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1、1 第二章第二章28.EDFA的噪声指数为的噪声指数为6dB，增益为，增益为100(倍倍)，输入信号，输入信号S/N为为30dB，信号功率为信号功率为10W。试计算。试计算EDFA的输出信号功率的输出信号功率(dBm)和和S/N(dB)。解：噪声系数解：噪声系数Fn是接收机或有源器件的输入信噪比是接收机或有源器件的输入信噪比/输出信噪比，输出信噪比，噪声指数为其对数形式噪声指数为其对数形式 Fn=10*log(输入信噪比输入信噪比/输出信噪比输出信噪比)，为，为6dB 放大器增益：放大器增益：输出信号功率输出信号功率/输入信号功率输入信号功率=100，即为，即为 20dB 输入信号功率输入信号
2、功率： 10 W即即 -20dBm 输出信号功率：输出信号功率：-20dBm+20dB=0dBm 输入噪声功率输入噪声功率： -20dBm-30dB=-50dBm 输入噪声对应的输出：输入噪声对应的输出：-50dBm+20dB=-30dBm 输出信噪比：输出信噪比： 30dB-6dB=24dB 输出噪声功率：输出噪声功率：0dBm-24dB=-24dBm 放大器引入噪声放大器引入噪声：10-2.4-10-3.0 =0.00298mW=2.98 W39.考虑考虑13 00nm光纤系统。光纤损耗为光纤系统。光纤损耗为0.5dB/km，LED输出输出功率为功率为1.59mW,与光纤的耦合损耗与光纤的
3、耦合损耗16dB，连接与熔接损耗，连接与熔接损耗6dB，接收灵敏度，接收灵敏度-30dBm，系统老化预留，系统老化预留4dB。问允许光。问允许光纤传输距离多长纤传输距离多长?解解: 发射功率：发射功率： Pin=10lg1.59(dBm)=2.014(dBm) 设光纤传输距离设光纤传输距离最长为最长为Lmax Pin-0.5Lmax-16-6-4=-30 Lmax=(2.014-16-6-6+30)/0.5=12.028km410.若若1550nm单模系统的光源输出功率为单模系统的光源输出功率为3.2mW，光源与光，光源与光纤的耦合损耗为纤的耦合损耗为3dB，光纤传输损耗系数为，光纤传输损耗系
4、数为0.25dB/km。线。线路全长路全长100km；平均每；平均每2kmm有一个有一个(熔接熔接)接头，每个损耗接头，每个损耗0.1dB; 全线路有两个连接器，每个损耗全线路有两个连接器，每个损耗1dB。可能采用的。可能采用的接收机有接收机有APD和和PIN-FET两种，它们的灵敏度分别为两种，它们的灵敏度分别为-40dBm和和-32dBm。试求采用不同接收机时的系统余量各为。试求采用不同接收机时的系统余量各为多少多少?解解: 发射功率：发射功率： Pin=10lg3.2(dBm)=5.05(dBm) 光纤的段数：光纤的段数：100km/2km=50 接头的数量：接头的数量： 50-1=49
5、个个 接头损耗：接头损耗：49 0.1=4.9dB 耦合损耗：耦合损耗：3dB 连接器损耗：连接器损耗： 2dB 光纤损耗：光纤损耗：0.25dB/km 100km=25dB 总损耗总损耗：3dB+4.9dB+2dB+25dB=34.9dB APD: 系统余量系统余量=5.05dBm-34.9dB-（-40dBm）=10.15dB PIN: 系统余量系统余量=5.05dBm-34.9dB-（-32dBm）=2.15dB 511.对于对于1550nm标准光纤的系统标准光纤的系统,若光源采用窄谱线的半导体若光源采用窄谱线的半导体激光器，而光纤的色散系数激光器，而光纤的色散系数D=15ps/(km
6、nm)。当信号传输。当信号传输速率分别为速率分别为1Gb/s和和10Gb/s时，试求允许的最大通信距离时，试求允许的最大通信距离各为多少各为多少?解：解： 1Gb/s10Gb/s3269km101.912)10(161|161262922maxBLkm/ps12.19m/s10-1.91210191281810)32/(15501550)m/s1032/(nm)ps/(km15)1550nm()2/(D2226-3289312298222c32.69km101.912)10(161|1612621022maxBL6 第三章第三章7补充补充1：天线等效噪声温度：天线等效噪声温度 卫星接收天线的等
7、效噪声温度卫星接收天线的等效噪声温度n反映了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：天线内部损耗产生的噪声功率： 一般均折算到馈线损耗产生的噪声里去。一般均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，接收天线是直接与高频头连接在起的，因此在工程计算时，可以忽略馈线系统可以忽略馈线系统(包括了天线本身产生的噪声包括了天线本身产生的噪声)产生的噪声。产生的噪声。8n在忽略馈线
8、系统的损耗以后，天线接收下来并传送给高频头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的噪声功率与天线等效噪声温度的关系为 P=kTAB (W)式中，式中，k1.38 l0-23 (JK)称为玻尔兹曼常数；称为玻尔兹曼常数； B为接收系统的带宽，单位为为接收系统的带宽，单位为Hz。n在微波波段内，地面的等效温度约为在微波波段内，地面的等效温度约为300K300K左右，地面水平方左右，地面水平方向上的等效温度在向上的等效温度在100K100K左右，而天顶方向上的等效温度约为左右，而天顶方向上的等效温度约为5K5K左右。左右。9n接收天线截获各种辐射源产
9、生的辐射，在天线处则表现为天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。在理论上，天线等效噪声温度的表达式为线的等效噪声温度。在理论上，天线等效噪声温度的表达式为 式中，式中， 和和代表着空间内不同的方向，代表着空间内不同的方向， G G为天线在不同方向上的增益。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。作波长及天线的具体工作环境有关。10定量分析天线等效噪声温度是一项十分复杂的工作，定量分析天线等效噪声温度是一项十分复杂的工作，在工程上在工程上
10、通常采用实际测量的方法来确定天线的噪声温度。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：天线接收下来的噪声可以分为两部分：p综合自然噪声。综合自然噪声。包括了大气中氧气和水蒸汽产生的噪声，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，声、宇宙噪声、太阳噪声等等，天线的主瓣对应的就是这天线的主瓣对应的就是这种综合自然噪声。种综合自然噪声。p地面人工噪声。地面人工噪声。主要包括汽车火花塞产生的噪声、电焊机主要包括汽车火花塞产生的噪声、电焊机产生的
11、噪声、输电线和日光灯产生的放电现象引起的噪声产生的噪声、输电线和日光灯产生的放电现象引起的噪声等等，等等，天线的旁瓣对应的则是地面的人工噪声。天线的旁瓣对应的则是地面的人工噪声。11n经过大量的实际测量发现，尽管影响天线噪声温度的因素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，但其中很多，但其中天线的仰角和工作波长两项因素对噪声温度天线的仰角和工作波长两项因素对噪声温度影响为最大影响为最大。图中曲线测试条件：图中曲线测试条件： 晴朗天气晴朗天气 12n对流层中的降雨现象对电波产生损耗，这种损耗也会产生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
12、噪声温度提高。降雨噪声，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或云层产生的噪声对天线等效噪声温度的贡献TsTs为为 TsTsTm(1-10Tm(1-10-A/10-A/10) ) 式中式中A A为降雨产生的损耗，单位为为降雨产生的损耗，单位为dB;dB; Tm Tm为介质的等效为介质的等效 噪声温度，噪声温度，雨：雨：TmTm260K260K；云；云Tm=280KTm=280K。 考虑到降雨或阴天以后，天线的噪声温度变为，考虑到降雨或阴天以后，天线的噪声温度变为， T TA ATcTc + Ts (K) + Ts (K) 式中，式中，TcTc为晴天
13、的天线噪声温度。为晴天的天线噪声温度。131415等效噪声温度和噪声系数等效噪声温度和噪声系数 卫星通信系统中，通常采用卫星通信系统中，通常采用较精确的等效噪声温度较精确的等效噪声温度来估算来估算系统噪声性能。系统噪声性能。 噪声系数噪声系数NF： 于是，于是， Te(NF1)T0 T0 为环境温度，一般为为环境温度，一般为290K。0ee0i0iooiiFTT1)TT(AkB/ASkBT/SN/SN/SN161 1一颗卫星距离地面的高度为一颗卫星距离地面的高度为1000km1000km，试计算卫星，试计算卫星运行的轨道速度和周期运行的轨道速度和周期( (忽略其他天体的作用忽略其他天体的作用)
14、 )。解：解： Ps=1.659Ps=1.6591010-4-4(Re +h)(Re +h)3/23/2 Re=6378km h=1000km Re=6378km h=1000km 运行周期运行周期 Ps=105.14 minPs=105.14 min 平均运行速度平均运行速度 2 2 (Re+h)/Ps=440.7km/min=7.345km/s=(Re+h)/Ps=440.7km/min=7.345km/s=172 2月球是地球的卫星，它围绕地球运行的周期约为月球是地球的卫星，它围绕地球运行的周期约为2828天，试问月球距离地球有多远天，试问月球距离地球有多远? ?解：解： Ps=1.65
15、9Ps=1.6591010-4-4(Re +h)(Re +h)3/23/2 Ps=28Ps=28* *2424* *60=40320 min 60=40320 min Re=6378kmRe=6378km 计得计得Re+h=388947km Re+h=388947km h=382569kmh=382569km187 7(1)(1)解释什么是等效全向辐射功率；解释什么是等效全向辐射功率；(2)(2)若若KuKu频段频段(12GHz)(12GHz)直播直播卫星发射器馈送给天线的功率为卫星发射器馈送给天线的功率为l0Wl0W，要求的，要求的EIRPEIRP为为55dBW55dBW。试求天线增益应为多
16、少试求天线增益应为多少? ?天线直径天线直径( (效率为效率为0.6)0.6)又为多少又为多少? ? 解：解：(1)(1) 等效全向辐射功率等效全向辐射功率EIRPEIRP，定义为地球站或卫星的天线发，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。送出的功率和该天线增益的乘积。当不考虑馈线损耗时，当不考虑馈线损耗时，EIRP=PtGtEIRP=PtGt；（；（不是不是dBdB表示）表示）当考虑馈线损耗时，当考虑馈线损耗时，EIRP=PtGtEIRP=PtGt/Lt/Lt；PtPt为放大器的输出功率为放大器的输出功率,L,L为功放输出端与天线馈源之间的馈为功放输出端与天线馈源之间的馈线损耗线损耗,Gt,Gt为卫星天线的增益。为卫星天线的增益。 (2)(2) EIRP=PtGt EIRP=Pt+Gt EIRP=PtGt EIRP=Pt+Gt Pt=10lg(10)=10dBW EIRP=55dBW Pt=10lg(10)=10dBW EIRP=55dBW Gt=55dBW-10dBW=45dB Gt=55dBW-10dBW=45dB19(3)(3) 对于抛物面天线，天线效率对于抛
