第6章 无线通信系统的链路预算分析

北邮通信原理-针对考研,针对学习

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

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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

s(t ) ,则接收信号为 r (t ) = αs(t ) + n(t ) , 0 < α ≤ 12 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。

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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 =

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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 =

4πAR

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

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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 =

4πAR

λ

2

=

10 A

λ2

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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。

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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 。 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

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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？

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作业5-47 5-50