第6章 无线通信系统的链路预算分析

作业
5-47 5-50
5.5 无线通信系统 的链路预算分析
参见＜数字通信＞第4版5.5节 或第5版4.10节
信道中，通信系统的性能可以错误概率来度量， 在 AWGN 信道中，通信系统的性能可以错误概率来度量，决 定于接收的比特信噪比 ε b / N 0 。可见 AWGN 限制了通信系统的 性能。 性能。 影响通信系统性能的另一个因素是信道衰减。 影响通信系统性能的另一个因素是信道衰减。 如果发送信号为
4πAR
λ
2
=
10 A
λ2
加性噪声的功率谱密度
为了完成链路预算，必须考虑接收机前端的加性噪声。 为了完成链路预算，必须考虑接收机前端的加性噪声。 噪声功率谱密度表示为
N 0 = k BT0
其中， 为波尔兹曼常数( 其中， k B 为波尔兹曼常数 1.38 × 10
−23
W / K )， ，
T0 是 K 氏温度。 氏温度。
4πAR
Baidu Nhomakorabea
4πAR
λ2
λ
2
, AR 为天线有效面积。 为天线有效面积。
2
λ 自由空间路径损耗 LS = 4πd
La 表示附加的损耗因子。 表示附加的损耗因子。
接收功率还可表示为 接收功率还可表示为
(PR )dB = (PT )dB + (GT )
dB
+ (GR ) dB + (LS ) dB + (La ) dB
εb Tb PR 1 PR PR 因为 = = ，所以 = R N No No R No No o req
εb
PR εb 就能求出最大的数据速率。 可见， 和所要求的 ，就能求出最大的数据速率 。 可见，如果已知 No No
例 5－5－2 － － 假设在地球同步轨迹上有一颗卫星辐射功率为 100W，发 ， 分贝， 射天线的增益为 17 分贝，同时假设地球站使用一个 3m 的抛 频率， 物面天线且下行链路工作在 4GHz 频率，效率因子为 0.5，则 ， 接收信号的功率为多少？ 接收信号的功率为多少？ 例 5－5－3 － － 假设接收机前端的噪声温度为 300K， ， 如果要求 ε b / N o 为 10 分贝，则最大可能的数据速率为多少？ 分贝，则最大可能的数据速率为多少？
s(t ) ，则接收信号为 r (t ) = αs(t ) + n(t ) ， 0 < α ≤ 1
2 如果发送信号的能量为 ε b ，则接收信号的能量为 α ε b ，因此
接收比特信噪比为 α 2 ε b / N 0 。 接收比特信噪比为 可见， 可见， 信道衰减的影响是减少了接 收信号的能量，从而使得通信系统更容易受到加性噪声的影响。 收信号的能量，从而使得通信系统更容易受到加性噪声的影响。
天线有效面积
1 2 1、直径为 D 的抛物面（碟形）天线： AR = πD η 的抛物面（碟形）天线： 、 4 其中，η 为效率因子，取值范围为 0.5－ 0.6。 其中， 为效率因子 ， － 。
所以天线增益为 GR =
4πAR
λ2
πD = η λ
2
2、物理面积为 A 的喇叭天线: AR = ηA ＝ 0.8A 、 的喇叭天线 所以天线增益为 GR =
总 结
因为接收信号
PR = PT GT GR LS La
所以可表示为
(PR )dB = (PT )dB + (GT )dB + (GR )dB + (LS )dB + (La )dB
在数字通信系统中，为了保持差错率， 比特信噪比必须低于给定的 在数字通信系统中，为了保持差错率，
ε b / No 。
无线通信系统中链路预算分析
在具有视距传播特点的微波和卫星通信的无线通信系统 的设计中，必须详细规定发送和接收天线的尺寸、 的设计中，必须详细规定发送和接收天线的尺寸、发送功率 以及在某个期望的速率上达到给定等级性能所要求的 SNR。 。 试回答： 试回答： 1）设发射天线以功率 PT 在自由空间全向辐射，则与天线 ） 在自由空间全向辐射， 处的功率密度为多少（ 相距 d 处的功率密度为多少（ W/m2） ? 2）如果发射天线为定向天线呢？ ）如果发射天线为定向天线呢？ 3）接收天线获得的接收功率与天线截面积的关系？ ）接收天线获得的接收功率与天线截面积的关系 ？
PT GT AR ， 2 4πd 4）自由空间路径损耗与“距离 d 和频率 f” ）自由空间路径损耗与“ 之间的关系？ ” 之间的关系？ PR =
接收信号功率可表示为 接收信号功率可表示为
PR = PT GT GR LS La
其中， T 通常称为有效辐射功率（ 其中， P GT 通常称为有效辐射功率（ ERP 或 EIRP） ） ， 全向天线 GT = 1 ，定向天线 GT = 接收天线增益 GR =