Основы радиоэлектроники

Системы передачи информации

Расчет энергетического потенциала

Энергетическим потенциалом радиолинии называется отношение средней мощности сигнала РС к спектральной плотности шума GШ (мощности шума в полосе 1 Гц), пересчитанное ко входу приемника.

Расчет энергетического потенциала радиолинии позволяет определить ряд основных параметров системы: мощность передатчиков, геометрические размеры антенн, скорость передачи информации и др.

В радиолиниях ближнего космоса достаточно небольшое усиление. Здесь часто оказывается выгодным использовать всенаправленные бортовые антенны, обеспечивающие прием и передачу сигналов во всем пространственном угле.

В качестве наземной передающей антенны возьмем антенну параболического типа.

Мощность сигнала на входе приемника определяется выражением:

РС ВХ=РИЗЛgЕGSЭ/4pr2; (1)

где РИЗЛ=(103¸105)Вт- мощность сигнала, излучаемого передатчиком.

G- КНД антенны передатчика.

r = 250км- расстояние между передатчиком и приемником.

gЕ- коэффициент, учитывающий потери энергии сигнала в среде за счет поглощения.

gЕ=exp(-0.23ar); (2)

где a- коэффициент затухания.

Для l=5см a=0,02-0,2дБ/км

Итак, с учетом (2) выражение (1) принимает вид:

РС ВХ=РИЗЛ(GSэ/4pr2); (3)

Если основными помехами в линии связи являются внутренние флюктуационные шумы и другие случайные помехи шумового типа, то пересчитав все эти помехи ко входу приемника, можно определить результирующую спектральную плотность помех на входе в виде:

NОå(f)=åNОI(f) (4)

где NOI-- спектральная плотность случайной помехи i-го вида, пересчитанная ко входу приемника.

Мощность всех помех на входе приемника, определяемая в полосе частот fэ занимаемой спектром сигнала, равна:

f0+fэ/2

РШ ВХ=ò NОå(f)¶f ; (5)

f0-fэ/2

где f0- частота несущей.

Выражение (5) можно представить в виде:

РШ ВХ=NОå(f)fЭ=NОåfЭ ; (6)

В простейшем случае, когда основной помехой являются только внутренние флюктуационные шумы приемника с равномерной спектральной плотностью N0 , мощность помехи на входе (при согласованном входе) равна:

РШ ВХ=кТЭfЭ ; (7)

где к- постоянная Больцмана (к=1,38*10-23Дж/к).

Тэ- эквивалентная шумовая температура входа.

С учетом выражений (3) и (6) отношение средней мощности шума на входе приемника определяется формулой:

(PC/PШ)ВХ=(РИЗЛGSЭ/4pr2NОåfЭ)exp(-0.23ar); (8)

Это выражение определяет фактическое отношение сигнал / шум на входе приемника при известных параметрах линии связи. Пусть для того чтобы обеспечить требуемую вероятность ошибки при передаче одной двоичной единицы информации , необходимо иметь энергетическое отношение сигнал/ шум:

h2O.ТР=ЕО/NOå=(PC/PШ)ВХ*tО*fЭ; (9)

Тогда требуемое отношение сигнал / шум берут с некоторым запасом (системный запас), т.е.

(PC/PШ)ТР=gСИСТh2O.ТР/tО*fЭ; (10)

где gCИСТ- коэффициент запаса, выбирается от 2 до 10. Зададимся gCИСТ=4.

Для того чтобы линия связи обеспечивала передачу информации с помехоустойчивостью не ниже заданной, необходимо выполнить условие:

(РС/РШ)ВХ³(РС/РШ)ТР; (11)

Приняв во внимание (8), (10) и (11) имеем:

(РИЗЛGSЭ/4pr2NOå)exp(-0.23ar)³gСИСТ h2o ТР/tО; (12)

Шумовая температура: Тэ=1000 К;

Отношение с/ш: g=50Дб;

Длительность элементарного символа: tО=75,3 мкс;

Длина волны: l=14,8 см;

Коэффициент запаса: gСИСТ=4;

Коэффициент затухания: a=0,1 дБ/км;

Коэффициент, учитывающий уменьшение скорости передачи: gR=0,75

Расстояние между передатчиком и приемником: r=250 км;

Скорость передачи информации – R = gR * log2 n/ tО = 23000 бит/с;

Спектральная плотность флюктуационных шумов на входе приемника - NO= кТэ= 1,38 * 10-20

Диаметр бортовой антенны: d=0.5 м;

Диаметр антенны наземной станции: D=25 м;

Коэффициент использования поверхности антенны: hА=0,55;

Требуемая средняя мощность сигнала излучаемого передатчиком в нашем случае выразится формулой:

РИЗЛ³gСИСТ /gR * ln (1/2Рош ) * R * NO *(4lr/pdDhА)2 =1,74 * 10-6;

Берем РИЗЛ = 10 Вт, что позволяет скомпенсировать неучтенные факторы, снижающие качество канала связи, которые приведены ниже.

Ослабление сигнала в свободном пространстве, обусловленное рассеиванием энергии радиоволны, составляет основные потери в радиолиниях. Но есть и дополнительные потери, которые необходимо также учитывать. Перейти на страницу: 1 2


Другое по теме:

Воздействие колебаний сложной формы на линейные цепи Цель данной работы состоит в практическом освоении аналитических и численных методов определения выходных процессов в линейных радиотехнических цепях при негармонических воздействиях с использованием вычислительной техники и прове ...