansibility.

Keywords: software radio(SR); signal source; shaping filtering; digital upper converter

0 引 言

通信中普遍采用基带信号对载波波形的某些参量(如振幅、频率以及相位等)进行调制,以满足系统发射和接收的需要。随着现代电子技术的飞速发展,器件工艺越来越先进,器件功能越来越强,实现信号调制的方法也越来越多,实现信号调制的稳定度和可靠性都在不断提高。尤其在卫星通信系统中,信号调制的应用越来越广泛,要求也不断提高。采用现代数字信号处理技术实现的调制方法,各种信号的产生依靠软件操作来确定,同一信号经过数字化后可由不同的软件模块来实现各种调制功能。这使得硬件电路结构变得更加简单,操作更加方便,稳定度更高,可靠性更强。而且结合相应的数字信号处理软件及控制软件可以加载新的调制方式,形成一个通用的数字调制器,能够方便灵活地进行通信调制方式的扩展。

软件无线电是一种基于宽带模数/数模转换器件、高速数字信号处理芯片,以软件为核心(Software-Oriented)的崭新的体系结构[1-2]。软件无线电技术的发展为卫星通信系统提供了良好的发展基础。由于FPGA具有高度的灵活性和重配置性,其在基于软件无线电的通信系统中应用越来越广泛。该设计是基于软件无线电,采用FPGA实现全数字调制的通用卫星信号源模块,数据协议及调制方式任意可变,可以灵活地应用于各种卫星通信系统中。

1 硬件系统设计

软件无线电技术要求靠近天线的地方尽可能使用宽带的数模/数模转换器,尽早地完成信号的数字化,从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。但是由于受宽带天线、高速A/D,D/A及DSP 等技术水平的限制,实现一个理想的软件无线电平台的条件目前还不具备。因此,现在对软件无线电的研究一方面集中在上述关键技术的研究上,另一方面更多地是在现有的技术条件下,研究如何最大程度地实现软件无线电所要求的通用性和灵活性,将软件化、通用化的设计思想体现到具体的应用实践中。虽然目前基于软件无线电的直接射频收发系统的实现还有些难度,但基于中频数字信号处理的中频收发技术已相当成熟。本卫星通信模拟源就是采用基于软件无线电的中频发送技术,以高速DAC和高端FPGA为硬件载体,给出了模拟中频信号的输出。系统结构框图如图1所示(完整的发送系统还需要混频器、放大器及天线等,这不在本文的讨论范畴内),FPGA对数据进行编码调制后再送给DAC,以产生中频输出。

图1 基于软件无线电的卫星通信模拟源

中频系统的硬件构架

卫星通信模拟数据源既可由FPGA内部产生,也可以由外部送入。为了保证硬件平台的通用性,本卫星通信模拟源系统的外部接口有TTL,422及LVDS等类型,用以满足各种不同的接口需要。FPGA是整个系统的核心器件,为了保证处理速度和逻辑单元的容量,采用Altera公司Stratix Ⅱ系列FPGA――EP2S90F1020。EP2S90F1020拥有72 768个寄存器和72 768个算术查找表单元,另有4 Mb存储器单元和384个9 b乘法器,其工作速度快,资源非常丰富,可以在内部进行绝大部分的数字中频处理运算。

为了保证中频输出信号的质量,DAC的采样时钟最好大于等于载波频率的4倍。如载波中频为70 MHz,则DAC的采样时钟应为280 MHz或更高。再考虑系统的可编程性和升级性,采用了Analog Devices公司的超高速DAC――AD9736。AD9736的数据精度为14 b,采样率高达1 200 MSPS,采用DDR方式LVDS数据接收器,电流型输出,内置同步控制电路,适合应用在宽带通信系统中[3]。

由于硬件系统的工作频率很高,需要采用高速电路设计方法,需要注意以下几点:

信号完整性 需要对板级系统进行信号完整性仿真,注意阻抗匹配,减小关键信号线之间的串扰,控制数据总线之间的延时;

电源完整性 需要对板级系统进行电源完整性仿真,增加线和过孔上所能通过最大电流的裕量,通过在合适的位置加去耦电容,以降低电源和地平面上的交流阻抗[4];

电磁兼容 由于硬件属于模/数混合电路,在布线时需要注意模拟部分和数字部分的隔离,采用独立的模拟电源和数字电源以及模拟地和数字地,特别要注意降低数字部分对模拟部分的干扰;

功耗问题 随着系统工作频率的提高,系统的功耗也随之增加,需要对关键器件进行散热处理。

第4篇：卫星通信基本原理范文

关键词： 卫星通信； 频分多址； 中频单元； 单路衰减可调

中图分类号： TN927+.2?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）21?0083?03

Design and realization for intermediate frequency unit of single?channel adjustable attenuation applied to satellite communication

HAN Shuai， MENG Xiaoxin， CAO Yong， ZHANG Weijie

（Luoyang Electronic Equipment Test Center of China， Luoyang 471000， China）

Abstract： An intermediate frequency （IF） unit of single?channel adjustable attenuation applied to satellite communication was designed and developed. The design requirements and integral structure of the system are described， and the working principle and realization method of the main hardware components （program controlled attenuation module， 6 dB gain amplifier， working condition monitoring circuit and logic control circuit） are introduced in detail. This design solved the problem that the working mode of current IF unit influences on the communication service quality， reduced the risk of internal interference， and improved the guarantee capability of the task. The test results indicate that the system is comply with the design requirements.

Keywords： satellite communication； FDMA； IF unit； single?channel adjustable attenuation

0 引 言

在卫星通信系统中，所有终端设备发送的中频载波信号都要通过中频单元调整好电平后合成为一路，以送到射频设备进一步处理；而下行中频信号也必须通过中频单元分成多路，再分别送到各个终端设备。显然，中频单元是系统的中频信号处理枢纽，其性能对整个系统的工作质量及可靠性都有着重要影响[1]。

对于采用FDMA寻址方式的卫星通信系统[2]，目前大量使用的中频单元方案主要存在两方面的缺陷：一是使用分合路器代替中频单元，这种解决方案常会造成设备间连接的电缆较多，增加了系统的不可靠性；二是群路衰减可调式中频单元的电平调整方式不能满足要求。采用FDMA寻址方式的卫星通信网，为减少交调失真及大信号对小信号的抑制，要求载波等幅度，而有些调制器的电平调节范围有限，无法在进入中频单元之前调整到要求的电平，群路衰减中频单元又不能对单路中频载波电平进行调整，致使该载波对其他载波产生干扰，影响了卫星通信业务的质量。

为解决以上问题，提高中频单元性能，完善功能，满足任务要求，有必要设计并开发一种卫星通信用单路衰减可调的中频单元。

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0～15 dB，步进制为0.5 dB。

（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6 dB的衰减，所以需要一个6 dB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。输入/输出关系为：

图2 串联二极管T型衰减器

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0～15 dB的衰减范围，分辨率约为0.06 dB，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。图3中，[R2]为反馈电阻，[R3]为电流采样电阻，输出电压[uo]为：

3.2 6 dB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6 dB的衰减，所以要增加一个6 dB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14 dB，在100 MHz内有平坦的频率特性，可达±1 dB，输入/输出阻抗为50 Ω，输出功率为8.2 dBm。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

单路衰减可调中频单元改善了FDMA寻址方式卫星通信系统中频信号电平调整的便利性，减小了内部干扰的风险，提高了卫星通信站的任务保障能力。该硬件单元研制成功后，进行了为期一年的运行测试，测试结果表明，该单元性能稳定，能够满足设计需求，具有较高的实际应用价值，可以在同类产品设计和开发中推广借鉴。

参考文献

[1] 《卫星通信设备操作维护手册》编写组.卫星通信设备操作维护手册[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[2] IPPOLITO JR L J.卫星通信系统工程[M].孙宝升，译.北京：国防工业出版社，2012.

[3] Intel Corporation. 8 bit control oriented microcomputers [R]. USA： Intel Corporation， 1998.

[4] 姚彦，梅顺良，高葆新，等.数字微波中继通信工程[M].北京：人民邮电出版社，1990.

[5] Toshiba Semiconductor. VHF～UHF band RF attenuator applications [R]. Japan： Toshiba Semiconductor， 2007.

[6] National Semiconductor. DAC0830/DAC0832 8?bit μP compatible， double?buffered D to A converters [R]. USA： National Semiconductor， 2002.

[7] HTC. Programmable precision shunt regulator [R]. KOREA： HTC， 2010.

[8] National Semiconductor. MWA0311 datasheet [R]. USA： National Semiconductor， 2004.

[9] Vishay Telefunken. LCD?016M002D datasheet [R]. USA： Vishay Telefunken， 2002.

第5篇：卫星通信基本原理范文

【关键词】民航TES系统；卫星通信；功率调整

1电话调整方案

首先，选择一路具有ICM卡的CU板直接连接电话机，如无配置请提前准备，并确认电话号码。准备一根电话线与一部普通电话，将电话通过电话线与CU板“telco”相连。打开所在的TES卫星机箱电源，开启ODU电源。只开起该CU板所在的机箱，待该CU板上线，并显示数字“4”后，拨打网控卫星电话（号码为168（1、2）和166）。然后，由网控进行发射功率比较，指导标定功率。

2发射调制波方案

（1）准备英文版操作系统的电脑笔记本和CU版监控线。（2）具体调整方案。打开cutunet软件，敲击showfolde（显示文件夹）按钮，选定frequency&power。（频率和功率）。发射频点是经过联络网络控制工程师获得分派的，而后将gainsettings（发射功率）应用默认设置。选择条目modula-tion&rate。Datarate选择19.2K。Modulation选择BPSK。FECrate选择1/2。选中scrambler&diff.encoder。选中TXenable。选中Qinvert。敲击OK按钮直至CU板上呈现“—/E.”交替出现为止，调整若不成功，需多次尝试。（CU3慢选APPLY后OK.）。

3功率调整

调整功率需要调整地球站点室内和室外设立的衰减器，正常先调整室外ODU，而后微调各机架的室内衰减器。调整室内衰减器：地球站需要对每一组衰减器所属的机箱进行调整，衰减增大减小功率，衰减减小增大功率。调整室外衰减器：3.1agilisodu上下行衰减值的调动（1）AGILIS监控电缆的制作；（2）AGILISODU监控显示。3.2efdataODU的上行链路和下行链路的衰减值调整（1）制作efdataODU监控电缆；（2）设置通信参数；（3）监控显示。3.3vitacomODU的上行链路和下行链路的衰减值调整（1）制作vitacomodu监控电缆；（2）启动超级终端；（3）VITACOM超级终端的通信参数设置。终端仿真：DECVT-100。速率：9600bps。停止位：1。数据位：8。奇偶校验：无。流量控制：关闭。（4）VITACOMODU监控显示3.4V2ODU监控界面VSATUUtility———RFM———ConfigureRFM———RFM。

4接收功率调整

调整完发射功率后，需要对地球站的接收电平进行标较。以下方法对地球站接收电平的调整。首先，地面站把机箱的接收中频电缆连接到频谱分析仪，在频谱分析仪上电自检完成以后，频谱分析仪参数设置为以下：70.125MHz的中心频率，跨度SPAN为300kHz，RBW为3kHz，VBW为300Hz，而后调整接收到的信号电平衰减器在近68dBm。

5调整结果功率调整的理论研究

5.1卫星通讯体系中的功率控制原理

卫星通信体系中的功率控制，是在用户通讯质量被保障的前提下，将发射功率降低，以削减系统干扰，提升系统容量。它是先对接收端的接收信号强度和信噪比等指标进行评价，然后改动发射功率来抵偿无线信道中的途径消耗和衰败，实现既保障通讯质量，又不会对卫星通信体系中的别的用户发生分外的影响。卫星通讯体系是一个功率受限体系的典范，用体系功率控制来保证卫星通讯体系正常工作，提升卫星通讯体系通讯容量，节约卫星通讯体系资源。功率控制算法主要从两个层次分析和研究。全局层次和局部层次。可以将功率控制分成不同的类型。根据功率控制在卫星系统中的链路方向不同分为：上行功率控制和下行功率控制。根据功率控制信息的获取方式分为：开环、闭环、外环。其中闭环又称为快速内环。开环功率控制是指发射端根据自身测量得到的信息对发射功率进行控制。不需要接收端的反馈。开环功率控制控制在TD-LTE系统中主要用于随机接入过程。由于系统上下行链路在一个载频上传送，通过对导频信号的路径损耗估计。接收端可以对发送信号的路径进行准确估计。相应调整发送功率。开环功率控制的基本原理可描述为：Pnest（dBm）=Ploss（dB）+Pdes（dBm）其中Pnest（dBm）为开环功率控制调整后的终端发射功率。Ploss（dB）为测量得到的链路路径损耗。Pdes（dBm）为基站期望收到的目标功率。开环功率控制不需要反馈信道。算法相对于闭环功率控制反应更灵敏。它可对移动台发射功率的调整一步到位。即信道衰落多少节补偿多少。但是在深衰落的信道环境中，开环会使功率幅度调节过大产生误调。恶化系统性能。所以开环功率控制在目前的标准中仅在无线链路建立时使用。闭环功率控制是指需要发射端根据接收端送来的反馈信息对发射功率进行控制的过程。它分为功率调节和功率判决两个部分。因此，功率调整的延迟较大。

5.2上行链路功率控制

链路上行FDMA在云，雨，雪和雾影响的气候前提下，卫星接纳端的信号接纳电平具有很大变化，对上行信号的接收有很大影响。功率控制调整，由地球站和网控完成。网络控制检验上行信号的Eb/N0（信噪比），并且用专项使用信元方法及时向各个地球站广播，网络控制判断是否上行信号的接受Eb/N0（信噪比）高出阈值：阈值是一个窗口，确保接受Eb/N0（信噪比）在固定范围内的上行链路信号。如果接收Eb/N0值大于设定的（Eb/N0）max则适当减小其发射功率；如果Eb/N0值不大于设定的（Eb/N0）max则判断其是否小于（Eb/N0）min，如果Eb/N0值小于设定的（Eb/N0）min，则适当增加其发射功率，如果接收值在（Eb/N0）max和（Eb/N0）min之间就不对其发射功率进行调整。

参考文献

[1]LET功率控制分析（论文）百度文库.

第6篇：卫星通信基本原理范文

关键词 Ka频段 雨衰 自适应 控制系统

中图分类号：TN927.2 文献标识码：A

0引言

随着C频段、Ku频段卫星资源的逐渐紧张以及对数据传输速率越来越高的要求，Ka频段卫通站的应用越来越广泛。针对Ka频段卫星通信受降雨影响较大的问题，传统的对策是增大天线尺寸和提高高功率放大器发射功率。如果仅仅采取提高发射功率的方法，长时间发射高功率一方面对设备寿命有影响，另一方面大功率余量对邻近的链路有强烈干扰。因此，需要采取一种更灵活的方式来解决Ka频段降雨衰减的问题。

1雨衰原理分析

1.1雨衰基本原理

当电磁波穿过降雨区域时，雨滴可以吸收电磁波，也可使电磁波产生散射，引起信号幅度、相位、极化和下行波束入射角的变化，从而导致信号传输质量的下降和误码率上升，影响通信质量。雨滴对电磁波的吸收增加了分子的能量，相应地增加了分子的温度，最终结果是信号能量得到相应的减少。降雨不仅对卫星通信电磁波信号强度有影响，而且对卫通站天线性能也有影响，会使天线系统噪声温度增加，从而导致天线G/T值减小。

1.2影响雨衰大小的因素

=（） （1）

L0为电磁波穿过雨区的长度（km），为降雨衰减率（dB/km），= R ，R为地面降雨率（mm/h）。

在DAH雨衰预测模型下参数 和参数 表达式如下：

= （2）

= （3）

h、 h、 v、 v是衰减率的回归系数， 是关于频率f的函数， 是极化角， 是传播路径仰角。

电磁波穿越雨区的路径如图1所示。

>5笆保L0=（hR hS）sin km （4）

L0=2（hR hS）/（（sin2 +2（hR hS）/Re）1/2+sin ） （5）

将式（2）（3）（4）（5）与式（1）相联系，可以得到频率f、极化方式、仰角 、降雨率R与雨衰大小之间的关系：

（1）频率f越高，电磁波长与雨滴直径越接近，信号衰减越大；

（2）极化方式不同极化角 也不同，影响参数 和参数 的大小，水平极化时雨衰略大于圆极化，垂直极化时略小于圆极化；

（3）仰角 越小，降雨层高度hR与地面站海拔h0高度差越大，穿过雨区的路径L0越长，雨衰越大；

（4）降雨率R越大，雨衰越大。

2常见抗雨衰方法

2.1保留链路余量

传统通信链路设计时经常采用保留一定链路余量的方法，在C频段通信时通常预留3dB余量，Ku频段通信时通常预留6dB余量，但在Ka频段通信时采用这种方法效果不能保证。如果是在降雨量较少的地区，受降雨衰减影响并不明显，通过保留链路余量的方法基本可以满足对通信的需求；如果是在降雨量较大的地区，受降雨衰减影响比较频繁，短时间内衰减会达到20dB，链路余量保留过小满足不了通信要求，保留过大又会造成资源浪费。

2.2自适应技术

2.2.1自适应功率控制

自适应功率技术是使用比较早、应用广泛、抗雨衰效果明显的技术。按照控制链路的不同可分为自适应上行功率控制、自适应下行链路功率控制和自适应上下行链路功率控制。

自适应功率控制是通过在降雨过程中对链路衰减进行估算，然后根据衰减量调整发射电平使接收站接收到的信号电平与没有雨衰时基本一致。由于地面站发射功率可调整范围大，方法灵活操作简单，因此自适应上行功率控制技术应用最为广泛。但高功率放大器长时间保持大功率会对设备性能、可靠性产生影响。

2.2.2自适应调制

自适应调制是在降雨导致信道特性变差时采用低阶调制方式（如BPSK），使信息比特速率减小，保持较低的误码率；在晴空信道特性良好时采用高阶调制方式（如16QAM），使信息比特速率增大，在维持较低误码率的同时占用较小带宽。自适应调制技术提高了系统的有效性、可靠性和经济性，但由于Ka频段通信多数是传输高速率业务，对频谱带宽需求较高，实现较为困难。

2.2.3自适应编码

信道编码能够提供一定的编码增益，不同的编码方式能够提供不同大小的增益。自适应编码是通过改变编码方式或同一编码的参数来提供足够的编码增益来补偿降雨衰减导致的信道损失。

自适应编码能够起到补偿一定雨衰的作用，但要综合考虑编码增益、码率、码型、同步等问题，没有一种编码方式能够同时满足这四点要求，因此在保证一定编码增益的前提下要根据一定标准选择合适的编码方式。

2.2.4自适应数据速率

自适应数据速率是在保持系统发射功率和信道误码率基本不变的条件下，当信道发生较大衰减变化时，通过自动调整发送端信号传输速率（通过改变信息比特速率或码元速率实现）来实现信息传输的技术。这种技术可以一定程度上降低降雨衰减的影响，但随着数据速率的降低，带宽功率相应增加，导致相互干扰的产生，而且如果在获得增益的同时，数据率下降极为明显，在实际中不仅难以满足数据传输要求而且技术上也很难实现。

3自适应抗雨衰控制系统

3.1新型抗雨衰控制系统构想

由于单一的自适应抗雨衰的方法存在局限性，因此需要一种既能补偿短时间内降雨衰减，又能满足通信对误码率、传输速率、占用带宽要求的综合控制方法。传统的自适应控制方法在一定条件下能够起到良好的抗雨衰效果，但并不能适用于所有情况。设想构建一个系统能够将几种自适应控制方法的优点加以整合，使其能够在不同时段、不同传输需求时均能体现出较高的有效性、可靠性和经济性，在雨衰影响减弱过程中自适应恢复信道状态，当雨衰结束时将信道参数状态恢复至雨衰前的状态。

3.2新型抗雨衰控制系统设计

3.2.1 系统功能要求

（1）能够短时间探测到雨衰影响，本地能够有告警并能迅速反馈到对通地面站；

（2）用户能够选择工作模式，如保通信质量模式、保通信速率模式、保调制解调模式、保编码方式模式、保编码速率模式、保功率稳定模式；

（3）当自动模式下仍不足以补偿降雨衰减时，能够进行告警并可切换为手动模式；

（4）能够进行雨衰结束判定，当雨衰影响结束后能够迅速进行判定，并将判定结果反馈到对通地面站；

（5）具有信道状态恢复功能，当雨衰结束后信道设备能够迅速恢复至降雨前的参数状态，使系统工作恢复正常状态。

3.2.2 自适应控制系统功能框图

如图2所示为自适应控制系统功能框图。在原有卫通链路基础上，增加了信道分析模块，分别进行雨衰判定和雨衰结束判定，在对通两个地面站均增加监控终端，用于自适应抗雨衰和自适应系统参数状态恢复。

3.2.3 系统功能实现

（1）首先要进行雨衰判定。当接收Eb/No（下转第161页）（上接第149页）有大的起伏时，需要判定是信号受到遮挡导致还是雨衰导致，同时需要排除由设备故障导致的下行信号不稳定情况。当判定为雨衰影响时，启动自适应补偿。

（2）在不同时间段在不同工作状态下，对于传输速率、误码率等参数有不同的要求，提供给用户选择窗口，可以选择自动模式或手动模式。提供给用户的几种模式中，保通信质量模式为只改变发射功率，不改变调制方式、编码方式、编码速率和传输速率，适用于对信道质量要求较高的情况；保通信速率模式为数据传输速率不变，可以改变发射功率、调制方式、编码方式和速率，适用于对信道质量要求一般但需要保证数据带宽的情况；保调制解调模式为调制方式不变，可以改变发射功率、编码方式和速率，适用于频谱资源有限的情况；保编码方式模式为不改编码方式，可以改变发射功率、调制方式、编码速率和传输速率，适用于对信道误码率要求较高的情况；保编码速率模式为不改编码速率，可以改变发射功率、调制方式、编码方式和传输速率，适用于对信道误码率要求较高的情况；保功率稳定模式为发射功率不变，可以改变调制方式、编码方式和速率、传输速率，适用于对功率稳定度有较高要求的情况。

（3）系统初始值设定。针对四种自适应模式，分别设定初始功率补偿值、最大功率补偿值，除保功率稳定模式外，另外三种模式都可以先功率补偿一部分衰减再改变调制方式等参数补偿一部分衰减，剩余部分再进行功率补偿；设定调制方式可选范围，如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM等，自适应时遵循由高阶到低阶逐级改变的原则，避免大幅度改变调制方式；设定编码方式可选范围，如LDPC、TPC等，自适应时改为编码增益高的编码方式；设定编码速率可选范围，如1/2，3/4，7/8，等，自适应时遵循由高速率到低速率逐级改变的原则；设定传输速率可选范围，范围中的数值应为按照现有速率百分比设定，如：可选范围10%～50%。

（4）当自动模式下仍不足以补偿雨衰对信道的影响时，能够进行告警并可切换为手动模式。

（5）雨衰结束判定。当跟踪接收机接受信噪比恢复至降雨前水平时判定为雨衰影响结束，将判定结果反馈至对通地面站，同时进行参数比对，将信道参数状态恢复至雨衰前的状态。

4结语

本文在对比现有自适应技术的基础上，分析得到现有技术存在的局限性。通过设计新型自适应抗雨衰控制系统，能够实现系统可靠性、有效性和经济性的统一，满足不同用户对通信效果的不同需求。

参考文献

[1] 陆建平.Ka频段卫星通信系统降雨衰减分析[J].通信系统与网络技术，2008， 34（2）：6-7.

[2] 王艳岭，张健全，王国波.基于Turbo码的自适应Ka频段抗雨衰控制[J].信号与信息处理，2012（11）：14-16.

[3] 张俊祥，崔爱红，梁冀生.降雨对卫星链路的影响分析[J].无线电工程，2005（12）：11-13.

第7篇：卫星通信基本原理范文

 

关键词：通信原理实验　教学改革　教学方法　设计性实验 

受高校扩招的影响，大学生就业成了各高校普遍面临的一个关键问题。相对地，3G、物联网等通信相关产业具有巨大的人才缺口。通信技术的迅猛发展，电子科技大学实验课程必然要紧密结合当今的科技发展。要抓住机遇，培养具有市场竞争力的专业人才，就要在专业教学过程中着重培养学生的实践能力，成为市场所需要的人才。 

实验教学作为高等学校教学工作的重要组成部分，对培养学生的动手能力、分析解决问题的能力、正确的思维方法及严谨的工作作风等方面起着不可替代的作用，它是培养实践型人才的重要途径。基于上述认识，实验课程应与现代科技同步发展，从而制订出实验课教学改革的具体实施方案。 

1通信原理实验课程特点 

通信原理是通信、电子工程等专业的主干课程之一，是移动通信、光纤通信、卫星通信、计算机通信等后继专业课程的基础，也是许多高校研究生入学考试的课程之一。课程主要讲述信号传输的基本原理、方法和性能，结合实际的有线与无线通信系统的工作原理，使学生系统地了解和掌握现代通信的基础理论和设计思想。该课程内容丰富、理论抽象，对工程数学及其应用能力要求高，从而导致学生学习的难度偏大，很容易“畏难而退”。通过开设通信原理实验课程，使理论与实践的结合，既有助于提高学生的学习兴趣，加强理论知识的掌握，又可以培养学生的动手能力，将大大提升通信工程专业人才的培养质量。 

鉴于目前通信原理实验课程的内容单一，以验证性实验为主，效果一般，重新规划通信原理实验课程，从教学资源和教学方法两个方面进行整合改革。 

2多种实验平台的整合 

基于通信原理课程的特点以及实验设计的目的，实验平台的选择是至关重要的。在现有条件下，适合应用在通信原理实验当中的平台主要有通信原理实验箱、计算机仿真平台以及设计平台。在操作不同类型的通信原理实验过程中, 这些平台各有优缺点，应针对各种实验方式的特点进行设计，达到最佳效果。 

2.1 实验箱平台 

实验箱平台一直是通信原理实验使用的传统教学方式，这种平台对验证性实验比较适用，有利于加深通信原理单个知识点的理解。对实验箱的使用，需着重考虑实验课和理论课的协调配合，避免出现实验内容与理论内容脱节，超前或滞后的方式，针对这一问题，在具体教学中可采用课程组长负责制，由课程组长整体协调理论课和实验课内容，以达到最佳实验效果。 

2.2 软件仿真平台 

可用于通信原理实验的仿真软件主要有两款：Systemview和Matlab。这两款软件都可进行通信系统的仿真设计与分析，有助于学生构建系统整体概念，是对理论课所学知识的一种综合应用。可让学生自己动手，对常用的模块自己编写文件，从具体模块的实现到整体系统的架构，可很好的加强学生对知识的掌握，有助于培养综合思维能力。 

2.3 EDA的实验平台 

EDA实验平台相对于传统的通过一些专用集成芯片搭建通信系统的实验方式，可以避免使用种类繁多的专用集成芯片，从而简化了电路。学生用硬件描述语言编写程序，可以在同一可编程逻辑器件上完成各种不同的通信技术，避免了连线的繁琐。并且可以在一个通用的基于EDA的硬件平台上，来实现所有的实验内容。而且要采用EDA技术，学生必须自己在充分掌握实验理论的基础上自己编写程序，这有别于传统实验中学生只需按照实验步骤连接电路甚至不需要了解原理也可以完成实验。这将大大调动学生的创造性和主观能动性，对提高学生的实验兴趣也有很大的帮助。 

总体而言，实验平台的选择主要是充分利用学校现有的教学条件，尽量在现有条件下为学生提供更多的实验机会，充分培养学生的实践能力，提高学生的竞争力。 

第8篇：卫星通信基本原理范文

关键词：CDIO 通信原理 教学改革

中图分类号：G623 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）09（a）-0167-01

《通信原理》课程是电子信息工程类专业一门重要的专业核心课，也是通信专业《卫星通信》《光纤通信》等后续专业课的基础，因此许多学校将《通信原理》列为通信类专业研究生入学考试的必考科目。

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conc eive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得Knut and Alice Wallenberg基金会近2000万美元巨额资助，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织。CDIO的理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。CDIO实质是“做中学”和“基于项目教育和学习”的集中概括和抽象表达，强调在课程教学和人才培养过程中利用专业知识解决工程问题的能力。CDIO已在国内外工程领域人才培养中取得成功，为本科生的教学和培养提供了宝贵经验。围绕CDIO工程教育理念，修订通信原理课程教学和人才培养方案，有效落实教学和实践计划，有利于保障培养质量。

1 教学改革

1.1 充分利用我校农业科研优势，将学与用充分结合，使学习的内容和理论，从科研中来，到科研中去

充分利用我校农业科研优势，以工程应用为背景，以解决项目问题为目的，在教学过程中采用以提出问题―分析问题―理论学习―解决问题为总体思路的教学模式，使学习的内容和理论，从科研中来，到科研中去，学以致用，使学生能够充分掌握所学理论，对于其创新能力和科研能力的培养具有重要意义。结合黑龙江省农业发展需要，培养具有农业应用和管理技能的本科毕业生。

1.2 引导学生主动学习，启发思考

CDIO提倡通过一体化学习经验带动起科学知识与个人和人际交往能力，通过产品、过程和系统建造的能力，使得在工作实践和学科问题上进行有效的结合。这就需要老师要做到改变教学方法，让学生找到与之适应的学习方法。教师不仅要树立以学生自身为中心的学习观念，还应当培养学生自学。例如，可以采用探究式的教学方法，将问题设置其中，把学生的兴趣提高到最高点，从而引导学生进行思考，通过这种方法，不仅培养了学生的问题意识，也锻炼了学生的思维习惯，真正做到了学生作为学习的主体性和参与性。学生则应主动学习，致力于对问题的思考和解决，主动学习包括如合作和小组讨论、辩论及概念提问，自行设计实验对结论进行验证，从而提升学习能力并养成终身学习的习惯。

教师在进行通信原理教学过程中，可以适当引入使用MATLAB处理信号的实例，比如，语音滤波等，激发学生的学习兴趣，强调理论和实践并重。设计问题，在学习和解决问题中培养兴趣和信心。对通信原理中的部分内容，采用自学、提问、总结和讨论的方式进行教学，让学生体验和享受学习过程和交流空间。设计有应用背景的课程实验，使学生在深入和解决问题的过程中拓展思维。

1.3 充分利用多媒体教学手段

近年来，多媒体教学作为教学手段的主流方式之一。多媒体教学具有信息量大、传播速度快、直观效果强等特点，大大提高了教学效果，通过多媒体的教学方式，是师生在教学设备、教学方式上都发生了重大改变。

在通信原理的教学中，充分利用多媒体教学手段可以形象、生动、实时的展示信号传输前后的差异，能够充分的展示信号处理理论在通信工程项目中的应用，启发学生的思考。例如，在各种调制方式的讲解中，引入多媒体教学，克服了教师板书画图的效率低，效果差的问题，能生动形象地展示调制解调过程，是学生更容易理解并提高学生的学习兴趣。

1.4 考试考核形式的改革

对学生的考核是对其具体学习成果的度量，也是检验教学改革和教师教学成果的重要手段，同时，也是这质量控制系统中的重要反馈环节。对于本科生教学来说，更注重的是其自主学习、思考、创新能力以及将所学理论应用于科学研究和工程实践能力的培养，因此，传统的考试形式不符合本科生教育的培养目标。CDIO重视个人、人际交往能力，产品、过程和系统的建造能力，并将这些方面纳入课程内容和学习经验中，因而，必须找到有效的考核方法来评估结果。在进行通信原理的教学中，应根据课程性质，选择有效的考试和成绩评定形式，必须突破原来比较单一的模式，引入形式多样、灵活科学的考核手段，例如，除了传统的笔试和口试方法，也可通过让学生做专题报告、课堂讨论、提交论文等形式，重点培养学生自主学习、思考和创新的能力。

2 结语

本课题基于CDIO工程教育模式，探索如何从农业工程应用角度对本科生通信原理课程在教学内容、教学方法、教学手段等方面进行研究和改革，使学生更好地掌握通信技术的基本原理，在科学研究和工程实践中给予充分的应用，培养具有较强工程实践能力的高素质本科生。本课题以黑龙江八一农垦大学通信工程专业为试点，在通信原理课程的教学中实施基于CDIO工程教育模式的教学改革，其研究成果对国内农业院校相关专业本科生通信原理课程及相似课程的教学具有示范作用和推广价值，希望能在理论教学中更多的结合农业生产实践，为培养农业方面的应用型人才发挥作用。

参考文献

[1] 马永军，王蓉，华有斌.基于CDIO模式的高职《电子技术基础》课程改革与实践[J].职业时空，2012（5）：18-19.

[2] 严维军，李连富.TOPCARES-CDIO模式下高职“计算机数学基础”课程教学改革[J].软件工程师，2011（2）.

[3] 王向辉，崔巍，徐俊丽.基于CDIO的数据库课程教学改革方案研究[J].计算机教育，2011（2）：38-41.

第9篇：卫星通信基本原理范文

关键词：超宽带；无线通信；实现结构；应用与发展

1UWB技术简介

1.1什么是UWB

UWB（Ultra Wideband）是一种无载波通信技术，采用纳秒到微微秒级的非正弦波窄带脉冲传输数据，因而能够在较宽的频谱上传送功率极低的信号，UWB可以在10米左右范围内实现数百Mbps到数Gbps的数据传输率。

1.2UWB的特点

（1）不用载波，而采用时间间隔极短（小于1ns）的脉冲波进行通信。

（2）能利用纳秒到微微秒级的非正弦波窄带脉冲传输数据。通过较宽的频谱来传送极低功率的信号，UWB可以在10米左右范围内达到数百Mbit/s到数Gbit/s的数据传输速率。

（3）抗干扰性能比较强，传输速率很高，系统容量大且发送功率非常小。UWB系统发射功率很小，通信设备能用低于1mW的发射功率就可以实现通信。同时，低发射功率能延长系统电源的工作时间。并且，发射功率小，意味着其电磁波辐射对人体造成的影响也会很小，应用面就广。

目前，超宽带的传输距离都在十米之内，它的传输速率达到了480Mbps，与同类技术相比，是蓝牙标准的159倍，是WiFi标准的18.5倍，很适合传输数据量较大的多媒体信息。

总结：抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小、保密性好。

2UWB的实现结构

简单UWB发射器的设计与实现如图1所示。

3国内外UWB技术研究历程

3.1国外UWB技术的研究

美国Intel公司在2002年2月28日举办了“Intel Developer Forum（IDF）Spring 2002”开发商会议，公开演示了UWB（超宽带技术）――下一代无线通信技术。它主要有以下3大特点：（1）高达数百Mbps的高速率通信。（2）耗电量不到现有无线技术的百分之一。（3）相对于现有无线技术成本低。

Intel总裁保罗・奥特里尼已宣布：“将会在Banias中集成无线LAN的功能”。Banias是能够和Crusoe抗衡的低耗电处理器，在2003年上半年便已开始供应。

欧盟以及日本也很重视UWB，纷纷开展了研究计划。由Wisair、Philips等六家公司成立了Ultrawaves组织。主要研究家庭等是室内环境内UWB在AV设备高速传输的可行性。STMicro、Thales集团和Motorola等多家公司团体成立了UCAN组织，利用UWB实现PWAN的技术，其中包括MAC层、实体层、路由以及硬件技术等。瑞士的IBM研究公司和英国的Philips等四十多家研究团体组成了PULSERS组织，主要研究UWB的位置测量技术以及近距离无线界面技术。

3.2国内对UWB技术的研究

中国早在2001年9月初就在“十五”国家863计划通信技术主题研究项目中将“UWB无线通信的关键技术以及其共存和兼容的技术”首次作为无线通信的研究内容，以此鼓励国内学者关注这方面的研究。当下，常州唐恩软件科技有限公司，研制了基于UWB技术的高精度定位系统，能够在室内环境实现3D高精度定位，是当今无线电实时定位领域最先进的定位系统之一。

4UWB的主要应用

4.1军用方面

超宽带的一个介于雷达与通信中间的应用是精确地理定位，比如利用UWB技术提供3D地理定位信息的设备。此系统是由无线塔标和移动漫游器组成的。它的基本原理是，通过漫游器和塔标间的包突发传送实现航程时间的测量，再经过往返时间测量值的对比，再分析便能得到目标的精确定位。UWB地理定位系统一开始主要应用于军事领域，它可以实现士兵在城市环境下能以高分辨率测定自身所处位置。

4.2民用方面

超宽带同样适用于短距离高速宽的带无线接入和数字化音视频的无线连接等相关民用领域。家庭数字娱乐中心是超宽带技术的一个重要应用。它的概念是：家庭住宅中的PC、PAD、家电等智能设备会与Internet连接在一起，你可以在家中以及周边短距离内使用它们。

5UWB未来的发展

5.1Blutooth+UWB

UWB自身的一些缺点使得它无法被普及和广泛使用。由于缺乏可靠的安全性、信令技术、很强的匹配能力及功率适配等问题，UWB极不适用便携式设备，因而面临着沦为小市场技术而落后的危险。与此相同时，蓝牙技术已经很成熟可靠并且高效，而UWB的低功耗高速率正好能弥补蓝牙的缺点，可以将UWB引入便携式设备的大市场。

5.2RFID+UWB

各类技术之间的融合应用可以弥补各自的缺点。RFID与UWB技术的融合应用，能大大推进信息数字化的建设。