高级通信原理第6章 无线通信系统的链路预算分析.详解
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第6章 无线通信系统 的链路预算分析
参见Proakis《数字通信》第4版5.5节
无线链路设计： 1、已知发射功率、天线增益和路径损耗，计算 接收信号功率，从而得到 PR/N0 2、根据“接收比特信噪比 b / N 0 ”要求，计算 最大的信息传输速率 R。
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、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： 1）设发射天线以功率 PT 在自由空间全向辐射，则与天线 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？ 3）接收天线获得的接收功率与天线截面积的关系？
天线增益为 GR
4AR
2
D
2
2、物理面积为 A 的喇叭天线: AR A ＝0.8A 天线增益为 GR
4AR
2
10 A
2
4 AR
注意: 由”互易性”得知, 发射天线和接收天线的增益均表示为
GR Gwk.baidu.com
2
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。 噪声功率谱密度表示为
2
全向天线 GT 1 ， 自由空间路径损耗 LS 4d
La 表示附加的损耗因子。
接收功率还可表示为
PR dB PT dB GT
dB
GR d B LS d B La d B
天线的有效面积和增益
1 2 1、直径为 D 的抛物面（碟形）天线： AR D 4 其中， 为效率因子，取值范围为 0.5－0.6。
227页，L 为正为负？
S
例题
—个微波通信的无线发射机的输出功率 PT 1W ,频率为 1GHz 。发射和接收天线都是 直径 D 2m 的抛物面天线，效率因子 0.5 。接收机和发射机相距 50km。
（1）计算天线的增益； GR
4AR
2
D 2 0.5 219.1 23.4dB 0.3
PT GT AR ， 2 4d 4） 自由空间路径损耗与 “距离 d 和频率 f” 之间的关系？ PR
接收信号功率可表示为
PR P T GT GR LS La
其中， P ， T GT 通常称为有效辐射功率（ERP 或 EIRP） 接收天线增益 GR
4AR
2
, AR 为天线有效面积，
（或 RdB 114.268dB ）
作业
Proakis《数字通信》第4版 5-47 5-50
N0 kBT0
23 其中， k B 为波尔兹曼常数(1.3810 W / K )，
T0 是 K 氏温度。
K氏温度＝摄氏温度＋273.15
总结
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 射天线的增益为 17 分贝，同时假设地球站使用一个 3m 的抛 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？ 例 5－5－3 假设接收机前端的噪声温度为 300K， 如果要求 b / N o 为 10 分贝，则最大可能的数据速率为多少？
2
2
（或＝23.4＋23.4－126.4＝－79.6dBW）
（4）设接收机前端的噪声温度为 300K，如要求 b / N o 为 10 分贝， 则最大的数据速率为多少？
N 0 k BT0 4.11021W / Hz PR / N0 2.6721012
b PR 11 R R 2 . 672 10 因为 ，所以 bit/s No N o req
2
2
（2）计算发送信号的有效辐射功率（EIRP） ；EIRP = P T GT =219.1W （3）计算接收天线输出的信号功率；
0.3 LS ＝2.282e-13= -126.4 分贝 4d 4 50000
13 8 ＝ W PR P G G L L P G G L 219 . 1 219 . 1 2 . 282 10 1 . 0955 10 T T R S a T T R S
参见Proakis《数字通信》第4版5.5节
无线链路设计： 1、已知发射功率、天线增益和路径损耗，计算 接收信号功率，从而得到 PR/N0 2、根据“接收比特信噪比 b / N 0 ”要求，计算 最大的信息传输速率 R。
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、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： 1）设发射天线以功率 PT 在自由空间全向辐射，则与天线 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？ 3）接收天线获得的接收功率与天线截面积的关系？
天线增益为 GR
4AR
2
D
2
2、物理面积为 A 的喇叭天线: AR A ＝0.8A 天线增益为 GR
4AR
2
10 A
2
4 AR
注意: 由”互易性”得知, 发射天线和接收天线的增益均表示为
GR Gwk.baidu.com
2
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。 噪声功率谱密度表示为
2
全向天线 GT 1 ， 自由空间路径损耗 LS 4d
La 表示附加的损耗因子。
接收功率还可表示为
PR dB PT dB GT
dB
GR d B LS d B La d B
天线的有效面积和增益
1 2 1、直径为 D 的抛物面（碟形）天线： AR D 4 其中， 为效率因子，取值范围为 0.5－0.6。
227页，L 为正为负？
S
例题
—个微波通信的无线发射机的输出功率 PT 1W ,频率为 1GHz 。发射和接收天线都是 直径 D 2m 的抛物面天线，效率因子 0.5 。接收机和发射机相距 50km。
（1）计算天线的增益； GR
4AR
2
D 2 0.5 219.1 23.4dB 0.3
PT GT AR ， 2 4d 4） 自由空间路径损耗与 “距离 d 和频率 f” 之间的关系？ PR
接收信号功率可表示为
PR P T GT GR LS La
其中， P ， T GT 通常称为有效辐射功率（ERP 或 EIRP） 接收天线增益 GR
4AR
2
, AR 为天线有效面积，
（或 RdB 114.268dB ）
作业
Proakis《数字通信》第4版 5-47 5-50
N0 kBT0
23 其中， k B 为波尔兹曼常数(1.3810 W / K )，
T0 是 K 氏温度。
K氏温度＝摄氏温度＋273.15
总结
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 射天线的增益为 17 分贝，同时假设地球站使用一个 3m 的抛 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？ 例 5－5－3 假设接收机前端的噪声温度为 300K， 如果要求 b / N o 为 10 分贝，则最大可能的数据速率为多少？
2
2
（或＝23.4＋23.4－126.4＝－79.6dBW）
（4）设接收机前端的噪声温度为 300K，如要求 b / N o 为 10 分贝， 则最大的数据速率为多少？
N 0 k BT0 4.11021W / Hz PR / N0 2.6721012
b PR 11 R R 2 . 672 10 因为 ，所以 bit/s No N o req
2
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（2）计算发送信号的有效辐射功率（EIRP） ；EIRP = P T GT =219.1W （3）计算接收天线输出的信号功率；
0.3 LS ＝2.282e-13= -126.4 分贝 4d 4 50000
13 8 ＝ W PR P G G L L P G G L 219 . 1 219 . 1 2 . 282 10 1 . 0955 10 T T R S a T T R S