卫星通信的基本原理范文
时间：2023-11-14 17:36:07
导语：如何才能写好一篇卫星通信的基本原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：卫星通信 实验教学 卫星广播电视
中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（c）-0152-02
Abstract：According to the problem that the experimental equipment cost limit the development of the satellite communication experiments course，the characteristics of two kinds of teaching object：undergraduate and graduate students are analyzed，and content of the satellite communication experiment course and the experiment conditions construction are explored and discussed.Undergraduate experiment teaching adopts the design of low cost experimental equipment，and emphasizes the perceptual knowledge；while the graduate experimental course extrudes the learning autonomy，and guides students to find problems，to stimulate students’interest in learning.The exploration has achieved good results in practical teaching.
Key Words：Satellite communication；Experimental teaching；Satellite broadcast TV
截至2015年底，中国在轨运行的卫星数量已超过140颗，仅次于美国，位居世界第二。然而，伴随着卫星数量的突破，我国的卫星产业发展却相对滞后，尤其是地面应用系统的发展还不够。除投入不足外，人才缺乏也是一个重要原因。卫星通信课程作为高校电子通信类专业的主干课程在激发学生对卫星通信领域的学习兴趣、培养卫星通信领域的人才等方面有着不可替代的作用。
1 实验课程开设背景
由于卫星通信设备昂贵、通信卫星资源紧缺，传统的本科《卫星通信》课程主要以理论教学为主，以实验演示和参观观摩为辅，实践教学的比例非常少。卫星通信的频率很高，常规的仿真平台很难实现全系统仿真，因此，有条件的院校开设的仿真实验仅限于卫星通信的中频部分[1]，让学生观察信号在中频部分的处理与传输过程，深化学生对通信基本理论的认识，但这些改善无法让学生体会到真正的卫星通信过程，也很难激发学生对卫星通信领域的学习热情和兴趣。另外，随着卫星通信技术的迅速发展，《卫星通信》课程的教学内容需要不断更新，与工程实际结合也更加密切，实验教学的重要性越来越突显。与理论教学相比，由于学时有限、实践环节组织困难，实验教学已成为卫星通信教学改革与发展的瓶颈。
2 实验教学内容设计
为提高卫星通信课程的教学质量，激发学生的学习热情，对卫星通信课程实验教学的内容和方法进行了探索，在教学实践中取得了一定效果。
具体而言，该校在通信工程专业的本科生教学中开设了《卫星通信》课程，在研究生教学中开设了《现代通信新技术》（其中包含了卫星通信的相关内容），针对不同的培养对象，教学的内容、方式方法有很大差异。
2.1 本科实验教学
本科教学中学生数量众多，传统的《卫星通信》实验课程受限于实验设备的成本，只能让学生进行卫星通信的演示和观摩，无法让学生切身体会卫星通信的过程。随着技术的发展，作为一种最廉价的卫星通信方式之一――卫星广播电视已进入千家万户，它主要由天线（及其支架）、卫星电视接收机、电视机以及电源等设备组成。该系统属于卫星通信中的单向接收地球站，而卫星通信中的反向发射链路与接收链路相似，因此，该系统完全可以作为学生体验卫星通信过程的实验设备。然而，虽然电视机在该系统中仅作为通信的终端设备，与卫星通信实验课程的教学目的关联性不强，但电视机的成本却占据该套实验系统的70%以上；另外，卫星广播电视实验的开设通常需要在室外开阔地域进行，此时系统的室外供电也将成为课程开设必须考虑的因素；上述两个原因导致卫星电视接收系统在《卫星通信》实验课程的开设过程中无法得到推广。
为解决该问题，通过市场调研，将卫星电视接收机和电视机的功能改由寻星仪来实现。寻星仪是融合了卫星电视接收机、电视机以及频谱仪简易功能的一体化设备，采用锂电池供电，不需要市电，便于室外实验的开设。整套系统成本低于1 000元，其简易的频谱仪功能还可以开设卫星信标的接收实验。
寻星仪的操作界面与常规的卫星电视接收机完全相同，可以设置卫星名称、高频头本振、接收频率、符号率、极化方式等参数；连接卫星电视接收天线后，当天线对准目标卫星时即可接收到该卫星上的信号（即接收的信号强度和信号质量高于卫星接收机门限）；若目标卫星上有公开的电视节目，还可以直接使用该终端收看卫星广播电视。在该系统上开设的实验课程可以让学生熟练掌握卫星通信中天线对星的基本流程与操作技巧，明确天线三维指向的参考基准与天线精确对准卫星的判断标准，使学生对卫星通信的整个过程进行全面、整体认知，锻炼和培养学生的实践动手能力。
本科生的实验教学重点在于突出学生的感性认识，通过卫星实验，使学生能够掌握卫星通信的基本原理，明白卫星通信中对星的标准是什么，并掌握对星的常见技巧。对于学有余力的学生，启发他们更深入了解卫星通信发展的新技术、新方向。
2.2 研究生实验教学
与本科生相比，研究生具有更大的学习自主性，理论讲授不仅要细而专，还要广而泛。在本科现有卫星通信内容的基础上，重点讲授与卫星通信相关的天线技术、阵列信号处理技术以及通信技术等的发展现状，为研究生下一步的课题选择提供参考。
作为小班教学，研究生的卫星通信实验课可以采用完全自主的形式――将固定卫星地球站、便携式地球站、卫星动中通地球站以及宽带无线通信系统、无人机视频采集等设备交给学生进行自主组合，按照系统搭建由简单到复杂，地球站由固定到移动，通信业务由话音到视频的渐进过程，让学生体会卫星通信在实际生活中的各种应用场景以及还存在亟需解决的问题，激发学生投身卫星通信领域技术研究的兴趣。
3 结语
卫星通信实验课程的开设可以强化学生对卫星通信基本原理的理解和掌握，激发学生对卫星通信领域的学习兴趣。该文针对本科生和研究生两种教学对象，对卫星通信实验课程的开设内容以及实验条件建设进行了探讨与摸索，在实际的教学过程中取得了良好效果。然而，适合于不同对象、不同接受能力的实验内容和教学方法的改革是永无止境的，如何取得更好教学效果还需要与广大高校的卫星通信课程教师共同探讨。
篇2
关键词：信噪比；跳频通信；仿真；误码率；抗干扰
中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）07-1568-04
1 概述
根据整个以太网网络早就预设的程序，自由操控该网络内所有台站在一秒钟钟内在同一时间改变频率多次，这么一个过程就叫做跳频。同步信令从之前设定的基站周期性发出，从而达到指令所有的从站根据基站的频率作跳跃式改变[1]。
跳频短波通信相对卫星通信在安全性上更为可靠、精准。这个主要是由其所受的机构不能所决定。卫星通信一般都是由国家的相应机构所辖制，所以在一定程度上有局限性。而跳频短波通信是完全自主的，相对自主的多，也较之可靠。现今，普通数字式跳频十分普遍。例如边带跳频、智能跳频等都是在近年出现比较先进的跳频模式。跳频通信系统是一种典型扩展频谱通信系统，它在军事通信、移动通信、计算机无线数据传输和无线局域网等领域有着十分广泛的应用，已成为当前短波保密通信的一个重要的发展方向[2]。该文介绍了跳频通信系统的基本工作过程，从跳频系统的结构组成，工作原理，跳频通信系统的解跳、解调等方面阐述了跳频通信基本原理，并对跳频通信系统的抗干扰技术进行了仿真研究和理论分析。
2 跳频系统的建模与仿真
2.1 跳频系统基本原理
传统的频率跳变扩频系统叫做：多频、码选、频移键控。其基本思想是在频率域中，不断地改变发射频率进行收发双方预先约定好的通信。
根据图1得知：信号首先同载波一道经过调制器，然后进入频率合成器进行混频，在混频过程中，信号被放大，这时已变成已调信号，已调信号经频率合成器中的功率放大器放大后，最后经天线发射出去[3]。在收端，通常采用超外差式接收机，也就是说信号经过频率合成器比进入前要高一个中频，该信号经过频率合成器后输出一个稳定的中频信号，然后经过带通滤波器后，就只保留了需要的频带，最后再经解调器把信息恢复出来。
2.2 跳频系统的理论基础
跳频通信系统建立的基础是信息论中的香农公式，即：[C=Blog2（1+s/n）]，其中C 为系统的信道容量（bits/s），从公式中我们可以看到，在保证信道带宽C不变的前提下，带宽B和信噪比S/N是可以互换的[5]。所以从理论上而言，我们也就可以采用提高信号带宽方法来维持或者提高系统通信的性能[4]。 跳频通信正是在基于这么一个原理上而发展起来的一门新技术，目前在现代短距离数字通信（如卫星定位系统（GPS）、3G移动通信系统、无线局域网802.11a/b/g和蓝牙）等中用的甚是广泛[5]。跳频通信最大的不同就是在其接受端增加了扩频解调的过程。在接收机端，发送的跳频同本地恢复载波以同样的频率发生变化。就能得到解跳频信号，之后再解调跳频信号即可恢复数据[6]。跳频系统一般采用非相干解调频移键控FSK调制方式，由于在跳频通信系统接收机中跟踪载波相位很困难，所以一般采用非相干解调频移键控方式调制。
2.3跳频通信系统的建模
2.3.1 跳频通信系统模型建立的基本流程
1） 数学模型：根据图1跳频通信系统收发端基本原理，尽量将系统简化，确定系统整体功能，以便于将各个部分功能模块化，找出其关联，作出框架流程图[8][9]。
2） 仿真系统：根据Simulink/Matlab通信模型库所提供的各个功能模块，把所需要的模块拷贝调用到Untitled窗口，按照图1所作出的框架流程图进行连接，组建要仿真的通信系统模型。
3） 参数设置：设置系统参数（如系统运行时间。采样速率等）、功能模块参数（如正弦信号的频率、幅度、初相；低通滤波器的截止频率、通带增益、阻带衰减等）。
4） 观察仿真波形、数据：在整个系统模型中，设置一些关键点以便于了解整个功能模块的性能、以及对结果的分析。
5） 新模块的生成：对于在Simulnk/Matlab通信模型库中没有的功能模块，需要根据掌握的技术生成所需新的子模块，以便随时调用[5]。
2.3.2跳频通信系统仿真模型的建立
我们采用Simulink/Matlab建立的仿真模型如图3所示，可以实时地观测到系统在跳频前后信号的频谱变化，以实现现代通信的模拟仿真，为系统的设计和研究提供了强有力的研究平台[10]。
以跳频通信为基础的仿真模型中，信号处理的基本过程是：
1） 信号源生成准备待传送的有用信号。
2） 由伪随机码序列控制2FSK部分，与有用信号进行相乘运算。伪随机码元控制2SFK部分的载波的频率，在设计中使得载波的相位为零，进而可以实现信号的跳频通信。
3） 将经过跳频调制的信号，经过信道传输，叠加上加性高斯噪声。
4） 接收信号，在接收端的相关器中进行相关处理，相关处理时要求发送端的随机码字与采用的伪随机码保持严格的同步，其中伪随机生成模块产生相应的伪随机码。
5） 相关器的输出结果利用计数器进行统计，然后完成比较，判决过程，恢复出原始信号。
6） 将恢复出的有用信号与其发送端的原始信号同时送入误码仪进行比较，计算出误码率。
3 跳频通信系统仿真结果分析
3.1 仿真结果分析
4 结论
通过构建跳频系统和仿真，以及对误码率的分析。从而得出现代通信理论的理论依据正是基于跳频通信良好优点：
1） 综合考虑带宽和信噪比以寻求最佳参数，最大化的利用其抗干扰性能发挥；
2） 跳频通信的保密和无失真特征。
3） 跳频通信利用多种图案或时钟，从而在一个带宽内实现频率资源共享，提高频率利用率。
参考文献：
[1] 王玉德，王金新.基于MATLAB的跳频扩频通信系统的仿真研究[J].通信技术，2010（6）.
[2] 王俊年，吴劲峰.基于Matlab/Simulnk通信原理可视化动态仿真实验[J].甘肃农业大学学2003（6）.
[3] 李玲，陈强.浅谈MATLAB仿真在《通信原理》课程教学中的应用[J].四川教育学院学报，2006（12）.
[4] 李向莉.基于SIMULINK的通信原理可视化动态仿真[J].大众科技，2008（4）.
[5] 林森，刘玉珍，杨会玉.Simulink在通信原理课程教学中的应用探讨[J].大众科技， 2009（9）.
[6] 眭杨清，陈家福.跳频通信技术研究与仿真[J].微处理机，2012（6）.
[7] 王向鸿，赵海涛，关晓东.跳频扩频系统的Matlab模拟仿真实现[J].现代电子技术，2010（10）.
篇3
关键词:多波束切换;卫星通信;物联网
引言
船载物联网技术是一种应用于船舶内部的物联网技术，其作用在于实时监控船舶的位置、航行状态、航向以及各种设备和器械的工作状态等。能够为船舶驾驶员以及岸基控制中心提供丰富的监控信息和决策依据，是当前广泛应用且不可或缺的重要助航设备之一［1－3］。然而，对于当前的大多数航运企业来说，迫切需要一种技术实时地了解多艘船舶物联网传输的数据，从而获取船舶的实时动态。这些船舶往往分布在较广的海域内，当前采用的物联网通信和数据传输协议，无法进行如此长距离的交互，因此，船载物联网的信息仅能局限于单个船舶内部使用，而难以进行联网或交互。多波束切换卫星是当前一种新兴的卫星通信技术，一颗多波束卫星能够采用多个波束和多个频段进行通信，一方面相比于传统卫星，能够覆盖更大的通信范围;另一方面能够提供更大的通信带宽和更好的通信质量。当前船载物联网主要采用802.11协议进行数据传输，传输范围和带宽均较为不足。为解决这一问题，本文提出一种结合多波束卫星与船载物联网的方案［4－5］，利用卫星信道作为物联网数据传输的方式，满足船载物联网大范围、长距离、高带宽的传输需求。通过实践验证，本文提出的方法具有一定的可行性，为我国的船载物联网发展提供了一定的借鉴作用，具有一定的实用价值。
1船载物联网技术
船载物联网是一种应用于船舶环境的物联网技术，其主要功能是实时监测船舶的位置、航行状态、航向、航速;船舶内部的各种仪器、设备运转情况;电子与计算机系统的工作情况与安全态势;以及船舶周边海域或目标的状态等。通过利用多种无线或有线传感器节点，采集多种数据供船载控制中心或岸基控制中心，有效掌握当前的船舶航行状态，并进行合理的指导和决策。其主要包含以下3个组成部分:1)船载传感器节点。由于海洋应用环境较为严苛，需要船载传感器节点具有耐腐蚀性、高可靠性、耐潮湿高温等环境的能力等，对传感器节点的能耗等没有较高要求，因此，相比于传统的地面应用环境，采用的传感器类型和型号具有较大的不同。同时，传感器节点的传输方式，通常采用有线和无线传输相混合的方式，一方面能够有效利用船舶内部的传输线缆，另一方面能够充分考虑传感器网络部署的灵活性。2)数据分析与控制中心。该中心是整个船载物联网的核心，其主要有3个主要功能，首先，其负责监控各个传感器节点的工作状态，及时发现各种异常和故障，并自动报告或处理;其次，其负责对传感器网络接收到的消息进行分析和处理，并利用功能更加强大和丰富的工具进行可视化、数据分类、数据挖掘等附加功能;最后，其负责对收集到的数据进行存储，以供其他应用的处理。3)通信网络。通信网络分为2个部分:一是物联网内部网络，主要负责传感器节点与控制中心的消息传输，由于船载物联网的节点与控制节点一般在一艘船舶以内，因此，其采用的通信网络较为简单;二是物联网与外部控制中心的互联网络，通常采用WiMax或卫星信道传输，其中前者的通信带宽较大但覆盖范围较小，后者覆盖范围较大但难以提供足够的带宽，因此，至今仍然缺少一种有效地通信方式。
2多波束卫星通信技术
多波束卫星是一种装备了多波束天线的卫星系统，单颗卫星能够采用X、Ku或Ka等频段天线，形成多个波束，不同频段的信号能够组成蜂窝小区，从而在较大的范围内实现卫星信号的覆盖。同时，该类卫星还能够以多种频带的信号覆盖同一蜂窝小区，并根据信号质量、带宽需求等自动切换用户使用的波束，从而提供更大的带宽或更高的服务质量，多波束自动切换卫星的工作示意图如图1所示。图1多波具有多波束自动切换功能的卫星通信系统，相比于传统的卫星通信机制，具有通信带宽更大、服务质量更好等优势，同时采用时分复用和正交时分复用技术，能够有效提高能够容纳的用户数量，同时可以有效简化星载通信设备的复杂度，并能够与Internet协议实现互通，从而实现全IP通信。当前采用的多波束卫星，能够提供高达100～200Mbps的下行链路带宽，同时能够提供超过100个波束，并能够有效提高每个波束的性能，使得用户在移动中使用的体验获得了较大提高。
3基于多波束卫星通信的船载物联网
本文提出的多波束卫星通信船载物联网，与传统的船载物联网相比，主要有2点不同:1)船载物联网的信号接收装置需要能够处理多个不同卫星通信波束的信号，并正确解码出需要的信息;2)船载物联网的信号接收装置要能够与无线通信装置有机结合，实现海面船载无线通信节点的互相通信，也就是利用卫星通信信道，组成不同船舶和控制中心的通信网络，而每个通信节点为单个船载物联网或控制中心。由图2可知，采用多波束，其最大通信距离和最大通信区域均明显大于单个固定波束的效果，具有较大的优势。在这种体制下，岸基控制中心或其他船舶的控制中心，可以利用卫星信道实时获取船载物联网的数据，而不需要自身船舶控制中心的控制和管理，减少了通信开销。本文设计的信号接收装置基本结构如图3所示。由图3可知，通过不同的正交下变频解出不同的卫星波束信号，然后通过分路器和时分多址分解，形成数据帧，然后根据路由表和程控交换的基本原理，进行无线通信网络中的数据传输。当单个通信蜂窝中，存在多个可用的卫星波束时，通信可以采用多波束传输的方式，采用多个波束提供的信号，进行并行传输数据。同时，由于海上气候变化较为剧烈，可能导致在某些海域或某个时段，某个卫星波束提供的信号质量较差，衰减较大，此时，根据自动波束切换算法，根据信号质量、传输数据需求、信号衰减程度等进行自动化的波束切换。该切换过程需要船载物联网端和卫星端进行同步，首先确定通信需求和信令体制，然后采用3次握手协议实现卫星通信信道的建立;当需要进行波束切换时，则直接进行3次握手协议，在新的频段上建立新的卫星通信信道，同时拆除原先旧的信道。通过以上介绍可知，本文提出的方案相比于传统的船载物联网方案，具有通信带宽大、覆盖范围广、通信可靠性强、传输方式灵活等优势。通过在我国某远洋航运企业中的实践验证，初步实现了特种运输船舶的全球化实时监控。利用本文提出的方案，该企业能够实现对所属150余艘特种运输船舶的监控，确保了货物运输、人员配备、船舶航行安全等多个方面信息的实时监控和显示，大大提高了企业运作的自动化和信息化水平，有效减少了人员和成本的开销，提高了远洋运输的安全性，提升了企业运作的效能，显示出了良好的使用效果。
4结语
篇4
关键词：空间激光通信；星际链路；通信模式；
作者简介：李静，女，1983年出生，河南南阳，博士，讲师，主要从事目标识别、无线通信方面的研究。
0引言
人类通信的历史源远流长，从古代的狼烟通信、驿站通信，到现代的电报电话通信、无线电通信、光纤通信等，不仅仅是通信手段发生了巨变，而且也空前地改变了人类的生活方式。今天，科技发展日新月异，空中、地面、水下都已经被开辟为广阔的通信空间，采用高频激光进行空间卫星通信已成为现代通信技术发展的新焦点。有专家测算，在理想的情况下，用激光作载体进行空间卫星通信，若话路带宽为4千赫，则可容纳100亿条话路；若彩色电视带宽为10千赫，则可同时传送100万套节目而互不干扰，届时，人们的生活将更加丰富多彩。与此同时，航天、航空、航海等都对空间激光通信技术提出了迫切需求。
1空间激光通信技术系统组成、关键技术及原理
空间激光通信也称为无线光通信，它是指利用激光束作为载波在空间直接进行语音、数据、图像等信息传输的一种技术。空间激光通信系统所涵盖的平台有深空探测器、GEO卫星、LEO卫星空间站、临近空间平台、航空平台、地面平台、水面平台等，不同平台间可构成不同的空间激光通信链路。其突出特点是是搭载在运动平台上，以激光器作为光源，并以小束散角发射，实现高速率、远距离信息传输。例如，星际激光通信系统、星地激光通信系统、空空激光通信系统等。
空间通信技术的基本原理实质上就是，信息电信号通过调制加载在激光上，通信的两端通过初定位和调整，再经过光束的捕获、瞄准、跟踪建立起光通信链路，然后再通过光在真空或大气信道中传输信息。空间激光通信系统按照功能主要分为以下几个部分：光源系统、发射和接收系统、信标系统、捕获、瞄准和跟踪系统四大块。下面将分别对其进行讨论。
(1)光源系统
在卫星激光通信中，通信光源具有十分重要的作用，他直接影响天线的增益、探测器件的选择、天线直径等参量。常用激光器为波长在800~850nm范围的AlGaAs激光器，该波长范围内的APD探测器件工作在峰值，量子效率高、增益高。采用倍频Nd：YAG激光器或氩离子激光器得到的波长在514~532nm的激光器是星上激光光源的良好选择。
(2)发射和接收系统
这是空间激光通信的关键系统之一，激光发射机实质上就是光源、调制器和光学天线的级联，而接收机则可看成是接收天线和探测器、解调器的级联。调制的作用是将需要发射的信号调制到光载波上；探测、解调是通过光电转换器件将光信号转换为电信号。探测部分还包括滤波、放大部分，该部分也是卫星光通信系统中必不可少的。
(3)信标系统
在空间激光通信系统中，通信信号光束发散角非常小，因此如果利用信号光束进行捕获、瞄准将会是非常困难的过程。所以在其中要单独设立一个激光信标系统。信标光束主要是给瞄准、捕获过程提供一个较宽的光束，以便在扫描过程中易于探测到信标光束，然后进行后面的调整过程。
(4)捕获、瞄准和跟踪系统
捕获、瞄准和跟踪系统几乎可以说是整个空间激光通信系统的心脏，也是空间激光通信技术的难点、重点。各个国家在对空间激光通信系统的研究中，都提出了一些捕获、瞄准、跟踪方案，并对相当一部分方案进行了实验室模拟。这些方案在探测时的扫描方式以及探测、跟踪传感器的选择等方面都有所不同，但实际采用的捕获、瞄准、跟踪方案是基本一致的。
2空间激光通信的优势
空间激光通信是在外层空间进行的通信，由于具有损耗小、成本低、容量大、光定向性好等优点，在超大容量长距离数字通信系统中，尤其适用于星际链路间长距离、干线通信。它比地面光缆拥有更高宽带的数据、视频和语音转播等多项通信能力。因此，现代卫星通信的重要方向就是自由空间中卫星激光通信。
自由空间激光通信是利用激光作为载体，在自由空间中进行信息和数据的传输。激光的频率单纯，能量高度集中，波束非常细密，波长介于微波与红外线之间，因此，利用激光所特有的高强度、高单色性、高相干性和高方向性等诸多特性，进行星际间链路通信，就可具备容量更大、增益更高、速度更快、抗干扰性更强和保密性更好的一系列优点，从而使激光成为发展空间卫星通信的最理想载体。
3国内外空间激光通信历史及现状
美国是世界上开展空间激光通信研究最早的国家，于20世纪60年代中期就开始实施空间激光通信方面的研究计划，欧洲和日本也先后于70年代末和80年代中期开始研究，到20世纪80年代末90年代初，日本、美国、欧洲空间总署先后制定了发展卫星间激光通信的研究计划，对卫星与地面之间、地球轨道同步卫星与近地轨道卫星之间、地球轨道同步卫星之间的激光通信技术都进行了深入研究，初步的设计方案及模拟演示系统也达到了理想的效果。当时美国率先进行的海岛与海岛之间的激光通信，作用距离可达到240公里；在飞机与地面站的激光通信试验中，当飞机位于1100米高度时，作用距离达到了20~30公里。1995年，美国与日本两颗相距3.9万公里的卫星实现了互联，并完成了8分钟的激光通信。到现在欧美日在空间激光通信技术领域已经取得了相当瞩目的成绩。
1985年，欧洲空间局研制了SILEX系统，在试验的基础验证卫星间激光通信的所有技术。系统从SPOT-4上的低轨道终端向ARTEMIS上的同步轨道终端传输50Mb/s的数据。同时在ARTEMIS上还装备有一个定位装置，可使其系统上的望远镜(亦即光学天线)对准SPOT_4后其他任何低轨道高度大于1000km的LEO空间飞行器，并向GEO终端传送2Mb/s的数据。
1989年，在德国政府支持下，空间固体激光通信试验(SolidStateLaserCommunicationsinSpace，SOLACOS)开始实施，它是一个高码率卫星间激光通信计划。该项目建立了完整的计算机仿真系统，同时制造了一套用于测试的试验模拟系统，其试验模型于1997年完成。该终端采用固体激光器和相干接收，波长1064nm、发射功率1W的Nd：YAG激光器，通信速率可达650Mb/s。SOLACOS终端发射孔径150ram，质量70kg。可以用来进行星问激光通信和星地激光通信。
1994年，美国JPL实验室研制成功OCD通信端机演示系统，数据率可达250Mb/s，通信波长采用800nm波段，用OOK调制方式。它具有结构简单、质量轻(15kg)、体积小、功耗低等特点。
1995年，在NASA的资助下，美国Ball公司完成了LCDS系统(LaserCommunicationDemonstrationSystem)。该系统具备1Gb/s的LED—GEO、距离为40000km的GEO-LEO星际通信和GEO-航空平台激光通信能力，系统重量84磅(约37.8kg)，功耗96W。
1996年，美国TT公司首次成功地进行了飞机对地面站间的激光通信试验，飞机的飞行高度11km，飞机距地面站距离20km~30km，传输速率1Gb/s。
1998年，ESA成功研制了光学演示终端SROIL(ShortRangeOpticalIntersatelliteLink)。该终端的发射机以半导体激光器泵浦的1064nm波长Nd：YAG激光器作为光源，相干体制的接收机采用二进制相移键控调制方式和零差探测，通信系统的发射天线孔径为350nm，通信码率1.5Gb/s，误码率低于10-6，总质量为15kg，功率为40w。
1999年，TT公司还使用T39A飞机为搭载平台进行了飞机一飞机间激光链路通信试验，飞行高度约为40000英尺(约12192km)，通信距离50km~500km，速率1Gb/s，误码率10-6。
2000年，日本研制了用于国际空间站(ISS)对地的双向超高速光通信端机LCDE(LaserCommunicationDemonstrationEquipment)，其上行码率为1.2Gb/s，下行码率为2.5Gb/s，使用1550nm波段作为通信光，功耗小于115W，质量小于90kg。
同年，JPL成功建立了一套高鲁棒APT子系统，该子系统在OCD基础上进行改进，通信速率2.5Gb/s，通信波长1550nm，发射功率200mW。
也是在这一年，在BMDO资助下，TT公司研制STVR-2卫星通信LCT光端机和地面光端机。将LCT作为TSX-5卫星有效载荷之一，2001年开展星地激光通信演示验证。
2005年，日本的OICETS(LEO)与ESA的ARTEMIS卫星(GEO)成功实现数据传输。
2006年12月，法国国防部采办局(DGA)与欧洲航空防务与空间公司(EADS)进行了机载激光链路技术演示器(LOLA)的演示试验，第一次实现了地球同步卫星和飞机之间激光通信。先后开展了近50余次的空一星激光通信试验。通信距离40000km、通信速率50Mb/s、飞机海拔高度9km。
2008年3月，德国TerraSAR-X卫星与美国NFIRE卫星问实现距离为5000km的星际相干激光通信，通信速率5.65Gb/s，通信波长为1064nm。使用口径为125mm的望远镜，终端质量小于30kg，功耗低于130W。该终端采用二进制相移键控调制，检测方式是零差相干检测。
我国空间激光通信研究与欧、美、日相比起步较晚，已进行了关键技术、原理样机和野外试验等研究，并开始部分工程化研究。开展空间光通信研究的单位主要有哈尔滨工业大学、北京大学、电子科技大学、上海光机所、航天504所、长春理工大学等。目前已取得一定成果。
2010年8月研制出7.5G速率空间激光通信系统，并在在青海省青海湖成功进行了7.5G速率40km距离的自由空间激光通信试验。
在国内，目前空间光通信技术的发展才处于初级阶段，及时了解空间光通信的最新动向，以及领航者的研究布局，对我们发展空间光通信具有很强的借鉴和指导意义。
4空间激光通信的应用前景及发展趋势
空间激光通信技术作为一种很优越的通信手段，应用前景十分广阔。
首先它既可以作为实现全球个人通信的重要技术选择，又可以解决宽带网络“最后一公里”的瓶颈。具有十分广阔的市场和美好的应用前景。星间激光通信将成为建立全天候综合信息网和区域天基综合信息主干线的必要通信手段，也必将成为未来移动通信和全球多媒体通信的一个必不可少的环节。
近地面的FSO可以解决通信宽带网络的最后一公里的接入问题，从而实现光纤到桌面，完成语音、数据、图像的高速传输，拉动声讯服务业和互动影视传播，实现“三网融合”，有利于电子政务、电子商务和远程教育及远程医疗的发展，并将产生巨大的经济和社会效益。在一下几个方面也将得到广泛的应用：光纤通信网的完善和延伸，有效提高光通信网的覆盖面；重要光纤通信链路的备份，多根不同路径的光纤备份方式通常不可实现且耗资巨大，利用近地的空间激光通信(FSO)作为光纤备份既经济又方便；不便铺设光纤场合的宽带通信，如大城市繁华地带的公司内部的两幢大楼之间，地形险恶的两通信枢纽站之间的宽带通信；保密通信，如银行、工商及公司内部涉密信息的宽带传输等；快速部署机动通信，如因战争或水灾、山体滑坡等导致的两个光纤节点之间的通信恢复；空间立体网络组建；光纤、微波、FSO混合网络的组建等。
军事上，空间激光通信可广泛应用于军事野战通信网、空间机群指挥、海上舰艇编队间无线电静默期间通信、战时应急通信。具体地，可架在高山之间完成边防哨所和森林观察的通信；可以临时架设解决必要的战时指挥所之间的保密通信问题；可以实现与计算机的联网或作为移动通信的转接站；可架设在海岸、岛屿或舰船上实现短距离的移动大气激光通信。
有着如此光明的前景，空间激光通信技术空间激光通信的发展趋势将向网络化、小型化、智能化方向发展，具体来说主要包括以下几方面的转变，由强度调制/直接探测向零差相干体制发展，由传统光通信向空间量子通信变革，星载设备朝光子集成化升级，天基网络一体化演变，开拓深空光通信等[6]。
未来卫星激光通信的应用范围将进一步扩大，将建立GEO-GEO、GEO-LEO、LEO-LEO、LEO-地面等多种形式的激光通信链路，建立全球商用卫星激光通信网。小卫星星座的迅猛发展，使得人们对小卫星星座的星间光通信更加重视。利用小卫星间激光通信实现全球个人移动通信将是未来全球个人通信的发展趋势。地面FSO系统将进一步提高全天候工作的能力和自动跟踪精度。技术研究方面，有效的信道补偿算法、快速精确的ATP技术、自适应变焦的光学天线技术、新的调制和编码技术须取得进一步的突破。空间光通信联网技术、空间光波分复用技术也将成为今后空间光通信研究的重要课题。
篇5
【关键词】 卫星通信 技术跟踪 特点分析 步进跟踪 圆锥扫描跟踪伴随着越来越发展的空间技术，使得卫星能够适用于多个领域，在初期卫星仅仅适用于通信范畴，然而目前已经扩展到了多个领域中去，由于其覆盖面较为广泛，受限小等多方面特点受到了各个领域的重视。传统的固定卫星通信已然无法满足现下各行各业的要求，于是就有了后来的“动中通”卫星移动通信系统。
一、程序跟踪
1.1程序跟踪原理
程序跟踪技术原理图如下图1，其通过使用 GPS 或者是 CNSS测出载体所在的具体地理位置经度λ和纬度 φ ，然后再通过利用载体上的惯性导航系统将载体的具体姿态参数也就是下图中k、θ、Φ的三个值进行测算出来，然后再根据卫星的经纬度，以及通过天线控制计算机单元进行解算。
1.2程序跟踪的优缺点
优点：系统操作简单且跟踪速度快，比较适用于初始捕捉。如在跟踪天线受到遮挡情况下，天线仍旧能够指向卫星，且若消除遮挡，便能即刻建立通信链路。缺点：一旦发生了传感器故障，单单这一点那么会发生整个系统的瘫痪。
二、步进跟踪
2.1步进跟踪基本原理
通过字面理解我们大致就能够对步进跟踪进行解释，也就是按照固定的算法进行一步一步的控制天线移动，从而进行卫星对准，然后在到天线接收到的卫星信标强度能够达到最大值的时候，才能够进入到一个平衡期，再经过了一段时间之后，再进入跟踪状态，不停的往返工作，图2是步进跟踪的原理图，步进跟踪由搜索步以及调整步构成天线的运动。在具体的操作过程期间，该两个过程可以分开进行也能够同时进行。如果说天线的位置在卫星信标强度是A的方位，而且步进一步后天线接收到的卫星信标强度为B。若发生了A大于B的情况，那么步进的方向是向着卫星的方向运动，调整步就同搜索步是同一步。通过这些，我们可以知道，搜索步是否正确确定方向变得极其重要。如果说方向发生偏差，那么继而天线会朝着卫星的方向发生变化，从而发生差错。
步进跟踪又称之为极值跟踪，由于其跟踪的技术结构相对比较简单，且系统成本不高，稳定性强，利于实现因此在现实中使用的频率较高，所以本文重点要讲的就是该种技术，步进跟踪技术总是以这样的频率进行工作：休息--跟踪的交替着。通过搜索步来将天线转动的方向进行确定，调整步做的是在这个方向上面进行转动天线的步骤。在这个动作之后，那么整个的步进跟踪系统才会进行工作。基本上需要在进行了很多次的搜索步之后进行搜索才可以将天线转动的方向进行确定下来，这样天线就能够返回到原先的方位，再像搜索步所定位的方向进行转动，这最后一步我们称之为调整步。调整步同搜索步间的最大差别就在于，如果经过了调整步之后，那么天线将没有办法在返还到原先的方位上去，搜索步就不一样了，可以透过计算机在较为恰当的积分时间内对接收电平的增加或者减少进行区分，若电平发生了增多的情况，那么天线可以沿着原来的方位进行技术转动一个比较小的度数，若接收的电平发生了减小的情况，那么天线则会向反方向进行旋转。俯仰的方向同方位方向可以重复着交替运作，从而来让天线的波束与卫星进行逐步对准。
2.2步进跟踪的优缺点
优点：作为步进跟踪来说其具体的设备以及原理都较为简单并且价格实惠，能够对馈源网络进行简化。并且能够采用较为普通的信标接受机以及数字接收机取代单脉冲跟踪接收机，更适用于普通站。缺点：跟踪精度相对不高，无法让天线波束停留在对准卫星的方向上面，只是在这个方向的四周围进行摆动。且跟踪速度并不是很快。
三、圆锥扫描跟踪
3.1圆锥扫描原理
圆锥扫面的原理大致就是通过使用天线收到的信号幅度作为角度进行测量，这个幅度值的变化规律取决于天线方向图及天线扫描方式。圆锥扫描根据馈源喇叭绕对称轴进行一个圆周运动，或者说副反射面进行旋转从而产生的一个旋转射束，圆锥扫描的原理要求卫星在这个圆锥之内，取一个垂直于等信号轴的平面，则天线最大辐射方向的顶点就形成了一个圆形轨迹。天线波束作圆锥扫描时，绕着天线等信号轴旋转，因为等信号轴偏离天线最大辐射方向的角度相等，故旋转过程中这个方向天线的增益始终不变。当卫星在等信号轴位置时，接收机输出的是等幅信号。如果卫星偏离等信号轴方向，卫星有时靠近有时远离天线最大辐射方向，这就导致了接收的信号幅度也产生了相应的一定的强弱变化。调制的相位同波束偏离的方向相关，因此通过调制信号的幅度以及相位就能够将天线波束指向的误差进行检测出来。具体的跟踪接收机将这个调制信号进行检测出来，并且通过波束进行旋转期间所发出的正交基准信号进行调制信号的方位检测以及俯仰相敏的解调，从而将直流误差信号控制天线向误差的信号向着减小的方向进行转动，直至检测出来的调制信号为最小即可。
下图3所示的是圆锥波束空间图，该图的立体感会比较强，从图中我们可以看出，O’B作为天线的最大的辐射方向，同O’O这个偏离信号轴之间有一个 δ ，若波束按着定量的角速度ωf绕等信号轴O’O进行转动期间，那么波束的最大辐射方向O’B就是如下图所示的一个立体的圆锥形，作为圆锥扫描的基本原理指的就是在这个圆锥之内取一个垂直于等信号轴的一个平面，而天线的最大辐射方向的顶部就构成了这样的一个圆形状的轨迹，通过下面的空间图我们能够直观的看到。天线的波束作着圆锥状的扫描，由于等信号轴偏离天线的最大的辐射的方向的角度是相同的，因此，在进行旋转该过程中间该方向天线的增益一直都是固定不变的。如果卫星在等信号轴位置期间，那么接收机所输出的是等幅的信号，如果卫星偏离了这个等信号轴的方位，那么卫星则有时会靠近有时会远离天线最大值数的方向，这就导致接收的信号幅度也会发生相应的变动，至此，所收到的信号是调幅的，它的调制后的频率是天线的圆锥扫描频率ωf，目标偏离等信号轴方向的大小决定了调制的具体深度，并且目标偏离等信号轴的具体方向决定了调制波的起始相位。
3.2 圆锥扫描跟踪的优缺点
圆锥扫描同步进跟踪有同样的优势就是造价较低，但是精确度不高，所以单从技术水平来说其专业度不够。
四、单脉冲跟踪
4.1单脉冲跟踪原理
单脉冲跟踪原理，在上述几个跟踪方式中，属于较为先进的跟踪方式，它能够在一个脉冲的间隔期间就能够将天线波束偏离卫星的具体方位进行确定下来，如果天线波束对准了卫星，那么天线就能够收到“差波束”以及“和波束”的输出信号，如果波束偏离卫星，那么单脉冲跟踪体制能够分成幅度单脉冲跟踪体制和相位单脉冲跟踪体制两种。幅度单脉冲体制跟踪天线由四个馈源以及一个抛物反射面所构成，四个馈源都发生偏离抛物面焦点而且对称发生了排列现象，将会产生四个偏离抛物面对称轴的独立波束。再通过这个独立波束发出一个控制信号去将卫星天线发出驱动对准信号。
4.2单脉冲跟踪的优缺点
优点：其具有精准度高以及时效性良好的有点，其精密度是之前几种跟踪方式无法匹及的。缺点：该种跟踪方式不仅设计复杂而且造价较高，一旦发生故障的话，修理起来非常困难。可以说不适用于普通站，推广起来较艰难。
篇6
关键词:动中通;极化匹配;交叉极化干扰;极化跟踪
中图分类号:TN927+.23文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2009)12-103-03
Research on Polarization Matching and Polarization Tracking about Satcom on
Move Received Antenna System
WANG Daoping,CHEN Huihua,HE Min
(The Second Artillery Engineering Institute,Xi′an,710025,China)
Abstract:To stabilize polar axis and overcome cross-polar interference,the theory for matching polarization is analyzed based on how to aim at the antenna wave beam in time.The way which the cross polarization interference results from is also investigated and the formula used to calculate polar angle is deduced from the coordinate revolving.The necessity to track polarization is argued.A model to track polarization axis is founded.A new polarization tracking network which is controlled electrically and specially applied on the panel antenna is designed based on the electronic polarization-agile technology.The theory how the network works is also expounded.A new method to track polarization axis is achieved through the thesis.The works achieved in this thesis is proposed to enhance the quality of Satcom on the move.
Keywords:satcom on the move;polarization matching;cross-polarization interference;polarization tracking
0 引 言
移动中的卫星通信――“动中通”(Satcom on the Move)利用卫星作为中继,可以在移动载体(运动中的车、船等)双方实现实时、大容量、不间断地传递多媒体信息,因而成为通信业最具前景的发展方向之一。“动中通”的关键技术在于如何实现安装在移动载体上的天线对卫星波束的实时跟踪,从而实现双方的稳定通信。
天线对卫星的波束跟踪包括波束指向跟踪与极化跟踪。波束指向跟踪保证载体在移动中天线波束的轴线与卫星波束轴线的实时对准。极化跟踪保证天线的极化与卫星的极化实时匹配。目前国内的“动中通”大多只对波束指向的跟踪进行研究。理论与实践均证明如果天线的极化与卫星的极化不匹配会对通信质量产生严重的影响,甚至造成通信的暂时中断[1]。因此有必要对极化的匹配及跟踪进行研究。
1 极化匹配
电磁波的极化定义为电场矢量的振荡方向。如果电场矢量在与传播方向相垂直的平面上的投影是直线,则称为线极化波。国家标准规定,国内卫星系统均采用线极化方式[2]。天线辐射或接收的电磁波均具有特定的极化方向。当接收天线与发射天线的极化方向不一致时会引起接收信号质量的降低。极化匹配就是研究如何调整天线的极化使之与卫星的极化相一致。
在卫星通信中地面接收天线的极化与卫星转发器极化定义的基准不同,这就使接收天线的极化面与卫星天线的极化面之间有一个夹角,这一夹角称为极化偏角,如图1所示。
极化偏角的计算公式如下[3,4]:
θs=arctan(sin Δφ/tg γ)(1)
式中:Δφ为载体所在位置与卫星的经度差;γ为载体所在处的纬度。
2 交叉极化干扰分析
为了缓解日趋紧张的频谱资源,卫星通信普遍采用正交极化的频率复用技术[5]。理想情况下正交极化端口间应该互不影响,但实际上对于正交双线极化接收而言,水平极化的接收天线也能接收到卫星发来的垂直极化信号;同理垂直极化的接收天线中也能接收到卫星发来的水平极化信号,从而产生交叉极化干扰。其产生原因主要有2种:极化误差角和大气降雨等的去极化效应。
图1 极化角示意图
2.1 极化角的扰动
对于固定接收站,极化角是固定的,其值可由式(1)计算。对于“动中通”接收天线,由于载体在行使中会遇到崎岖、坡度等各种路况,因此载体的姿态是时变的。这种变化表现为横滚、纵摇和偏航三个角度的变化。载体姿态的变化通过天线座耦合到天线板,从而引起天线对星所需的方位、俯仰、极化三个角度的变化。把这种时变的极化角称为极化源转角,在具体操作中它表示为波束对准而需要绕天线波束主轴旋转馈源的角度。极化源转角的计算公式如下[6]。
γ=arctan(-T1/T2)(2)
式中:
T1=(cos Vcos A+sin Vsin Asin E)•
(sin θcos ψ-cos θsin ψsin φ)+
(-cos Vsin A+sin Vcos Asin E)•
(-sin θsin ψ-cos θcos ψsin φ)+
(-sin Vcos E)(cos θcos φ)(3)
T2=(sin Vcos A-cos Vsin Asin E)•
(sin θcos ψ-cos θsin ψsin φ)+
(-sin Vsin A-cos Vcos Asin E)•
(-sin θsin ψ-cos θcos ψsin φ)+
(cos Vcos E)(cos θcos φ)(4)
式中:ψ,φ,θ是载体在地理坐标系中的姿态角。其中,ψ指载体纵轴沿前进方向在水平面上的投影与正北的夹角,以顺时针为正;φ指载体纵轴轴向与水平面的夹角,以向上为正;θ指载体绕自身纵轴转过的角度,以逆时针为正,当载体纵轴平行于水平面时为零。ψ,φ,θ可由天线座上的姿态测量元件实时读出;A,E,V是理想指向波束在地理坐标系中的姿态角,其中A表示波束轴线在水平面上的投影与正北的夹角,以顺时针为正;E表示波束轴线与水平面的夹角,以向上为正;V表示为极化匹配而需要调整的极化角,即波束绕自身轴线转过的角度,以逆时针为正。A,E,V可由以下公式计算得到[3]:
A=180+arctan[tan(L1-L2)/sin B](5)
E=arctancos Bcos(L1-L2)-0.1511-[cos Bcos(L1-L2)]2(6)
V=arctan[sin(L1-L2)/tan B](7)
由此可见,载体姿态的变化会引起极化源转角的变化,从而引起交叉极化干扰。
2.2 大气去极化
影响较大的是对流层中的多经效应,降雨去极化以及电离层的法拉第旋转相应。由于去极化现象使得线极化波穿过大气层后偏离原来的指向,从而引起接收端的交叉极化干扰。
综上所述,由于交叉极化干扰的存在使得双极化接收天线的同极化端口也能收到交叉极化的信号,如图2所示。接收天线中收到的同极化信号和交叉极化信号的比值定义为交叉极化隔离度(XPD),它是衡量交叉极化干扰程度的量值。为了保证稳定可靠的通信,通常要求天线的XPD大于30 dB[7]。
如图2所示XPD可用下式计算:
XPD=(EV2/EH2)2(8)
图2 双极化接收示意图
3 极化跟踪方案
第1节和第2节分别讨论了极化匹配和交叉极化干扰。结论是:为了在运动中进行卫星通信,接收站天线的极化必须和卫星的极化实时匹配以消除交叉极化干扰。
极化的实时匹配可以通过极化跟踪网络来实现。
针对极化误差角引起的交叉极化干扰,可以通过调整天线的极化指向,使之达到相应的角度来抵消干扰。调整方法有多种,固定接收站通常采用手动旋转馈源的高频头来调整[8],“动中通”接收天线通常采用极化调整电机,由电机驱动高频头实时调整极化源转角。手动和电动极化调整都需要馈源高频头的物理移动。然而对于具有广阔发展前景的“低轮廓动中通”而言,为了降低天线的高度普遍采用平板相控阵天线,这种天线的馈源相对于天线板是固定的。对于不便移动馈源的天线,极化指向的调整,可以采用电子变极化方式来实现。
针对降雨去极化等随机极化干扰,可以通过设计自适应交叉极化干扰抵消器(XPIC)来抵消干扰。XPIC的基本原理是利用干扰信号经过适当的幅度和相位变换产生出与原干扰信号等幅反相的信号,该信号与有用信号相叠加,从而消除有用信号中的干扰信号[9]。XPIC可以在基带、中频或射频段实现。这里的研究在射频实现XPIC。
基于以上两点,设计了图3所示的适用于低轮廓“动中通”的极化跟踪网络。
图3 极化跟踪网络
该网络由双极化天线、极化调整单元、极化控制单元、传感器和双极化输出(H,V)端口组成。其中,极化调整单元包括2个3 dB电桥和1个可调移相器。
从功能上,网络分为开环和闭环两大部分。开环部分的传感器有GPS和惯性测量元件,闭环部分的传感器是微波探测器。所有传感器的信号都送到极化控制单元,极化控制单元对来自传感器的信号进行处理,然后产生,控制信号驱动可变移相器φ产生相应的相移量,从而消除交叉极化干扰,实现对卫星极化的实时跟踪。
开环部分完成极化误差角(包括极化偏角和极化源转角)的调整。可以证明,当极化误差角为θ时,只需使可变移相器的相移量为2θ便可以消除误差。
闭环部分实现自适应交叉极化干扰抵消。其中的微波探测器可以是幅度传感器或者相位传感器(相位探测器)。如果采用相位探测器,当输出信号中有交叉极化干扰存在时,干扰信号与有用信号存在随机的相位差,此时相位探测器有误差信号输出,经极化控制单元处理后输出移相器的驱动信号,驱动移相器产生相移使干扰向减小的方向移动,从而实现闭环的跟踪。无论采用何种传感器,在此过程中设计有效的跟踪算法是至关重要的。
就系统整体而言,开环部分可以作为极化的粗调,闭环部分可以作为极化的微调。整个系统的工作过程可简述如下:
在卫星的初始捕获阶段,极化控制单元利用GPS接收机送来的载体经纬度,并结合所选的通信卫星的经度,利用式(1)由计算程序,算出对准卫星所需的极化偏角式,计算出极化偏角V驱动移相器移相2V。载体的移动过程中,极化控制器定时读取载体的姿态信息,由式(2)计算极化源转角γ,驱动移相器移相2γ,读传感器的频率可依据载体的行使环境灵活设置。在极化误差角纠正的间隙由XPIC完成极化的微调。
4 结 语
极化匹配和跟踪对于提高“动中通”通信质量具有重要意义。以“动中通”接收天线的波束实时对准为基础,分析极化匹配的原理、极化扰动的来源,得到极化偏角和极化源转角的计算公式,设计了全电子的极化跟踪网络。
参考文献
[1]杨凤梅.卫星电视接收天线的极化匹配问题探析[J].中国有线电视,2004(24):69-72.
[2]刘修文.卫星数字电视直播接收技术[M].北京:机械工业出版社,2006.
[3]陈振国,杨鸿文,郭文彬.卫星通信系统与技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2003.
[4]陈菊.卫星天线极化向量的跟踪定向分析[J].中国空间科学技术,2007(6):59-63.
[5]王卫民.频率复用通信系统中的交叉极化问题[J].微波学报,2005(4):157-159.
[6]毕清波,杜宝林,沈晓卫.“动中通”天线极化轴稳定性研究[J].山东大学学报,2007,37(2):89-92.
[7]杨宝苒.卫星接收中线极化匹配的理论分析与调整方法[J].有线电视技术,2001(21):27-30,80.
篇7
关键词：数字微波通信技术；电视直播；反向控制；中继系统；视频；音频
中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）04-0060-03
顾名思义，数字微波通信技术是借助于微波的方式，实现对数字信息的有效传输而应用的一种现代化通信方式。在现阶段整个通信信息产业发展不断剧烈与成熟的背景作用之下，光纤数字通信技术以及卫星数字通信技术的综合应用均使得现代意义上的数字微波通信技术面临着极为深远的发展潜力。可以说，现代意义上的数字微波通信技术已自传统意义上的长距离通信应用领域逐步发展为长距离配合短距离的综合性通信应用领域，进而推动着数字微波通信技术的更深层次发展。本文试针对其在应用于电视直播过程中的相关问题做详细分析与说明。
1 数字微波通信技术的基本原理分析
微波在空气环境中的传播特性与光波在空气环境中的传播特性基本表现为同等状态，均在空气环境中呈现出直线性的前进，在其传播路径的延伸空间当中，若出现阻挡，则将导致微波发生一定程度上的反射反应，影响其传输性能的实现。从这一角度上来说，在当前技术条件支持下，数字微波通信技术最关键的方式在于：建立在视距范围之内的通信。而受到客观因素影响，如地球曲面传输以及空间传输较大的衰落问题影响，要想在不影响信号质量的前提条件下，进行远距离的通信与传输，则必须通过对传输信号进行重复性的中继转发方式，达到接力传输的重要目的。换句话来说，在应用数字微波通信技术进行视频及音频信号的传递过程当中，需要在数字微波传输线路的两端位置设置相应的终端站站点。与此同时，还需要在传输线路的延伸空间内，设置一定的中继站站点（在当前技术条件支持下，数字微波通信传输过程中所设置的中继站应当将间隔距离设定在50m单位以内）。按照上述方式，确保中继站站点能够将传输过程中流经该站点的数字信号加以有效接收及放大处理，从而实现对数字信号传输质量的有效保障。
在现阶段应用数字微波通信技术的过程中，可供选取的频段单位涉及到以下几个方面：1.4GHz、4.0GHz、7.0GHz、8.0GHz、13.0GHz、15.0GHz。特别值得注意的一点是：由于在数字微波通信技术的应用过程当中，其能够在一定程度上发挥对重大自然灾害的抵御功效，从而能够作为既有地面有线网络传输的补充与拓展性传输方式。
2 数字微波通信技术在电视直播中的应用形式分析
2.1 数字微波通信技术在无线摄像机中的应用及电视直播方式分析
在当前技术条件的支持下，最普遍，同时也是最基本的无线摄像机数字微波通信系统应用结构示意图如图1所示。在整个数字微波通信系统的应用过程当中，仅需要使用微波发射单元设备以及分集式信号接收机设备。从实践应用的角度上来说，此种数字微波通信技术方式是现阶段进行电视直播报道过程中最为常用，同时综合应用优势最为突出的方式之一。对于摄像机设备与卫星通信设备间隔距离在数千米单位以内或者是摄像机设备与卫星通信设备间隔在同一可视范围内的情况下，可通过对此项技术及系统的综合应用，实现电视直播的最终目的。以某晚会的现场电视直播事件为例，为最大限度地保障电视直播质量的有效实现，要求摄像工作人员提前将微波摄像机装置携带入晚会现场，并将其放置于晚会前台相对平坦的工作区域当中。在此基础之上，微波天线能够接收来自于摄像工作人员的所拍摄的晚会现场实际工况，并将相应的数据传输至下变频设备当中。与此同时，下变频设备能够通过与分集信号接收单元的有效联动，实现对这部分音频及视频信号的可靠性重建。在此基础之上，将经过重建处理之后的音频及视频信号按照便携式卫星站点卫星信号接收机房的方式加以传递。按照此种方式，可实现对整个晚会运行情况高效和及时地进行直播。
2.2 建立在摄像设备反向控制单元基础之上的电视直播应用方式分析
通过对摄像设备反向控制单元的有效应用，使得电视直播后方的音频及视频编辑工作人员能够轻易地实现对电视直播前方摄像设备操作人员的远程控制与远程调度。结合电视直播画面播出过程当中对于直播画面的清晰度、取景构图艺术度以及音频质量清晰度等多个方面的特殊性节目制作需求，引导电视直播前方的摄像设备操作人员能够更为系统与有效地展开各项工作。在这一过程当中，所涉及到的相关技术标准以及准则的掌控则完全交由电视直播后方机房内的相关技术工作者予以完成。从这一角度上来说，建立在摄像设备反向控制单元基础之上的整个电视直播节目制作表现出了极为突出的灵活性与机动性。与此同时，通过引入摄像设备反向控制单元的方式，能够实现电视直播后方与前方数据传输与通信的双向性。简单来说，演播室能够通过对控制面板的操作方式实现对电视直播实前方摄像机设备的远程性控制与操作。而与此同时，控制信息能够以无线数据发射机为基础，将其传送至摄像机设备当中，实现整个电视直播的反向性控制。具体而言，整个建立在摄像设备反向控制单元基础之上的数字微波通信系统应用结构示意图如图2所示：
2.3 数字微波通信技术综合信号中继系统的电视直播应用方式分析
信号中继单元与数字微波通信技术的综合使用能够实现对音频信号及视频信号传输距离的有效延长。整个建立在数字微波通信技术与信号中继系统基础之上的电视直播操作结构示意图如图3所示。从图上可以看出，电视直播前方摄像设备通过微波发射机，将视频及音频信号传送至分集式接收机设备当中。在此基础之上，将这部分信号传输至信号中继器内部。通过调制与解调的方式，输出以COFDM格式所表现的综合信号（此过程中所涉及到的信号的传输频率单位一般集中表现在1.95～2.7GHZ单位或者是3.0～5.0GHz单位范围之内）。在此种电视直播方式的作用之下，中继系统需要放置于较高且无明显遮挡物的区域内，防止中继系统的信号转发能力受到削减。在当前技术条件支持下，数字微波通信技术综合信号中继系统的电视直播应用方式主要适用于对传输距离相对较远的音频及视频现场报道当中，综合优势显著，值得特别重视。
3 结语
伴随着现代经济社会建设发展的持续开展与城市化建设规模的持续推进，社会大众持续增长的物质文化与精神文化需求同时对新时期的娱乐休闲行业发展提出了更为全面的要求。与此同时，在社会大众对于新闻时效性以及质量性要求不断提升的过程当中，电视新闻业务的制作水平只有不断发展与完善，才能够适应新闻的时效性特点，电视直播的重要性也由此得到了广泛且深入的突显。总而言之，本文针对有关数字微波通信技术在电视直播应用过程中所涉及到的相关问题做出了简要分析与说明，希望能够引起各方人员的特别关注与
重视。
参考文献
[1] 邹卫霞，冯璐，李斌，等.UWB对WiMAX系统的电磁干扰分析[J].深圳大学学报（理工版），2010，27（3）：306-311.
[2] 邹火儿，杨可忠.附加相位校正副面的多波束抛物环面天线的辐射方向图计算[A].全国卫星微波通信技术研讨会论文集[C].2002：206-213.
[3] 房华玲，王呈璋.新建高楼的微波环境及其对微波信道的阻挡作用[J].石油大学学报（自然科学版），2000，24（6）：84-85.
篇8
论文关键字：移动 通信 ip
论文摘要：移动 IP 为移动主机在移动过程中保持原来通信不间断提供了实现方法，隧道技术 是移动 IP 的关键技术之一。本文在深入学习移动 IP 的基础知识之后，给出了移动节点的一个具体的实现，具有一定实践意义。
1 移动通信中移动 IP原理分析
移动 IP 中的隧道技术有三种封装方式：IP 的 IP 封装（IP in IP Encapsulation），最小封装（Minimal Encapsulation）和通用路由封装（Generic Routing Encapsulation）。
在移动 IP 中，隧道的入口为移动节点的家乡，隧道的出口为移动节点的外地。家乡需要实现封装功能，封装后的数据包能到达外地，外地接到数据包后，进行解封装，然后将数据包路由给移动节点。数据包离开隧道入口后，在没有到达隧道出口前，可能出现路由环使它又回到了隧道入口处的情况，这样每次隧道都为它加封一个 IP 报头，而每个新的报头都有自己的生存时间域（TTL）值，这样就会出现数据包一直增大下去。为了防止这种递归封装，可采用如下机制：预封装的数据包的源地址就是隧道入口地址，此时假设递归封装出现；预封装的数据包的源地址与隧道入口处路由表指示的隧道出口地址相同，此时也假设递归封装出现。
同时，如果家乡要将移动节点家乡链路上的广播包送给移动节点，必须采用多重封装，这时，里面一层隧道是从家乡到移动节点的家乡地址，外面一层隧道是从家乡到移动节点的转交地址。因为，如果不采用多重封装的话，外地解封装后收到的是广播地址，它就不知道怎么办了。因此，这种现象应该作为防递归封装中的一种特殊情况处理。
在解封装中，主要是将新 IP 报头去掉，使原来 IP 数据报恢复出来，因此相对较为简单。移动 IP 中，移动节点的外地已经保存了移动节点的注册信息，它能够将解封装后得到的数据报路由给移动节点。这样，就完成了从一个节点向移动节点发送一次数据的全过程。
2 移动IP节点在移动过程中通信的实现
通常情况下，按照[RFC 2002]的标准，根据 IPv4 的移动 IP 方案规定，移动节点在外地链路上应该有一个外地位于隧道的出口，将从隧道发送过来的数据包转发给已经移动到该链路上的移动节点，但是随着 IPv6 即将成为事实上的下一代互联网的标准协议，地址空间问题已经彻底的解决，移动 IPv6 协议中取消了外地。在本文，为了简化问题的实现，我们规定，移动节点在外地链路上的转交地址全部都是配置转交地址，即不需要外地的转发，移动节点直接位于隧道的出口，接收数据包。
2.1 移动节点的工作方式
移动节点基本工作方式有 5 个方面：
搜索：搜索是移动节点能维持正常通信的前期工作，通过搜索移动节点首先确定自己的位置。
注册:移动节点确定自己在外地链路的时候，循环给家乡带理发送一个 UDP 包，通知它自己当前的 IP 地址，即外地链路取得的转交地址，直到收到服务器的应答消息。
注销：移动节点重新回到家乡链路的时候，循环给家乡带理发送一个 UDP 包，直到收到家乡的应答消息。
接收数据包：移动节点在家乡链路接收数据包和固定节点的工作机制完全一样。
发送数据包：如果移动节点确定自己在家乡链路上，它象固定节点一样，使用 TCP/IP 协议，不需要对数据包进行额外处理，直接发送；否则，移动节点会发现要发送的数据包的源地址是当前链路的转交地址，因此，它先将发送包源地址修改为家乡地址，然后再发送。
2.2 搜索
移动节点利用搜索过程主要完成三个功能，即判定自身当前是连在家乡链路上还是外地链路上；检测自身是否已经切换了链路；如果已经处于外地链路，则取得外地链路上的转交地址。 转贴于 搜索由两条简单的消息构成。
第一条消息是广播消息，家乡利用这个消息向移动节点宣布它们的功能。当一个节点在一条链路上被配置成家乡服务器的时候，它就在这条链路上广播或组播广播消息，这使得连到这条链路上的移动节点可以判定该链路上是否有存在。如果有，可以从广播消息中取得服务器的IP地址，并且判定的功能是什么。
第二条消息是请求消息，当移动节点没有耐心等待下一个周期发送的广播消息时，它可以发送请求消息。这个消息的唯一目的就是让链路上的所有立即发送一个广播消息。有些时候，移动节点快速地切换链路，而发送广播消息的频率相比而言就太慢了，这时请求消息就非常有用了。由于密钥管理上的困难，移动IP不要求对这两种消息进行确认。
2.3 注册、注销机制
移动IP的注册过程在搜索之后。此时，移动节点已经可以判断出自己的位置，是处于家乡链路还是处于外地链路。当移动节点发现它的网络接入点从一条链路切换到另一条链路上时，它就要进行注册。另外，由于这些注册也有一定的生存时间，所以有些时候，移动节点的位置并没有移动，它也要在现有注册过期时进行重新注册。
移动IP的注册过程是：通知家乡它在外地链路取得的转交地址;使一个要过期的注册重新生效;在回到家乡链路上时要进行注销操作。
2.4 传递数据包的选路
根据移动节点的当前位置进行数据包选路的技术，这是移动IP的最主要技术之一。我们必须考虑两种情况：移动节点连接在家乡链路上时和移动节点连接在外地链路上时。后一种情况还有两种情形：移动节点采用的是转交地址还是配置转交地址。由于IPv6已经成为下一代互联网事实上的标准协议，并且IPv6不存在地址空间问题，因此，在IPv6下，移动IP将没有外地。
当注册工作完成之后，移动节点无论漫游到Internet的任何地方，都会通过注册机制通知它的家乡它目前所取得的IP地址，使得家乡能够转发那些试图与它通信的网络节点给它发送的数据包，这里，我们不关心移动节点在外地链路是如何取得配置转交地址的，我们假定移动节点已经通过某种办法得到了一个外地链路上的配置转交地址，然后将这个地址通知给它的家乡。我们这里不考虑家乡如何将送往移动节点的数据包通过隧道路由给移动节点，这部分工作是另一位同学的毕业论文所涉及的内容，我们仅仅考虑移动节点需要做的处理。由于数据的通信是双向的，因此，处于外地链路上的移动节点涉及的工作就分为接收数据包和发送数据包两大部分。
3 总结
移动 IP 为移动主机在移动过程中保持原来通信不间断提供了实现方法，隧道技术是移动 IP 的关键技术之一。当通信节点向移动节点发送数据报时，必须使用到隧道技术。本文介绍了移动 IP 中隧道技术的基本原理，以及给出了一种在 Linux 系统下实现它的方法。对于实现途径，主要是在 Linux 内核中加入程序模块，用以完成隧道技术的功能。随着当今电子商务的蓬勃发展，人们对于新的通信业务的要求越来越高，这是互联网及 TCP/IP 协议成功发展的必然结果。从而诞生出下一代的互联网协议 IPv6，因此，随着移动用户和设备的飞速发展，基于 IPv6 的移动 IP 协议必然会迎来更广泛的发展前景。
参考文献
[1]裘晓峰.等译《移动 IP》机械工业出版社
李承恕. 第3代移动通信中的卫星移动通信[J]. 中兴新通讯， 1998， (06)
篇9
关键词 卫星TDMA；时隙检测；多普勒频移；解调
中图分类号G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）137-0140-02
0 引言
卫星TDMA通信系统中，转发器处于单载波工作状态，不存在FDMA方式的互调问题，卫星功率利用率可达90%以上，频带几乎可以全部利用，易于实现星上交换，信息速率高低适用，便于数字技术实现。因此卫星TDMA方式应用越来越广泛。本文设计了一种TDMA信号的接收解调方法，对此类信号的接收及解调技术具有一定的参考价值。
突发信号的数字相干解调需要载频同步快速。信号突发时隙具有导频信号的特征。利用导频信号可以完成载波的快速捕获同步。FFT达到的频率分辨率并不能满足数字载频同步环路所需要的精度，这样就需要做载频频率的精细测量，频域分析已经不能满足，可以在时域进行测量，对信号进行差分检测和一定时间内积分平均滤除噪声影响，可以获得较高的频率测量精度。
1 TDMA时隙信号检测
TDMA分帧帧头一般有用于载波恢复和码元同步的特殊码元。码元为全‘1’码型，或‘0’和‘1’循环码型。在频域表现为单频。所以通过检测单频来确认时隙信号的出现时刻，通过精确测量单频的频率值，可以估计载频频率值。低轨卫星通信系统的多普勒频移变化率不大于1kHz/s，可见在几毫秒内载频的多普勒频移约几个赫兹，可以忽略多普勒效应的影响。
估计出TDMA实现信号的载频频率和起始时刻后，将该信道的突发时隙数字下变频，附带频道号、起始时刻缓存后等待解调。
2 数字AGC
由于数字载波同步环路受信号幅度影响，解调器输入信号要求稳定在2dB以内。TDMA信号的突发特性和解调器的多信道接收解调体制，决定了AGC的方式只能是数字AGC模式，所以需要进行数字AGC控制，使环路工作在最佳状态。AGC的控制依据是信号搜索得到的信号幅度，数字解调前的信号幅度可以达到正负1db精度。
本设计的数字AGC实现框图如图1所示，信号检测模块，在检测信号突发时刻和载频频率的同时，可以得到信号电平，其精度可达到2db以内，将检测的信号电平与门限比较，得到误差信号，误差信号经过简单的查表，就可以得到数字增益，将缓存器中的数据完成数字增益控制，以待解调。
3 数字下变频
数字下变频如图2所示，与模拟中频通道的功能一样，主要有混频，滤波，AGC，采样率变换。关键部件是滤波器，通过合理的设计使滤波器和采样率变换相结合，保证滤波性能的前提下消耗最小的硬件资源。数字AGC可以弥补模拟AGC增益控制范围不够大的弊病，并能保证采样数据的精度，得到最佳的解调效果。
4 多普勒频移估计
由于多普勒频移较大，对频率的测量分为粗测和精测两步，粗测是在信号检测到后，取其单频部分做FFT，搜索FFT峰值确定信号频率，实现大频率偏移的校正，精测是用粗测得到的频率对信号做正交数字下变频及滤波抽取，然后重复利用单频部分数据，用LP算法进行频率精测。
信号采样速率表示为fs， fd表示多普勒频移的估计值，D为延迟的采样点数，N为参与平均处理的数据点数。LP算法频率估计的范围F由fs和D决定，估计精度由输入信号的信噪比（SNR）、D和N决定，估计误差与延时D和SNR成反比。
5 解调处理
解调TDMA信号时，载波已经由TDMA时隙检测模块精确估计给出。所以载波快速同步锁定。锁相环的捕获带大于最大多普勒频移和载波估计的误差，即可以满足要求。
5.1 载波恢复算法
数字解调器中的载波恢复算法主要分为非判决反馈载波恢复法和判决反馈载波恢复法。由于判决反馈的方法性能优于非判决反馈方法，所以本设计采用判决反馈方法来进行载波恢复。
解调器将中频信号经数字下变频转为基带信号后存在载波相位误差，实现解调需要消除这部分偏差。可证明其载波相位误差的鉴相特性曲线为正弦函数，相位误差经环路滤波器后进入数控振荡器，数控振荡器产生相位估计值对输入信号进行相位误差补偿。其中环路滤波采用二阶数字滤波器。
对于TDMA信号，要达到高性能的解调效果，须对载波频差、相差进行快速捕获跟踪，并且环路锁定后还要保持较小的稳态误差。为此，开始解调时，应设置较大的环路参数，待锁定后要减小环路参数。
5.2 判决时刻提取
TDMA信号具有起始同步字的特征。利用这个特征做码元的定时估计。其基本原理是码字相关，I、Q两路相关器的输出求模，峰值检测得到最佳判决时刻。
在本设计中，同步字是12个码元，采样倍数为12倍，所以相关匹配滤波器的阶数为144阶。其实现结构如图3所示。
确保成功检测实现信号的关键是特殊字相关，相关的结果完成定时误差的检测和校正的同时，I、Q相关器输出，在最佳判决时刻的相位，用来做数字载波同步环路的相位模糊校正，得到信号的数字解调结果。
6 结论
通过对卫星TDMA信号的分析，提出了应用TDMA信号时隙检测，多普勒频移测量，载波恢复和判决时刻提取等方法，实现对卫星TDMA信号的解调，并在基于FPGA信号处理平台上进行实现，完成了TDMA分帧信号的接收解调处理，系统具有高度的灵活性和可扩展性，对类似信号的处理有一定的参考价值。
参考文献
[1]罗利春.无线电侦察信号分析与处理[M].国防工业出版社，2003.
篇10
“通信原理”是通信和电子工程类的一门专业基础核心课程，也是后续“移动通信”、“卫星通信”等专业课的基础。该课程特点是涉及知识面广，公式和数学推导较多，很多概念和原理比较抽象，学生学习起来普遍比较吃力。而在教学过程中全方位引入实验模块，一方面可以变抽象为直观，增强学生学习兴趣，提高教学效果，另一方面也可以培养学生理论联系实际的能力。
本着循序渐进、灵活多样的原则，结合通信原理教学内容，我们设计了多层次的的实验体系。所谓多层次包括两方面含义，一是在实验类别上有层次之分，包括演示验证、模块构建、自主编程和硬件实现等多个层次；二是在具体实验内容的设置上也有由简到繁、由易到难的层次之分。
一、层次化实验体系的构建和实施
为便于实施，我们重点构建了基于计算机这个特殊的实验室完成的通信原理实验，其中的演示验证、模块构建和自主编程实验采用了mathworks公司的matlab/simulink软件，而硬件实现则是基于自主研发的dsp+fpga硬件平台展开，由学生在ccs和quartus环境下完成编程、下载和调试工作，同时我们也编制了配套的实验指导书。
1.基于matlab库函数的演示验证性实验
演示验证性实验属于最简单的一本文由收集整理类实验，利用matlab库函数及自行开发的一些函数包，根据实验指导书简单输入几条命令，便可直观得出结果。以基带传输码型及其频谱分析为例简述其过程：
b=binary（1000）； %产生随机二进制数据
x=wave_gen（b，’unipolar_nrz’）； %产生单极性不归零码
subplot（211），waveplot（x）； %显示时域波形
subplot（212），psd（x）； %显示功率谱密度
其中binary、wave_gen、waveplot和psd等均为自行开发的函数包，其余函数为matlab自带。学生只需输入上述4条命令，即可完成信号产生、波形成型、画时域和频域波形等功能，从而快速验证所学理论。此类实验开设简单，能覆盖通信原理所有核心内容，既可用于课下练习，也可用于课堂演示，主要目的在于加深对抽象理论的感性认识。由于此类实验无需关注具体实现细节，故学生的自主参与程度低。
2.simulink模块构建实验系统
simulink是matlab下的一个软件包，主要用来对动态系统进行建模、仿真和分析，其最大的特点是模块库丰富，且简单易学，只需使用鼠标拖放相关模块并将其连接即可。利用simulink结合通信模块库可以快速构建出实验系统模型，此类实验主要用于基本概念、基本原理的快速建模和仿真。例如在讲授低通抽样定理时，可以利用simulink模块建立如图1所示模型，形象展示抽样定理的内涵。其中原模拟信号由随机信号通过模拟低通滤波得出，其截止频率即为模拟信号的最高频率；采样脉冲由脉冲产生器产生；采样过程由乘法器完成；采样信号由另一个模拟低通滤波器以恢复原信号。通过修改采样脉冲序列的周期来模拟不同的采样速率，可以方便的观测原信号和抽样信号的时域频域波形，从而加深对低通抽样定理内涵的理解。对该模型稍加修改还可以演示平顶抽样以及带通抽样原理。
此类实验需在熟悉了相关理论及其实现框图后实施，在教师的引导下，学生可按要求自行设计，自主参与程度较高。
3.matlab自行编程构建基本模块
利用matlab现成的函数包或者simulink模块可以对“通信原理”课程中的理论部分进行快速演示和验证，但为了加深对重点内容的理解和灵活运用，还需要利用m文件自行编程来实现某些重要模块，这也对学生提出了相对较高的要求。表1列出了“通信原理”课程中的一些主要实验，其中每一个模块又分别从容易、较难、难三个层次给出了相关的具体实验内容，比如基带传输系统的仿真实验，随机二进制数据的产生以及基带码型的选取非常容易，观察时域和频域波形也不困难，难点是发送和接收滤波器的设计，如果发端采用的是理想矩形成形滤波，则收端的匹配滤波实现相对较容易；而如果采用的是更加实用的升余弦成形滤波，则收端的匹配滤波以及相关的处理就要复杂得多，实现的难度也更大；在基带传输系统性能仿真中看似简单但极易出错的一个模块就是加噪声，给定信噪比后，需要结合成形后的发送信号的平均功率，准确计算出噪声的方差后才能产生合适的噪声，否则得出的性能曲线就不会与理论曲线吻合；而基带系统仿真中的一些辅助观测模块，如星座图和眼图等，以及存在码间串扰时的均衡技术等实现的难度也有所不同，可以根据学生的实际情况分层次组织实验。
表1 通信原理主要实验分类表
容易 较难 难
码型及频谱分析 单/双极性不归零码/归零码（半占空）；差分码 任意占空比归零码；ami码 hdb3码编译码；基于fft的频谱分析
基带传输系统 信号产生；基带码型选取；时域频域波形的观测 矩形成形及匹配滤波；星座图模块 升余弦成形及匹配滤波；加噪、眼图、均衡等模块
转贴于
二进制数字调制 信号产生；2ask/2fsk/
2psk调制的实现；时频域波形观察 2ask/2fsk/2psk解调的实现 加噪声模块；匹配滤波；最佳接收模块
现代调制系统 qpsk调制解调及抗噪性能仿真 oqpsk调制解调及抗噪性能仿真 π/4 dqpsk/msk调制解调及抗噪性能仿真
信道编码 （7，4）汉明码的编译码 循环码的编译码 卷积码的编译码（viterbi）
此类实验对学生要求较高，在深刻理解相关概念和原理的基础上，还要进一步研究其实现细节，每一模块均由学生自行编程实现，自主参与程度高。
4.dsp+fpga的硬件平台实现
上述实验均是基于matlab/simulink的软件仿真实验，为了能从实践角度进一步验证所学理论，需对相关模块的硬件实现展开实验。为此，教学组开发了一款基于dsp/fpga加专用射频模块组成的通信系统教学实验平台，其硬件结构框图如图2所示。
其中ti公司的两块dsp芯片tms320c5416和tms320c6713分别用于发射和接收模块的基带处理，altera公司的fpga芯片ep2c8t144用于完成数字上下变频；专用射频模块的工作频率为225-512mhz。基于该平台，既可以单独实现hdb3编译码、汉明码编译码、基带成形滤波、同步等模块，也可以构建基于bpsk等调制方式的完整的通信系统，进而通过示波器、无线通信分析仪等设备观测眼图、星座图、时频域波形等。
完成基于硬件平台的通信原理实验，不仅需要学生具备系统的理论知识，也需要具备相关的dsp、fpga开发基础，此类实验一般需由多人组成团队协作完成，可在课程后期或课程结束之后的通信系统综合实验阶段实施，也可作为学生科技创新或毕业设计工作的一部分。
