ĐIỆN tử VIỄN THÔNG appendix DRT NVD 8 khotailieu

Phụ lục Phụ lục 8A MINH HỌA TÍNH TỐN TẠP ÂM VÀ TỶ SỐ TÍN HIỆU TRÊN TẠP ÂM Bài tốn 1: Tính tốn tạp âm tỷ số tín hiệu tạp âm cho trường hợp tầng đầu máy thu khuyếch đại thông thường LNA Các sơ đồ cho tốn cho hình 8A.1, hình 8.1a sử dụng tầng đầu máy thu khuyếch đại thơng thường, hình 8.1b sử dụng LNA cho tầng đầu Hình 8A.1 Cải thiện máy thu cách sử dụng LNA cho tầng đầu a) Tính tốn cho sơ đồ 8A.1a Trong sơ đồ tầng đầu có hệ số tạp âm 10 dB, hệ số khuyếch đại 80 dB độ rộng băng tần ∆f=6MHz Công suất thu Pr = 10-11W Coi tổn hao phi không nhiệt độ tạp âm anten 150K Trước hết ta chuyển giá trị dB vào tỷ số: NF=1010/10=10 A=1080/10=108 Theo phương trình (8.12) ta tính nhiệt độ tạp âm khuyếch đại TR, nhiệt độ tạp âm hệ thống TS sau: TR = ( NF − 1) 290K = 2610K TS = TA + TR = 150K + 2610K = 2760K Sử dụng phương trình (8.7), cơng suất tạp âm đầu tính sau: N out = AkTA ∆f + AkTR ∆f = AkTz ∆f =108 ×1,38 × 10−23 × ì106 (150K + 2610K ) 1,2àW 21,6àW = đóng góp nguồn + đóng góp tầng đầu = 22,8µW Tỷ số tín hiệu tạp âm đầu vào đầu tầng đầu máy thu tính sau PRx 10−11 ( SNR) in = = = 806,5 (29,1dB) kTA ∆f 1, 24 ×10−14 -374- Phụ lục (SNR) out = Pout 108 × 10 −11 = = 43,9 (16,4dB ) N out 22,8 × 10 − Trong trường hợp toán này, ta thấy tạp âm khuyếch đại lớn nhiều so với tạp âm nguồn Đây nguyên nhân gây đến giảm tỷ số SNR b) Tính tốn cho sơ đồ 8A.1b Sơ đồ 8A.1b sử dụng LNA cho tầng đầu có hệ số khuyếch đại 13dB, hệ số tạp âm 3dB kết hợp với khuyếch đại thông thường xét sơ đồ 8A.1a Độ rộng băng tần ∆f = 6MHz trường hợp 8A.1a Trước hết ta chuyển tất tham số từ dB vào số lần NF1=103/10=2 NF2=1080/10=108 A1=1013/10=20 A2=1080/10=108 Từ phương trình (8.12), (8.13), (8.14) ta tính nhiệt độ tạp âm LNA (TR1), nhiệt độ tạp âm khuyếch đại thứ hai (TR2), nhiệt độ tạp âm tổng (Ttol) hệ số tạp âm tổng sau: TR1 = ( NF1 − 1) 290K = 290K TR = ( NF2 − 1) 290K = 2610K Ttol = TR1 + Ts = TA + Ttol = 150K + 420, 5K = 570,5K NFtol = NF1 + TR 2610K = 290K + = 420,5K A1 20 NF2 − = 2+ = 2, ( 4dB ) A1 20 Sử dụng phương trình (8.7), cơng suất tạp âm đầu tính sau N out = AkTA ∆f + AkTtol ∆f = AkTs ∆f = 20 ×108 ×1, 38 × 10−23 × ì106 (150K + 420, 5K ) 24,8àW 69,6àW = ®ãng gãp cđa ngn + ®ãng gãp cđa tÇng ®Çu = 94, 4µW Tỷ số tín hiệu tạp âm đầu máy thu trường hợp tính sau: Pout 10 −11 × 20 × 108 (SNR) out = = = 212,0 (23,3 dB ) N out 94,4 × 10 − Kết nhận cho thấy bổ sung thêm LNA làm tiền khuyếch đại, tạp âm đầu tăng (từ 22,8 µW sơ đồ 8.3a) đến 99,4 µW Mặc dù cơng suất tạp âm tăng, nhiệt độ tạp âm hệ thống giảm dẫn đến SNR cải thiện 6,9 dB (từ 16,4 sơ đồ 8.3a trở thành 23,3 dB) -375- Phụ lục Bài tốn 2: Cho sơ đồ phía thu hình 8A.2 Tìm cơng thức để tính Ttol SNRout Hình 8A.2 Sơ đồ cho tốn Từ phương trình (8.12), ta tính T cho phần tử sau: Ta1=(NF1-1)290K Ta1=(NF2-1)290K Ta3=(NF3-1)290K TLpd=(Lph-1)290K TL1=(L1-1)290K TL2=(L2-1)290K Từ phương trình (8.14), ta tìm Ttot Ttol = TA + TLpd + L pd Ta1 + L pd L1Ta A1 + L pd L1L Ta3 A1A Công suất tạp âm quy đổi đầu vào tính theo (8.7) sau: N=kTtol∆f Tỷ số tín hiệu tạp âm đầu xác định tỷ số tín hiệu đầu vào với tạp âm đầu quy đổi đầu vào sau: SNRout=PRx/N -376- Phụ lục Phụ lục 8B MINH HỌA TÍNH TỐN QUỸ ĐƯỜNG TRUYỀN Minh họa tính tốn quỹ đường truyền cho vô tuyến số mặt đất Xét hệ thống truyền dẫn vô tuyến số: tốc độ truyền dẫn 140 Mbit/s, làm việc tần số GHz đoạn 64 km, sử dụng anten phát/thu có hệ số khuyếch đại 44dBi đặt tháp cao 30m (nên ta coi môi trường không gian tự do) Do sử dụng điều chế 16QAM, nên quy định BER≤10-3 dự trữ thêm dB ta được: (Eb/N0)req=26 dB Các tham số tính tốn cho bảng 8B.1 Bảng 8B.1 Tính tốn quỹ đường truyền vô tuyến số mặt đất 140 Mbit/s điều chế 16QAM tần số công tác GHz Công suất phát (dBW) PTx Tổn hao phi phát (dB) 1,5 Lpd1 Tổn hao phân nhánh (dB) 1,4 Lb Tổn hao máy phát aten (dB) 2,9 L1 Khuyếch đại aten phát (dBi) 44 G1 EIRP phát (dBW) 41,1 EIRP Tổn hao đường truyền (dB) 144,1 Lp Công suất thu đẳng hướng (dBW) -103 Pr Khuyếch đại anten thu (dBi) 44 G2 Công suất thu (dBW) -59 PRx (tại anten) Tổn hao phi thu (dB) Tổn hao phân nhánh (dB) Tổn hao anten máy thu (dB) Hệ số tạp âm máy thu (dB) 1,5 1,4 2,9 Lpd2 Lb L2 NF 10 Hằng số Boltzman (dBW/K-Hz) -228,60 k 11 Nhiệt tham chuẩn (dB-K) 24,6 TR = 290 K 12 Mật độ phổ công suất tạp âm -196,1 N0 = kL2NFTR 13 PRx/N0 thu (dB-Hz) 137,1 (PRx/N0)r 14 Tốc độ số liệu (dB-bit/s) 81,5 Rb = 140 Mbit/s 15 Eb/N0 thu (dB) 55,6 (Eb/N0)Rx 16 Tổn hao lắp đặt (dB) L0 17 Eb /N0 yêu cầu (dB) 26 (Eb/N0)req 18 Dự trữ đường truyền 24,6 MF Minh họa tính tốn quỹ đường truyền thơng tin vệ tinh Trước hết ta xét thí dụ tính tốn quỹ công suất đường truyền cho đường truyền từ trạm đầu cuối đến vệ tinh tần số GHz khoảng cách 40.543 km Các tham số phía -377- Phụ lục phát, phía thu đường truyền cho bảng 8B.2 (Eb/N0)req mục 20 bảng 8B.2 xác định theo phương thức điều chế, mã hoá kênh xác suất lỗi quy định Bảng 8B.2 Minh họa quỹ đường truyền từ đầu cuối đến vệ tinh tần số GHz cự ly 40.543 km Công suất phát (dBW) 20,0 PTx Tổn hao phi phát (dB) 2,0 Lpd1 Khuyếch đại anten phát (dBi) 51,6 G1 EIRP đầu cuối (dBW) 69,6 EIRP Tổn hao đường truyền (dB) 202,7 Ls Cho phép phađinh (dB) 4,0 L0 Các tổn hao khác (dB) 6,0 L1 Công suất thu đẳng hướng (dBW) -143,1 PRx Khuyếch đại anten thu (dBi) 35,1 G2 10 Tổn hao biên anten (dB) 2,0 L0 11 Công suất thu (dBW) Hệ số tạp âm máy thu cổng vào anten (dB), NF Nhiệt độ máy thu (dB-K), TR Nhiệt độ anten thu (dB-K), TA -110,0 PRx 11,5 35,8 (3806 K) 24,8 (300 K) 12 Nhiệt độ hệ thống (dB-K), Ts 36,1 (4106 K) 13 Độ nhậy G2/Ts (dB-K) -1,0 14 Hằng số Boltzman (dBW/K-Hz), k G2/Ts -228,60 15 Mật độ phổ tạp âm -192,5 N0 = kTs 16 PRx/N0 thu (dB-Hz) 82,5 (PRx/N0) 17 Tốc độ số liệu (dB-bit/s) 63,0(2 Mbit/s) Rb 18 Eb/N0 thu (dB) 19,5 (Eb/N0)Rx 19 Tổn hao lắp đặt (dB) 1,5 L0 20 Eb /N0 yêu cầu (dB) 10,0 (Eb/N0)req 21 Dự trữ đường truyền M -378- ... hết ta chuyển tất tham số từ dB vào số lần NF1=103/10=2 NF2=1 080 /10=1 08 A1=1013/10=20 A2=1 080 /10=1 08 Từ phương trình (8. 12), (8. 13), (8. 14) ta tính nhiệt độ tạp âm LNA (TR1), nhiệt độ tạp âm khuyếch... sơ đồ 8A.1b Sơ đồ 8A.1b sử dụng LNA cho tầng đầu có hệ số khuyếch đại 13dB, hệ số tạp âm 3dB kết hợp với khuyếch đại thông thường xét sơ đồ 8A.1a Độ rộng băng tần ∆f = 6MHz trường hợp 8A.1a Trước... sơ đồ 8. 3a trở thành 23,3 dB) -375- Phụ lục Bài toán 2: Cho sơ đồ phía thu hình 8A.2 Tìm cơng thức để tính Ttol SNRout Hình 8A.2 Sơ đồ cho tốn Từ phương trình (8. 12), ta tính T cho phần tử sau: