Radijo sklidimas
Man buvo iškilęs toks klausimas: kuom skiriasi noise floor, noise factor ir noise figure? Štai ką man pavyko išsiaiškinti.
Siųstuvo aprėpties zona priklauso nuo to, kokį mažiausią signalo lygį gali priimti imtuvas. Tas lygis priklauso nuo imtuvo vidinių triukšmų ir vadinamas jautrumu (sensitivity).
Imtuvo jautrumas (sensitivity) apskaičiuojamas pagal formulę:
Sensitivity = 10log(KT) + 10log(B) + 10log(F) + 10log(S/N)min
čia:
K – Bolcmano konstanta.
T – aplinkos temperatūra (Kelvinais). Nors Lietuvoje vidutinė metinė temperatūra lygi 6,2C laipsniai (iš http://www.orai.lt/lt/idomybes), skaičiavimuose imu blogesnį atvejį - 15° C = 288 K.
B – imtuvo juostos plotis (Hz).
S/N arba SNR (signal-to-noise ratio) – signalas(naudingas) / triukšmas(imtuvo) santykis, reikalingas, kad imtuvas teisingai demoduliuotų gautus duomenis. Tai yra imtuvo jautrumo sumažėjimas dB (decibelais) dėl naudojamos moduliacijos. S/N reikšmė imama iš moduliacijos lentelių, pagal atitinkamą BER (bit error ratio): 10-4, 10-6, 10-9, … arba imama iš gamintojo įrangos aprašymo. Kadangi S/N reikšmės priklauso nuo BER (bei, pagal lentelę, nuo moduliacijos), iš čia tapo aišku, kodėl imtuvo jautrumo reikšmės (dBm) irgi priklauso nuo BER bei moduliacijos. Kitas pavadininimas yra C/N arba CNR (carrier-to-noise ratio). Tik dar liko klausimas ką reiškia C/I (CIR), T/I (TIR)?
Noise figure galima pažymėti kaip NF, o noise factor - F.
NF = 10log(F). Noise factor apskaičiuoti yra skirta kita sudėtinga formulė.
LASM (nuostoliai antenna switch) + LSAW (nuostoliai surface acoustic wave) = IL (insertion loss). IL = LASM + LSAW.
Thermal noise:
KTB = 10log(KT) + 10log(B).
10log(KT) = -174 dBm/Hz = -204 dBW/Hz.
Noise floor gauname iš šių formulių:
N = KTBF = 10log(KT) + 10log(B) +10log(F) = thermal noise + noise figure (NF) ir
Sensitivity = thermal noise + noise figure (NF) + insertion loss (IL) + 10log(S/N)min.
Surašius vertes, gaunama:
Sensitivity = -174 dBm/Hz + 10log(B) + LASM + LSAW + NFXCVR + 10log(S/N)min
Threshold degradation (TD) arba threshold impairment (TI) yra imtuvo triukšmų lygio sumažėjimas dėl išorinių trukdžių:
TD = 10log(1 + sum(I)/KTBF). Jeigu argumentų vertės yra išreikštos dB, tai TD = 10log(1 + 10^((sum(I)-KTBF)/10)). TD reikšmė nepriklauso nuo naudingo signalo stiprumo. Dažniausiai sutinkamos TD vertės:
TD = 0,41 dB (laikoma, kad triukšmų lygis dar nesikeičia, t.y. 0,41 dB ~ 0 dB) -> I = KTBF - 10 dB -> I/N: -10 dB,
TD = 1 dB -> I = KTBF - 6 dB -> I/N: -6 dB,
TD = 3 dB -> I = KTBF - 0 dB -> I/N: 0 dB.
Kitos pastabos.
Reliability priklauso nuo availability. Tai laiko procentas (%), kada pasiekiamas norimas BER. Todėl reliability yra susijęs su BER. Dažniausiai imama reikšmė su BER 10-6. Norint užtikrinti reikiamą avalability prie imtuvo jautrumo (priimamo signalo lygio) reikia pridėti tam tikro lygio atsargą (jos vertė priklauso nuo norimo availability) decibelais. Ji vadinama fade margin.
Fade margin yra tam tikra priimamo signalo lygio atsarga, kuri užtikrina gerą signalo priėmimą (norimą kokybę), kai pasireiškia fedingas (http://www.ff.vu.lt/rez - tilsmas?). T.y. apsauginis kiekis, kuriuo gali sumažėti priimamo signalo lygis, tačiau bendras signalo lygis nebus mažesnis už nustatytą sistemos slenkstį (jautrumą). (Literatūroje minimos fade margin vertės prasideda nuo 10 dB). Iš ECC REPORT 33: „FM is the fade margin (excess attenuation [papildomas silpimas/silpninimas - pagal http://www.ff.vu.lt/rez, nors norisi vadinti slopinimu]) required to meet the yearly availability objective. [Availability nurodomas % išraiška ir parodo kiek laiko per metus bus užtikrinamas ryšys: 90%, 99,99%, …] FM can be evaluated according to ITU-R P.530, which covers both the deep fade an shallow fade [2 tipai] regions.“
Frenelio zona.
Iš Wikipedia: „However, some obstruction of the Fresnel zones can often be tolerated, as a rule of thumb the maximum obstruction allowable is 40%, but the recommended obstruction is 20% or less.“
Ir iš http://huizen.deds.nl/~pa0hoo: „The radius of forbidden region here is 0.6 x Radius of first Fresnel ellipsoid“
išvada, kad leidžiamas Frenelio zonos užstatymas yra 20% (0,4 x pirmosios Frenelio zonos spindulys).
„Code rate“ (QPSK 1/8, QPSK 1/2, …).
Iš Wikipedia: „The code rate or information rate of a forward error correction (FEC) code, for example a convolutional code, states what portion of the total amount of information that is useful (non redundant). The code rate is typically a fractional number [trupmeninis skaičius]. If the code rate is k/n, for every k bits of useful information, the coder generates totally n bits of data, of which n-k are redundant [pertekliniai].“
Kadangi kai kurie bitai yra pertekliniai, dėl to naudingos informacijos (net bitrate (useful bitrate)) perdavimo sparta yra mažesnė, nei visų perduodamų duomenų (gross bitrate (raw bitrate)). Iš ten pat apie perduodamų duomenų spartą: „If R is the net bitrate (useful bitrate), the gross bitrate (raw bitrate) is R•n/k.“
Spread spectrum sistemoms: „the system can work at negative SNR in the RF bandwidth. Because of the processing gain of the receiver’s correlator, the system functions at positive SNR on the baseband data.“ http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/1140
OFDM nėra „single carrier“.
Iš 2000-ųjų metų Radioelektronikos terminų žodyno:
Noise factor, noise figure, noise coefficient - triukšmo faktorius.
Bit error rate, bit error ratio - klaidingų bitų dažnis.
Literatūra:
1. http://en.wikipedia.org.
Atnaujinta 2007-08-24