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1、 第二章18.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： 10W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=24d
2、B 输出噪声功率：0dBm-24dB=-24dBm放大器引入噪声：10-2.4-10-3.0 =0.00298mW=2.98W29.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： Pin=10lg1.59(dBm)=2.014(dBm) 设光纤传输距离最长为LmaxPin-0.5Lmax-16-6-4=-30Lmax=(2.014-16-6-6+30)/0.5=12.028km310.若1550nm单模系统的光源输出功
3、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： Pin=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：490.1=4.9dB耦合损耗：3dB连接器损耗： 2dB光纤损耗：0.25dB/km100km=25dB总损耗
4、：3dB+4.9dB+2dB+25dB=34.9dBAPD: 系统余量=5.05dBm-34.9dB-（-40dBm）=10.15dB PIN: 系统余量=5.05dBm-34.9dB-（-32dBm）=2.15dB 411.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/(kmnm)。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/s10Gb/s5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n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。n天线内部损耗产生的噪声功率：一般均
5、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。7n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=kTAB (W)式中，k1.38l0-23 (JK)称为玻尔兹曼常数；B为接收系统的带宽，单位为Hz。n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。8n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
6、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。n天线接收下来的噪声可以分为两部分：p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。p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
7、等等，天线的旁瓣对应的则是地面的人工噪声。10n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 11n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 TsTm(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：Tm260K；云Tm=280K。考虑到降雨或阴天以后，天线的噪声温度变为，TATc + Ts (K)式中，Tc为晴天的天线噪声温度。121314等效
8、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NF： 于是， Te(NF1)T0 T0 为环境温度，一般为290K。151一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=162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/
9、2 Ps=28*24*60=40320 min Re=6378km计得 Re+h=388947km h=382569km177(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
10、益。(2) EIRP=PtGt EIRP=Pt+Gt Pt=10lg(10)=10dBW EIRP=55dBWGt=55dBW-10dBW=45dB18(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=3e8/12e9=0.025m， G=45dB 即G=31622.8由公式可得 A=1.57m2实际面积 S=1.57/0.6=2.62m2=D2/4 计算得直径D=1.83m198(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)T1=200K A1=
11、10dB，即放大倍数A1为10倍T2=200K A2=10dB，即放大倍数A2为10倍Te=T1+T2/A1=200+200/10=220K209(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GT值为 11dBK，卫星EIRP值为45dBW。计算地球站接收到的CN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 GR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
12、接收 机的噪声的等效噪声温度T0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*106=4.968*10-16/K, 对应-153dBW/KC/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。2210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）LF=1dB
13、 即 1.259 NF=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=（LF-1）*290/LF=290*（1-1/LF）=59.66K接收机内部等效噪声温度： Te=(NF-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 n0=kT=1.38*10-23*236.52 即-204.86dBW.s（2）接收机的噪声功率：36MHz即75.56dBHzkTB=-204.86+75.56= -129.3dBW
14、馈线环境温度假设290K2312LNA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（NF-1）*T0=（15.85-1）*290=4306.5KLNA输入端的等效噪声温度 Te=120+4306.5/10000=120.4K2414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.
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，dBWCN(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-157dB；接收天线增益226dBi; 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，dBWCN(热噪声)，dB25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)=-
16、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: N0=kTB=-228.6+24+45=-159.6dBW载噪比： CN(热噪声)=-144.62dBW-(-159.6dBW)=14.98dB26(2)用户上行链路:地球站卫星转发器载波带宽50kHz， 转发
