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数字通信体系中信噪比在电路设计中的使用剖析

数字通信系统中信噪比在电路设计中的应用分析-在数字通信系统中,接收信噪功率谱密度比(Pr/N0)、接收位能量与噪声功率谱密度比(Eb/N0),以及其它类似的信噪比(SNR)常常被不太准确地定义在接收电路的输入点处。这种不精确性来自于一些常见的不确定性,包括应该在哪里定义和测量这些SNR,以及对于接收系统中的Eb/N0而言,恰当而准确的参考点应该位于何处等问题。

导言

在数字通讯体系中,接纳信噪功率谱密度比(Pr/N0)、接纳位能量与噪声功率谱密度比(Eb/N0),以及其它相似的信噪比(SNR)常常被不太准确地界说在接纳电路的输入点处。这种不准确性来自于一些常见的不确定性,包括应该在哪里界说和丈量这些SNR,以及关于接纳体系中的Eb/N0而言,恰当而准确的参阅点应该坐落何处等问题。这种不确定性必然会导致差错,它与本地SNR丈量对应于一个体系SNR模型这一过错假定(实际状况并不总是如此)稠浊在一起。此外,接纳电路规划工程师常常在接纳电路内部为SNR(以及体系温度)模型挑选一个物理方位,它不同于体系规划工程师一般用作参阅的方位。为了减小潜在差错,规划工程师需求明确地区别丈量和模型,并且有必要完好地了解对这些接纳电路SNR参数的模仿是怎么开展演化的。此外,经过知道通讯体系中各方面的差异(应该在哪里丈量SNR和体系温度),能够防止在体系剖析中犯过错。

电路元件模型

一个数字通讯接纳电路体系(图1)包括一个接纳天线,一条损耗线,一个主要由放大器、相关器或匹配滤波器和采样器组成的接纳电路,以及一个履行离散判定的检测器功用块。为简化起见,接纳电路功用块中的下变频和均衡等功用没有显现出来,整个接纳电路功用块将被当作单个电路元件来看待。假定损坏接纳信号的热噪声具有平整的功率谱密度,其起伏为N0 = kT (W/Hz),其间k为玻耳兹曼常数,T为开尔文单位的温度值。

数字通讯体系中信噪比在电路规划中的运用剖析

图1接纳电路体系

图2噪声温度输入源

有用噪声温度的概念是一个简略的模型,它答应规划工程师将电路元件的内部噪声表明为抱负电路的噪声温度输入源。图2a是将这一概念运用于放大器和衰减器的状况,并总结了两个联系方程:

TR=(F-1)290 Kelvin (1)

TL=(L-1)290 Kelvin (2)

其间TR和TL别离为放大器(接纳电路)和衰减器(损耗线)的有用温度,F和L别离代表噪声谱和损耗因子。图2b是运用于一对级联电路元件(一条损耗线加上一个放大器)的模型,其间损耗线的增益可表明为1/L。

因而,复合噪声温度Tcomp可表明为:

Tcomp=TL + LTR (3)

多丈量点形式

在接纳电路中的某处进行SNR丈量时,T代表该处的本地噪声温度(Tlocal)。如图3所示,Tlocal(其作用可在挑选的某个调查点或参阅点进行丈量)代表源噪声功率。负载的影响忽略不计,由于核算SNR时它将被抵消。

图3 多点接纳体系

图3显现在接纳体系中的A、B、C处对Tlocal和Pr/N0进行三次丈量,参数中的上标A、B、C表明丈量别离是在这些不同方位点进行的。

SNR丈量一般选用如下进程:

·对通讯体系施加一个信息信号,并在接纳天线的输出上丈量接纳到的波形功率,接纳波形的功率与信噪之和的功率成正比。

·滤除信号,只丈量接纳到的噪声功率。最终一步是从第一次丈量的成果中减去噪声功率,核算得到信号功率与噪声功率之比,即SNR。

接纳电路的解调/检测功用可分解为两个进程。

第一步,在每个符号继续期间,相关器或匹配滤波器恢复出一个表明数字符号的基带脉冲,然后进行采样。采样器的输出(C点),即预检波点,发生一个测验统计量,它包括接纳符号和噪声两个重量。测验统计量的电压值与符号和噪声中的能量成正比,因而包括了SNR的根本衡量信息。

第二步,对该符号的离散含义做出判定(检测),其成果是一个信息位(用于二进制调制的数字位)。检测的精度是预检波SNR的函数。在数字接纳体系中,预检波点是一切过错功能剖析重视的重要方位。位误码概率PB是Eb/N0的函数,得出这个函数是检测器功用块的一个重要作用,采样中信号的能量越多(相对N0而言),差错功能就越好。

因而,关于Eb/N0的方位,简练的答案便是将它界说在预检波点处。可是问题在于答案过于简略,由于它不能反映在规则这些SNR时一般运用的模型。此外还应该留意,Eb/N0被界说在尚无任何信息位之处。检测进程完毕之后,才会呈现信息位。或许Eb/N0更恰当的称号应该是每个有用位相关于N0的能量。

结语

在数字通讯开展的前期,Pr/N0的丈量直接在图3中的C点处进行,或许在接纳天线的输出A点处进行,然后再考虑由损耗线和接纳电路导致的SNR恶化,将其换算到预检波点。其间R为数据传输速率,单位为位/秒。

开端用接纳的预检波SNR来描绘通讯体系后,人们很快就知道到除C点之外,可用的Pr/N0体系模型也将答应同一预检波SNR在接纳天线输出(或接纳体系中的任何参阅点)处进行表述。在教科书上,Pr/N0和Eb/N0常常表述在接纳天线的输出点处。这或许简略使人混杂,由于人们将以为能够直接将接纳天线输出点的简略丈量成果作为体系SNR直接用于链路预算剖析的准备工作,而这是不正确的。体系SNR或Pr/N0只能在预检波点这个方位直接丈量,但能够在接纳电路中的其它方位进行模仿。 Eb/N0是在C点,即图3中的预检波点界说的。那么在模仿环境下,接纳体系中的Eb/N0又应该以何处为参阅点定位能够从在接纳体系中恣意点表述的体系SNR得到同一个Eb/N0值。在接纳体系顶用一个模型来规则SNR时,接纳天线的输出点是最常用作参阅点的方位。

经过上述剖析,咱们总结了在一个接纳体系中,怎样树立或规则Eb/N0和其它相似SNR值的正确参阅点。假定已经有了一个准确的模型,咱们以为任何方位都可作为答应的参阅点。不过,在接纳电路标准的开展进程中,接纳天线的输出点是这些SNR模型中最常运用的参阅点。

责任编辑:gt

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