移动通信作业.

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第二章,1,8.EDFA,的噪声指数为,6dB,，增益为,100(,倍,),，输入信号,S/N,为,30dB,，信号功率为,10W,。试计算,EDFA,的输出信号功率,(dBm),和,S/N(dB),。,解：噪声系数,Fn,是接收机或有源器件的输入信噪比,/,输出信噪比，噪声指数为其对数形式,Fn=10*log(,输入信噪比,/,输出信噪比,),，为,6dB,放大器增益：,输出信号功率,/,输入信号功率,=100,，即为,20dB,输入信号功率,：,10,W,即,-20dBm,输出信号功率：,-20dBm+20dB=0dBm,输入噪声功率,：,-20dBm-30dB=-50dBm,输入噪声对应的输出：,-50dBm+20dB=-30dBm,输出信噪比：,30dB-6dB=24dB,输出噪声功率：,0dBm-24dB=-24dBm,放大器引入噪声,：,10,-2.4,-10,-3.0,=0.00298mW=2.98,W,2,9.,考虑,13 00nm,光纤系统。光纤损耗为,0.5dB/km,，,LED,输出功率为,1.59mW,与光纤的耦合损耗,16dB,，连接与熔接损耗,6dB,，接收灵敏度,-30dBm,，系统老化预留,4dB,。问允许光纤传输距离多长,?,解,:,发射功率：,P,in,=10lg1.59(dBm)=2.014(dBm),设光纤传输距离,最长为,L,max,P,in,-0.5L,max,-16-6-4=-30,L,max,=(2.014-16-6-6+30)/0.5=12.028km,3,10.,若,1550nm,单模系统的光源输出功率为,3.2mW,，光源与光纤的耦合损耗为,3dB,，光纤传输损耗系数为,0.25dB/km,。线路全长,100km,；平均每,2kmm,有一个,(,熔接,),接头，每个损耗,0.1dB;,全线路有两个连接器，每个损耗,1dB,。可能采用的接收机有,APD,和,PIN-FET,两种，它们的灵敏度分别为,-40dBm,和,-32dBm,。试求采用不同接收机时的系统余量各为多少,?,解,:,发射功率：,P,in,=10lg3.2(dBm)=5.05(dBm),光纤的段数：,100km/2km=50,接头的数量：,50-1=49,个,接头损耗：,49,0.1=4.9dB,耦合损耗：,3dB,连接器损耗：,2dB,光纤损耗：,0.25dB/km,100km=25dB,总损耗,：,3dB+4.9dB+2dB+25dB=34.9dB,APD:,系统余量,=5.05dBm-34.9dB-,（,-40dBm,）,=,10.15dB,PIN:,系统余量,=5.05dBm-34.9dB-,（,-32dBm,）,=,2.15dB,4,11.,对于,1550nm,标准光纤的系统,若光源采用窄谱线的半导体激光器，而光纤的色散系数,D=15ps/(km,nm),。当信号传输速率分别为,1Gb/s,和,10Gb/s,时，试求允许的最大通信距离各为多少,?,解：,1Gb/s,10Gb/s,5,第三章,6,补充,1,：天线等效噪声温度,卫星接收天线的等效噪声温度,反映了,天线接收下来并传送给匹配负载的噪声功率的大小,。,天线内部损耗产生的噪声功率：,一般均折算到馈线损耗产生的噪声里去。,对于卫星接收天线来说，其内部损耗通常很小，并且卫星接收天线是直接与高频头连接在起的，因此在工程计算时，可以忽略馈线系统,(,包括了天线本身产生的噪声,),产生的噪声。,7,在忽略馈线系统的损耗以后，天线接收下来并传送给高频头的噪声功率与天线等效噪声温度的关系为,P=,kT,A,B,(W),式中，,k,1.38,l0,-23,(J,K),称为玻尔兹曼常数；,B,为接收系统的带宽，单位为,Hz,。,在微波波段内，地面的等效温度约为,300K,左右，地面水平方向上的等效温度在,100K,左右，而天顶方向上的等效温度约为,5K,左右。,8,接收天线截获各种辐射源产生的辐射，在天线处则表现为天线的等效噪声温度。在理论上，天线等效噪声温度的表达式为,式中，,和,代表着空间内不同的方向，,G,为天线在不同方向上的增益。,可见：天线的等效噪声温度与天线的方向图、天线的指向、工作波长及天线的具体工作环境有关。,9,定量分析天线等效噪声温度是一项十分复杂的工作，,在工程上通常采用实际测量的方法来确定天线的噪声温度。,天线接收下来的噪声可以分为两部分：,综合自然噪声。,包括了大气中氧气和水蒸汽产生的噪声，降雨引起的噪声、地面的辐射产生的噪声、雷电产生的噪声、宇宙噪声、太阳噪声等等，,天线的主瓣对应的就是这种综合自然噪声。,地面人工噪声。,主要包括汽车火花塞产生的噪声、电焊机产生的噪声、输电线和日光灯产生的放电现象引起的噪声等等，,天线的旁瓣对应的则是地面的人工噪声。,10,经过大量的实际测量发现，尽管影响天线噪声温度的因素很多，但其中,天线的仰角和工作波长两项因素对噪声温度影响为最大,。,图中曲线测试条件：,晴朗天气,11,对流层中的降雨现象对电波产生损耗，这种损耗也会产生噪声，降雨产生的噪声使得天线总的噪声温度提高。降雨或云层产生的噪声对天线等效噪声温度的贡献,Ts,为,Ts,Tm(1-10,-A/10,),式中,A,为降雨产生的损耗，单位为,dB;,Tm,为介质的等效 噪声温度，,雨：,Tm,260K,；云,Tm=280K,。,考虑到降雨或阴天以后，天线的噪声温度变为，,T,A,Tc,+ Ts (K),式中，,Tc,为晴天的天线噪声温度。,12,13,14,等效噪声温度和噪声系数,卫星通信系统中，通常采用,较精确的等效噪声温度,来估算系统噪声性能。,噪声系数,N,F,：,于是，,T,e,(N,F,1)T,0,T,0,为环境温度，一般为,290K,。,15,1,一颗卫星距离地面的高度为,1000km,，试计算卫星运行的轨道速度和周期,(,忽略其他天体的作用,),。,解：,Ps=1.65910,-4,(Re +h),3/2,Re=6378km h=1000km,运行周期,Ps=105.14 min,平均运行速度,2,(Re+h)/Ps=440.7km/min=7.345km/s=,16,2,月球是地球的卫星，它围绕地球运行的周期约为,28,天，试问月球距离地球有多远,?,解：,Ps=1.65910,-4,(Re +h),3/2,Ps=28*24*60=40320 min,Re=6378km,计得,Re+h=388947km,h=382569km,17,7,(1),解释什么是等效全向辐射功率；,(2),若,Ku,频段,(12GHz),直播卫星发射器馈送给天线的功率为,l0W,，要求的,EIRP,为,55dBW,。试求天线增益应为多少,?,天线直径,(,效率为,0.6),又为多少,?,解：,(1),等效全向辐射功率,EIRP,，定义为地球站或卫星的天线发送出的功率和该天线增益的乘积。,当不考虑馈线损耗时，,EIRP=,PtGt,；（,不是,dB,表示）,当考虑馈线损耗时，,EIRP=,PtGt,/Lt,；,Pt,为放大器的输出功率,L,为功放输出端与天线馈源之间的馈线损耗,Gt,为卫星天线的增益。,(2),EIRP=,PtGt,EIRP=,Pt+Gt,Pt=10lg(10)=10dBW EIRP=55dBW,Gt=55dBW-10dBW=45dB,18,(3),对于抛物面天线，天线效率,=,天线的有效面积,/,实际面积,天线有效面积,A:,=c/f=3e,8,/12e,9,=0.025m,，,G=45dB,即,G=31622.8,由公式可得,A=1.57m,2,实际面积,S=1.57/0.6=2.62m,2,=,D,2,/4,计算得直径,D=1.83m,19,8,(1),解释什么是天线噪声温度；,(2),两个放大器的增益均为,l0dB,，噪声温度也都为,200K,。两个放大器级联后，求其等效的噪声温度。,解,:,(1),天线噪声温度,(2),T,1,=200K A,1,=10dB,，即放大倍数,A,1,为,10,倍,T,2,=200K A,2,=10dB,，即放大倍数,A,2,为,10,倍,Te=T,1,+T,2,/A,1,=200+200/10=220K,20,9,(1),解释什么是载噪比；,(2),假设卫星链路的传播损耗为,200dB,，余量和其他损耗总计为,3dB,，地球站接收机的,G,T,值为,11dBK,，卫星,EIRP,值为,45dBW,。计算地球站接收到的,C,N,值。,(,假设带宽为,36MHz),解,;,(1),接收信号的载噪比,(,载波功率与噪声功率之比,)C/N,为,（,不是,dB,表示）,其中：,C,接收信号的载波功率,N,接收机输入端的噪声功率,G,R,接收天线增益,L,传播路径上的所有损耗，并包括接收机的馈线损耗,T-,接收系统的等效噪声温度，包括了从天线进入接收机的噪声的等效噪声温度,T,0,和接收机内部噪声折算至其输入端的等效噪声温度,Te,。,21,(2),kB=1.38*10,-23,*36*10,6,=4.968*10,-16,/K,对应,-153dBW/K,C/N=EIRP*(G/T)*1/(LkB),C/N(dB)=45dBW+11dBK-3dB-200dB-(-153dBW/K)=6dB,通常,C/N=6dB,为数字接收机门限，,C/N=8dB,为模拟接收机门限。,22,10,天线的噪声温度为,35K,，它与接收机连接的馈线损耗为,1dB,，而接收机的噪声系数为,1.8dB,。试计算：,(1),接收系统的噪声功率谱密度；,(2),接收机带宽为,36MHz,的噪声功率。,解：,（,1,）,L,F,=1dB,即,1.259 N,F,=1.8dB,即,1.514,以馈线与接收机的连接点作为参考点，计算等效噪声温度：,天线：,Ta= 35/L=27.8K,馈线等效噪声：,Tk=,（,L,F,-1,）*,290/L,F,=290*,（,1-1/L,F,）,=59.66K,接收机内部等效噪声温度：,Te=(N,F,-1)*290=149.06K,以馈线与接收机的连接点作为参考点的总噪声温度,T=27.8+59.66+149.06=236.52K,接收系统的噪声功率谱密度,n,0,=kT=1.38*10,-23,*236.52,即,-204.86dBW.s,（,2,）,接收机的噪声功率：,36MHz,即,75.56dBHz,kTB=-204.86+75.56= -129.3dBW,馈线环境温度假设,290K,23,12,LNA,增益为,40dB,，噪声温度,120K,。它与一个接收机相联，接收机的噪声系数为,l2dB,，计算,LNA,输入端的等效噪声温度,(,环境噪声温度,290K),。,解：,40dB,即,10000,，,12dB,即,15.85,接收机等效噪声温度,（,N,F,-1,）*,T,0,=,（,15.85-1,）*,290=4306.5K,LNA,输入端的等效噪声温度,Te=120+4306.5/10000=120.4K,24,14,对,Ndium,卫星系统用户链路进行预算,(,卫星轨道高度,785km),。,(1),用户下行链路,频率,1600MHz,；载波带宽,31.5kHz,；发射天线增益,23.1dBi,；,EIRP,载波为,24.5dBW,；衰落余量,-15.7dB,；接收天线增益,1dBi,；噪声温度,24dBK,；转发器带宽,45dBHz,。试计算下列参数：,自由空间损耗，,dB,接收载波功率，,dBw,噪声功率，,dBW,C,N(,热噪声,),，,dB,(2),用户上行链路,频率,1600MHz,；载波带宽,50kHz,；发射天线增益,1dBi; EIRP,为,5,9dBw,；衰落余量,-15,7dB,；接收天线增益,22,6dBi;,噪声温度,27dBK,；转发器带宽,47dBHz,。试计算下列参数：,自由空间损耗，,dB,接收载波功率，,dBW,噪声功率，,dBW,C,N(,热噪声,),，,dB,25,解：,噪声温度,dBK 10log(T);,转发器带宽,dBHz 10log(B),k=1.38*10,-23,W.s,/K 10log(k)=-228.6,dBW.s,/K,(1),用户下行链路：卫星到地球站,载波带宽,31.5KHz,，,转发器带宽,45dBHz,，,即,31.623KHz,可见转发器转发一路载波,f=1.6GHz d=785km,自由空间损耗,:Lfs=92.44+20lg(d)+20lg(f)=154.42dB,接收载波功率,:Pr=,EIRP-,Lfs,-L,衰落,+,Gr-Lr,=,24.5dBW-154.42dB-15.7dB+1dB=-144.62dBW,噪声功率,:,N,0,=kTB=-228.6+24+45=-159.6dBW,载噪比：,C,N(,热噪声,)=-144.62dBW-(-159.6dBW)=14.98dB,26,(2),用户上行链路,:,地球站,卫星转发器,载波带宽,50kHz,， 转发器带宽,47dBHz,，即,50.119kHz,卫星转发器接收一路载波信号,f=1.6Ghz d=785km,自由空间损耗：,Lfs=92.44+20lg(d)+20lg(f) =154.42dB,接收载波功率,:,Pr=,EIRP-,L,fs,-L,衰落,+,Gr-Lr,=5.9dBW-154.42dB-15.7dB+22.6dB=-141.62dBW,噪声功率：,N,0,=kTB=-228.6+27+47=-154.6dBW,载噪比：,C,N(,热噪声,)=-141.62dBW-(-154.6dBW)=12.98dB,27,16,假设地球站,G,T,15dB,K,，接收来自,40000km,处的卫星,12GHz,的信号。卫星发射功率为,50W,，天线增益为,30dBi,。试计算地面接收机的载波噪声比。,(,接收机带宽,36MHz),解：,50W=17dBW f=12GHz d=40000km,kB=1.38*10,-23,*36*10,6,=4.968*10,-16,对应,-153dBW/K,自由空间损耗,L,fs,=92.44+20lg(d)+20lg(f) =206.02dB,C/N=EIRP*(G/T)*1/(LkB),C/N(dB)=17dBW+30dB+15dB-206.02dB-(-153)=8.98dB,28,19,假定低轨卫星轨道高度为,895km,，而静止轨道卫星的高度为它的,40,倍。试问两者的链路传播损耗相差多少分贝,?,在两种卫星以,l0,仰角覆盖地面时，星下视角分别为,16.5,和,59,，如果两种卫星都以单波束覆盖其覆盖区。试问，为了使地面终端接收到同样大小的信号功率，静止卫星的发射功率应比低轨卫星功率大多少分贝,?,解：,h,1,=895km h,2,=40*h,1,=35800km,Lfs,92.44+20lgh+20lgf,L,fs1,-L,fs2,=-20lg(40)=-32.04dB,此为衰减估算。,（,10,仰角查表,35868km,）,d=35868, h=35800,29,LEO:,h=895km, Re=6378km;,(Re+h,1,)/sin(90+10)=Re/sin(,1,),1,=59.7,GEO:,Re=6378km H=35800km,(Re+h,2,)/sin(90+10)=Re/sin(,1,),1,=8.83, 2,1,=17.66,实际：,GEO,最大视角,17.04,题目条件：,星下视角分别为,16.5,和,59,，,从角度几何关系看出，即,LEO 59,，,GEO,16.5,对应立体角（弧度）,J,LEO,1-cos,（,59/2,）,J,GEO,-cos(16.5/2),立体角对应于天线增益，角越大，天线增益越低，题中没有说明天线增益，这里假设天线增益比,G,LEO,：,G,GEO,=J,GEO,：,J,LEO,=(1-cos16.5/2)/(1-cos(59/2),即,-11.13dB,30,接收天线增益没提，认为相等,P,t1,G,t1,/(L,1,)=P,t2,G,t2,/(L,2,),P,t2,/P,t1,=L,2,/L,1,*G,T1,/G,t2,=32.04-11.13=20.9dB,31,