Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria delle Telecomunicazioni Progetto di Sistemi di Trasmissione :

Transcript

1 Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria delle Telecomunicazioni Progetto di Sistemi di Trasmissione : Si consideri un sistema per la ricezione in down-link del segnale satellitare descritto in Tab. 1. Frequenza Portante 1597 MHz Modulazione QPSK Symbol Rate 7500 kbaud Outer Code Rate 188/04 Inner Code Rate 3/4 Tabella 1 - Parametri del segnale satellitare: I parametri del collegamento sono riportati in Tabella. Raggio terrestre medio ( R T ) 6, km Distanza del satellite geostazionario rispetto alla superficie terrestre ( R EO ) 35, km Longitudine satellite geostazionario ( ϕ SAT ) 13 Est Longitudine ricevitore a Terra ( ϑ LON ) 30 Est Latitudine ricevitore a Terra ( ϑ LAT ) 60 Nord Potenza EIRP ( P TX TX ) Perdite di sistema ( L sys ) Attenuazione atmosferica ( L atm ) Costante di Boltzmann ( k ) 1.38 E- 3 J/K Temperatura ambiente ( T 0 ) K Temperatura di rumore del suolo ( T ground ) Temperatura di rumore del cosmo ( T cosmico ).78 K Temperatura termodinamica delle formazioni meteo ( T m ) K uadagno dell amplificatore a RF ( arf ) 45 db Cifra di rumore dell amplificatore a RF riferita a T 0 ( F T 0 ) 0.50 db Attenuazione Specifica Cavo Coassiale ( α coax ) db/100 m Lunghezza Cavo Coassiale ( D coax ) 66 m Temperatura Fisica Cavo Coassiale ( T coax ) Diametro antenna ricevente ( φ ) 100 cm Efficienza antenna ricevente ( η ) 60 % Tabella - Parametri del collegamento satellitare. 1) Utilizzando un foglio di calcolo elettronico, si determini il valore in db del rapporto Eb / N 0 all uscita del cavo coassiale nei seguenti due casi: 1.1) attenuazione da pioggia Ξ = 0 db (cielo chiaro); 1.) attenuazione da pioggia Ξ = db.

2 ) Si determini il valore del diametro della parabola ricevente tale per cui (a parità di tutti gli altri parametri) il rapporto Eb / N 0 all uscita del cavo coassiale in presenza di attenuazione da pioggia Ξ = db è uguale a quello calcolato al punto 1.1 per il caso di "cielo chiaro". Formule (tutti i parametri sono in scala lineare) 1 T = + T 1 + T Latm Ξ Latm Ξ A m ground Coordinate x-y-z del satellite: Coordinate x-y-z della stazione a Terra: ( SAT ) ( ) xsat ( REO + RT ) cos ϕ ysat = ( REO + RT ) sin ϕ SAT z SAT 0 ( ) cos( ) ( ) sin ( ) sin ( ϑ ) x RT cos ϑlat ϑlon y = RT cos ϑ LAT ϑ LON z R T LAT SAT SAT SAT Slant-Range: D = ( x x ) + ( y y ) + ( z z ) Annotazioni

3 Soluzione 1) Come prima cosa, si determina lo slant-range D. Applicando le formule indicate, lo slant-range risulta: D = 39, km. Poi, si calcola la lunghezza d onda λ = m. Quindi, dati il diametro R db φ = 1 m e l efficienza η = 0.6, si calcola il guadagno dell antenna ricevente = db. A questo punto si possono calcolare i due link-budget. 1.1) Nel caso di "cielo chiaro" si ottengono i valori riportati qui di seguito. Slant-Range Frequenza Lunghezza d'onda EIRP uadagno Antenna Perdite di Sistema Attenuazione Atmosferica Attenuazione da Pioggia Perdita Spazio Libero ARF out Tground Temperatura Termodinamica delle Formaz. Meteo Tsky Ta Cifra Rumore To Temperatura Rumore ARF 39, km Hz 3.815E-3 m dbi 0 db db dbm E-15 W dbm.78 K K 0.6 K 70.6 K db K Cifra Rumore Ta 1.76 db Attenuazione Specifica Cavo db/100m Lunghezza Cavo m Temperatura Fisica Cavo K Attenuazione Totale Cavo db Temperatura Rumore Cavo K Cifra Rumore Ta 5.90 db uadagno Ricevitore (ARF + Cavo) 5.0 db Temperatura Rumore Ricevitore Trx (ARF + Cavo) 36.5 K Cifra Rumore Ricevitore Ta 1.80 db No = k (Ta+Trx) = k Frx Ta 1.47E-1 W/Hz Rs 7.50 MBaud Rate FEC inner 3 / 4 = 0.75 Rate FEC outer 188 / 04 = Rb Tb Eb Eb/No Mbit/sec.631E-08 sec 8.30E-1 J 7.50 db

4 1.) Nel caso di pioggia si ottengono i valori riportati qui di seguito. Slant-Range Frequenza Lunghezza d'onda EIRP uadagno Antenna Perdite di Sistema Attenuazione Atmosferica Attenuazione da Pioggia Perdita Spazio Libero ARF out Tground Temperatura Termodinamica delle Formaz. Meteo Tsky Ta Cifra Rumore To Temperatura Rumore ARF 39, km 1597 Hz 3.815E-3 m dbi db db dbm E-15 W dbm.78 K K K K db K Cifra Rumore Ta 0.85 db Attenuazione Specifica Cavo db/100m Lunghezza Cavo m Temperatura Fisica Cavo K Attenuazione Totale Cavo db Temperatura Rumore Cavo K Cifra Rumore Ta.9 db uadagno Ricevitore (ARF + Cavo) 5.0 db Temperatura Rumore Ricevitore Trx (ARF + Cavo) 36.5 K Cifra Rumore Ricevitore Ta 0.87 db No = k (Ta+Trx) = k Frx Ta.74E-1 W/Hz Rs 7.50 MBaud Rate FEC inner 3 / 4 = 0.75 Rate FEC outer 188 / 04 = Rb Tb Eb Eb/No Mbit/sec.631E-08 sec 3.305E-1 J.81 db ) Dai link budget precedenti si osserva che, in presenza di una attenuazione da pioggia Ξ = db ed utilizzando una parabola di diametro 1 m, il rapporto Eb / N 0 all uscita del cavo coassiale si riduce da 7.50 db ("cielo chiaro") a.81 db. Il peggioramento è quindi di 4.59 db, che può essere compensato utilizzando una parabola ricevente di diametro φ > 1 m. Il guadagno della parabola di diametro 1 m è dato da

5 ( 1m) π1m = η λ mentre il guadagno della nuova parabola è dato da πφ φ = η λ ( ) Per ottenere un rapporto Eb / N 0 = 7.50 db anche in caso di pioggia, il guadagno della nuova parabola deve essere tale che Quindi ( ) ( 1m) db φ = db db ( φ) ( 1m) da cui si ottiene = 10 =.877 π φ η λ φ = =.877 π 1m 1m η λ ed infine φ =.877 m = 1.7 m