Скляр Б. Цифровая связь (2003) (1151859), страница 65
Текст из файла (страница 65)
На рис. 5.11 выделяются заштрихованные полоски на восточных и западных границах поля зрения каждого спутника. Как вы думаете, почему канал недоступен в данных областях? На краях земной поверхности, видимой со спутника, расстояние между спутником и наземной станцией больше расстояния между точкой, , з гннин д. Анализ канала связи находящейся непосредственно под спутником, и спутником.
Ухудшение качества происходит вследствие сочетания трех элементов: (1) большее расстояние распространения приводит к уменьшению спектральной плотности мощности на принимающей антенне; (2) в местах, расположенных на границе охвата, усиление, получаемое с помощью спутниковой антенны, снижается, если антенна специально не спроектирована для равномерного охвата всего поля зрения (обычная схема — это -3 дБ на крайних лучах по сравнению с пиковой амплитудой в центре луча); и (3) при распространении к точкам на границе охвата сигналу приходится пройти больший путь через атмосферы (это объясняется наклонным путем и кривизной земной поверхности). Последнее является самым важным для сигналов на частотах, наиболее поглощаемых атмосферой. Почему подобные заштрихованные области отсутствуют около северного и южного полюсов на рис. 5.11? Снегопад не имеет (на распространение сигнала) такого же отрицательного эффекта, как ливень; данный феномен называется эффект заыорахсивания.
й 1ОО 90 е с ао 70 Доступ несть 0,95 зе 60 0,97 0,96 О',99 и 4О и о. Ж зо о Три равномерно размещенных гесстационариых спутника, 1 = 44 Пц зй 1О ш 0 6 7 6 9 1О 11 12 13 14 15 16!7 1В Резерв (дв) Рис. 5. 10. Зависимость охвата земной поверхности от энергетического запаса линии связи при различных значениях доступности канала. 1Перепечатано с разрешения Егпсо1п 146огашгу из Е. М Зс)гыаь, "))гогЫ-йиуе Е)п)г Авала(я1)гу 1ог Своз)от)опалу апй Отггса!1у 1пс)гпед Отде 1пс)ид)пл Иа)п Е3есгз", Е1псо)п 14Ьогагогу, Кср. ОСА-9, уап., 27, 1981, Е)8. 14, р.
58) На рис. 5. 1 2 показаны части земной поверхности, которые 99% времени могут (и не могут) закрывать канал 44 ГГц с запасом 10 дБ. Отметим, что, по сравнению с запасом 14 дБ, затененные области стали значительно больше; теперь восточный берег Соединенных Штатов, Средиземноморье и большая часть Японии 99% времени не могут закрывать канал.
На рис. 5.13 подобные рабочие характеристики канала показаны для энергетического запаса 6 дБ. Если на рис. 5.11 можно определить регионы наибольшей дождливости, то на рис. 5.13 видны наиболее засушливые регионы Земли. Видим, что подобными областями являются юго-западные части Соединенных штатов, большая часть Австралии, побережья Перу и Чили, а также пустыня Сахара в Африке. 293 5.4. Анализ бюджета канала связи -Е$$1$$-13$-Е3$ 1$$ $$3$ $$4$ -3$ -1$ $1$3$4$ $$7$ $$ «««ОЗ «~ «««Ф «««ЮУ й ОМм~«««««« ~ 9 ~У .««««~ ю, Феенв 14вв" Р$$ннеееееенв«сревневвава Иввй Ьеввй«таз Х.
М Жевв$ Иевы4Иа«. $$«$«$«ейЫЬ1$р беееевввее«ав1 СВЬФ5«'$вй«еУ йене $ван$$$Ма~в 4$е«в, Ыве«$$ Ейеве«ву, $ею. 0СА-9. 1вв„Ф 1Я!, 6$17, р. 421 «««'Э!«Ю ' ««««Е«М й$ ' «««Е«Е««В««ее Д~««Е ЕВ'В$ВВ1$навн$$3вн«ренван$$$~1$$$$М$4$вн$$«й3«$$ввеввее~ж4Щф» 'Ей$$$$$„'$$не$ ае$$$ „в. авраанв1$4~$1йраввавьеевервеМ ~мвИ~М$Щ4~щь~в$$, у щ $ й„: ~~-„.у: «$„.йы~й,- "„вев, в а«3«ав$$3$$ней Мюе$ааФ Мее 3$$ай$ ЬЬ 4Ввеен«йевеЬЪМевее$', Вчь |ХМ. Ав«, 27, 1$$1, щ 1$ й ец В$ВЭМФею<ВФю~юФЮ дмпФМФФФМФМЮ ВМИЧмк~манвеуэрюююеаанхдююащиоеуее: абевааеру 44ХЛЬ ЭЮЮМЮЮРЧВФМазваФееМ вю раущ ФИВ ЩмвеМеааю с 1вщавюаи ХАМ ЬФала~у аз М.
М ЗУваК "ЙЬИ4Ий Айй Аюйййу~Ьг Сеюю~еВаьу юЫ МЫЛ ЖМЬФ 4ИВ йсйай~ ив Щев", ИнапЫлЬопааюу, йер. 3ЖА-У, Ли., 2У, ВМ, Рф. Р, у. 42~ РМ У~4 аь' ФМФ~~.„'~ "ц ~~~Щ,~„'„:,:~щ;::~>",~ ~ Ю®~Ф4меФа~~юэеМиМЙМ4мф~вЩМеМ~м~муевцеа~у,~щщ "а™азу ~ ." й ИФ4ФМММ~. ~.кй м.вью И4ЫММАым„мм„Ы, "~ ~"~~"~"~~ ~ ~ ~® ~ Ю ~;~п 4 ~ ~ а х, ь|, Ьсж лю., д ни, ®. а,„,ау 5.5. Коэффициент шума, шумовав температура системы 5.5.1. Коэффициент шума Коэффициент шума р (или шум-фактор) (попе 6йоте) связывает значение параметра Яч(К на входе сети со значением на выходе.
Таким образом шум-фактор измеряет ухудшение ЗХК, вызванное прохождением через сеть. Пример сказанного приведен на рис. 5.14. На рис. 5.14, а показано значение параметра З)ч)К на входе усилителя (обозначено как (ЗХК) ) в зависимости от частоты. Максимальное значение на 40дБ превышает минимальный уровень шума. На рис. 5.14, б значение параметра ЗХК показано на выходе усилителя (обозначено как (5)ЧК).и). За счет усиления на усилителе мощность сигнала возросла на 20 дБ, но при этом усилитель добавил к сигналу собственный шум. Максимальное значение сигнала на выходе всего на 30 дБ превышает минимальный уровень шума Получаем, что ухудшение ЗХК на пути от входа до выхода составляет 10 дБ; зто равносильно утверждению, что коэффициент шума усилителя равен 10 дБ.
Коэффициент шума — это параметр, выражающий шумовые свойства двухпортовой сети или некоторого устройства, такого как усилител(ч относительно эталонного источника шума в входном порту. Записать шум-фактор можно следующим образом: (5)чк)!п (5)ч)К) Сб, ГС(Л ! + )т(ы) (5.25) где 5, — мощность сигнала во входном порту усилителя Ф, — мощность шума во входном порту усилителя )у„! — шум усилителя относительно входного порта С вЂ” коэффициент усиления усилителя 2,65 2,7 Частота (ГГц) 2,65 2,7 Частота (ГГц) е) 5) Рис.
5Л4. Уровни аумо и сигнала усилители как фуиккил частоты: а) втод угилителиг 6) выход усилителя иллюстрация Уравнения (5.25) приведена на рис. 5.15. На рис. 5.15, а представлен реализуемый усилитель с коэффициентом усиления С = 100 и мощностью внутреннего шума ))(, = 10 мкВт. Мощность источника шума, внешнего по отношению к усилителю, равна )т(! = 1 мкйт. На рис. 5.15, б усилитель предполагается идеальным, и мы при- В И Кпчнтвтьи ~мчит п а и око та папот по ы "тапи 297 Максимвлынт значение Й (эни) =40дв Я -40 о и -50 и „"-5О Й -7О и * -во о -во о и-МО Я х -)20 3 2,5 лп Максимальное значение ко а (эни),=эодв Я -40 к -50 к ф -60 о К -70 Й -во ия -во х о ы-!оО и-тто й -(20 г,в о.
л писали шумовые свойства реального усилителя, изображенного на рис. 5.15, а, внешнему источнику йм, последовательно соединенному с исходным источником )Ук Значение Мм получается путем уменьшения !у. на величину, равную коэффициенту усиления усилителя. Как показано на рис. 5.15, б, уравнение (5.25) соотносит все шумы с входом усилителя, независимо от того, где в действительности присутствует шум — на входе устройства или вне его. Как видно из рис. 5.15, мощность шума на выходе реального усилителя идентична тому, что дает эквивалентная модель.
ш!= ОЫ+ мк !!емка! и! ! мквт та = ! мкат ни = о, ! мквт ,=а!Ы+и 1 !томкаг б! Рис. 5.15. Пример шраитввии шума в усилителях После упрощения уравнения (5.25) получаем следующее: (5.26) !Чв = кТе' = 1,38 х 10 зз х 290 = 4,00 х 10 !' ВтП'ц Из полученного уравнения видим, что коэффициент шума выражает шумовые свойства сети относительно входного источника шума; коэффициент шума — это не абсолютная мера шума. Идеальный усилитель или идеальная сеть, не вносящие шума ()ч„м 0), имеют шум-фактор, равный единице (О дБ). Для практического использования понятия шум-4)акишр мы должны научиться делать объективные сравнения устройства на основе уравнения (5.26). Следовательно, в качестве зииыоомого мы должны выбрать значение !Ук Шум-фактор любого устройства будет представвпь меру того, насколько более шумным (по сравнению с эталонным) является рассматриваемое устройство.
В 1944 году Фрине (Рпв) [9] предложил, чтобы шум-фактор определялся лля источника шума при эталонной температуре Т; = 290 К. Впоследствии это предложение было принято 1ЕЕЕ как часть стандартного определения шум-фактора (10]. Из уравнения (5.17) видим, что для задания максимальной доступной спектральной плотности мощности шума из любого источника достаточно задать температуру этого источника. Значение 290 К было выбршо в качестве эталонного, поскольку именно оно является разумной приближенной оценкой температуры источника большинс!ва каналов связи.
Кроме того, если выбрать Т; = 290 К„то вычисление спектральной плотности шума тУв при этой температуре дает эстетически красивое значение; или (в децибелах) Уо = -204 лБВт/Гц. 5.5.2. Шумоваи температура Преобразовав уравнение (5.26), можем записать следующее: Мс с (г" — 1)М„ (5.27) Из уравнения (5.16) можем подставить Ф, = кто')У и Фс= ктв')т', где Т; — эталонная температура источника, а Тв' — эффективная шумовал темнература приемника (или сети).
Затем можем записать следующее: ктв'уг=(р-1)кто Гу т„с(Р- 1) т,о. Температура Т; выбрана равной 290 К, поэтому получаем следующее: 5.28) Та' = (г — 1) 290 К. В уравнении (5.26) понятие коэффициента шума использовано лля описания шумовых характеристик усилителя. Уравнение (5.28) — это альтернативная (и при этом эквивалентная) характеристика, именуемая эффективной шумовой темнературой. Напомним, что шум-фактор — это измерение относительно эталона. Шумовая температура такого ограничения не имеет.
Характеристики источников шума (в контексте уравнения (5.17)) можно описывать как через доступную спектральную мощность шума, так и эффективную шумовую температуру. Уравнение (5.28) показывает, что шумовые свойства усилителя можно смоделировать с помощью введения дополнительного источника шума, подобного изображенному на рис. 5.15, б, работающего при некоторой эффективной температуре, обозначенной Тв'.
Для чисто резистивного оконечного устройства Т„' всегда превышает температуру окружающей среды (разумеется, если устройство не охлаждается специально). Важно заметить, что в реактивных оконечных устройствах, таких как неохлаждаемые параметрические усилители или другие малошумяшие устройства, Тв' может быть значительно меньше 290 К, даже если температура окружающей среды выше этой величины [11]. Чтобы записать выход усилителя как функцию его эффективной температуры, мы можем использовать уравнения (5.16), (5.25) и (5.28): (5.29,а) (5.29,6) )ч,с = бФ, + Сан с с акт;)У+ Охта'% = Ск(тв' + Тн'РМ = (5.29,в) = акта'УУ+ (г - 1)акта')К где Т; — температура источника, а Т; равна 290 К. с с и л-с Теперь, когда мы определили шум-фактор Р относительно источника шума с температурой 290 К„важно отмеппь, что соотношения (5.25) и (5.26) справедливы строго, только если М, — это источник шума с температурой 290 К.
При других И, нужно переименовать коэффициент Р в уравнениях (5.25) и (5.26) и использовать термин эксплуатационный коэффициент шума Рм. Связь Р и Р показана ниже, в уравнении (5.48). 5.6.3. Потери в линии связи Отличия между сетями усилителей и сетями с потерями в линии можно рассматривать в контексте механизмов потерь и «гумов, описанных ранее.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
