卫星通信v2 第三章 电波传播与极化（2）

继续讲解！当信号的频率大于30GHz时，即使小雨，造成的损耗也不能忽视。在10GHz以下时，则必须考虑中雨以上的影响。对于暴雨，其衰减更为严重，但其分布范围很小， 实际暴雨区的有效途径也较短。

为了保证可靠通信， 在进行链路设计时，通常先以晴天为基础进行计算，然后留有一定的余量，以保证降雨、下雪等情况发生时仍然满足通信质量要求，这个余量叫降雨余量。对于暴雨的影响，通常要求地球站的发射功率要有一个增量。在暴雨天，卫星直播经常会中断就是这个原因。

如何产生极化的呢？

这些内容在电磁场那门课里面有涉及！

卫星通信中研究天线辐射远场区中的横电波（TEM），其极化方式指电场矢量末端轨迹曲线的形状。电场和磁场的变化是完全同步的，磁场幅度与电场幅度的变化成正比关系，因此只须考虑电场变化。卫星通信中主要使用线极化和圆极化。请同学们回顾一下线极化和圆极化的概念！估计都忘光了吧。

请同学们百度一下线极化和圆极化的差异！

极化有损耗。

好比传输有损耗！

垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会变小，发生极化损失。当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波，天线就完全接收不到来波的能量，称极化完全隔离。

本章的作业来了！！！若要求某GEO卫星系统地球站的极化角，需要知道哪些参数？仿真BPSK调制解调器程序。未完，待续！

专业知识分享

介绍Lora接收机！

LPWAN作为一个新兴的、刚起步的威廉希尔官方网站 ，其市场普遍被看好，各厂商争先研究LPWAN，参与标准制定，设备商用试点，市场呈现百家争鸣的态势。

LPWAN威廉希尔官方网站 从频谱角度上可分为授权频谱和非授权频谱两种。截至2019年，低功耗广域网络大部分部署在非授权频谱，即人们熟悉的ISM频段。

2013年8月，Semtech公司向业界发布了一种新型的基于1GHz以下频谱的超长距低功耗数据传输威廉希尔官方网站 （LoRa，Long Range）的芯片。Lo Ra主要面向物联网应用，其接收灵敏度可达-148dBm，与业界其他先进水平的Sub-GHz芯片相比，最高的接收灵敏度改善了20dB以上，确保了网络连接的可靠性。LoRa功耗极低，一节五号电池理论上可供终端设备工作10年以上。同时，Lora使用线性调频扩频调制威廉希尔官方网站 ，即可保持像频移键控（FSK）调制相同的低功耗特性，又明显增加了通信距离，提高了网络效率并消除了干扰（不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰），因此在此基础上研发的集中器/网关能够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展了系统容量。

Lora威廉希尔官方网站 经过Semtech、美国思科、IBM、荷兰KPN电信和韩国SK电信等组成的LoRa Alliance国际组织进行全球推广后，目前已成为新物联网应用和智慧城市发展的重要基础支撑威廉希尔官方网站 。在运营模式、抗干扰能力、完整的生态系统、组织推广力度上，LoRa比Sigfox更具有优势。

LoRa采用线性扩频调制威廉希尔官方网站 ，高达157dB的链路预算使其通信距离可达15km以上（与环境有关），空旷地方甚至更远。相比其他广域低功耗物联网威廉希尔官方网站 （如Sigfox），Lora终端节点在相同的发射功率下可与网关或集中器通信更长距离。LoRa采用自适应数据速率策略，最大网络优化每一个终端节点的通信数据速率、输出功率、带宽、扩频因子等，使其接收电流低达10mA，休眠电流小于200nA，低功耗从而使电池寿命有效延长。LoRa网络工作在非授权的频段，前期的基础建设和运营成本很低，终端模块成本约为5美元。LoRa WAN是联盟针对LoRa终端低功耗和网络设备兼容性定义的标准化规范，主要包含网络的通讯协议和系统架构。LoRa WAN的标准化保证了不同模块、终端、网关、服务器之间的互操作性，物联网方案提供商和电信运营商可以加速采用和部署。

LoRa网络架构由终端节点（内置LoRa模块）、网关（或集中器）、网络服务器和应用服务器四部分组成，各组成部分的详细介绍如下：

（1）终端节点（含传感器）：包括物理层、MAC层和应用层的实现，使用LoRa线性扩频调制威廉希尔官方网站 ，遵守LoRa WAN协议规范，实现点对点远距离传输。

（2）网关/集中器：完成空中接口物理层的处理。网关负责接收终端节点的上行链路数据，然后将数据聚集到一个各自单独的回程连接，解决多路数据并发问题，实现数据收集和转发。终端设备采用单跳与一个或多个网关通信，所有的节点均是双向通信。网关和网络服务器通过以太网回传或任何无线通信威廉希尔官方网站 （如2G、3G、4G）建立通信链路，使用标准的TCP/IP连接。

（3）网络服务器：负责进行MAC层处理，包括消除重复的数据包、自适应速率选择、网关管理和选择、进程确认、安全管理等。

（4）应用服务器：从网络服务器获取应用数据，管理数据负载的安全性，分析及利用传感器数据，进行应用状态展示、即时警告等。

Lora 终端有三种不同的工作模式。

Class A（双向终端设备）：A类终端设备提供双向通信，但不能进行主动的下行链路发送。每个终端节点的上行链路传输会跟随两次很短的下行链路接收窗口。传输时隙由终端设备调度，基于其自身的通讯需求并有一个基于随机时基的微小变化，因此A类终端最省电。

Class B（支持下行时隙调度的双向终端设备）：B类终端兼容A类终端，并且支持接收下行Beacon信号来保持和网络的同步，以便在下行调度的时间上进行信息监听，因此功耗会大于A类终端。

Class C（最大接收时隙的双向终端设备）：C类终端仅在发射数据的时刻停止下行接收窗口，适用于大量下行数据的应用。相比A类和B类终端，C类终端最耗电，但对于服务器到终端的业务，C类模式的时延最小。

修订记录

20190228 完成初稿；

20221226 修订内容v2；