Wireless 101
M09 · L01
الوحدة 9 · الدرس 1

الأرضيّة التي كنت تقف عليها

كل موازنة وصلةٍ منذ الدرس M2-L4، وسَعة شانون، وكل منحنى خطأ — كلّها افترضت أرضيّة ضوضاءٍ لم يستنبطها أحد. وثابتٌ واحدٌ ودرجة حرارة هما كل ما يلزم.

01 / 11
Wireless 101
M09 · L01
جونسون ونايكويست، 1928

الأشياء الدافئة تهسهس

حاملات الشحنة في أي مقاومةٍ فوق الصفر المطلق في حركةٍ حرارية، فالمقاومة تصنع ضوضاء. وما أثبته نايكويست هو ما يغيب عن الجواب: لا المقاومة ولا المادة — بل درجة الحرارة وعرض النطاق وحدهما.

قدرة الضوضاء الحرارية المتاحة
N = kTB \;\;\Big|\;\; N_0 = \tfrac{N}{B} = kT
02 / 11
Wireless 101
M09 · L01
T₀ = 290 كلفن، مرجع IEEE

احفظ −174

أرضية الضوضاء بالـdBm
N_{\text{dBm}} = -174 + 10\log_{10} B_{\text{Hz}}

kT₀ = 1.380649×10⁻²³ × 290 = 4.0039×10⁻²¹ واط/هرتز = 4.0039×10⁻¹⁸ ملي واط/هرتز، و10log₁₀ لها هو −173.98 dBm/هرتز. وعند 300 كلفن تحصل على −173.8 — فاختر واحدةً وابقَ عليها.

03 / 11
Wireless 101
M09 · L01
−174 + 10log₁₀B

عرض النطاق ضوضاء

التوسيع من 20 إلى 100 ميغاهرتز عاملُ خمسةٍ أي 7 ديسيبل — وترتفع الأرضيّة 7 ديسيبل بالضبط. فالقنوات العريضة تشتري السَعة بالضوضاء، وهو التبادل الذي سعّره شانون في الدرس M6-L1.

1 MHz · +60.0
−114 dBm
20 MHz · +73.0
−101 dBm
100 MHz · +80.0
−94 dBm
04 / 11
Wireless 101
M09 · L01
النسبة وأقرباؤها

قُل أيّ نسبةٍ تعني

النسبة وEb/N₀ والكفاءة الطيفية
\mathrm{SNR} = \tfrac{E_b R_b}{N_0 B} = \tfrac{E_b}{N_0}\cdot\tfrac{R_b}{B}

راديو واحد وثلاثة أرقام: 20 ديسيبل من النسبة في 20 ميغاهرتز هي C/N₀ = 93 ديسيبل-هرتز، وعند 4 بتّ/ث/هرتز هي Eb/N₀ = 14 ديسيبل. أورِد الخطأ منها فتخرج الموازنة بـ73 ديسيبل.

05 / 11
Wireless 101
M09 · L01
جرّبها — ابنِ حساسيّة

أرضيّة وعامل ضوضاء وحساسية

ثلاثة مؤشّرات وأربعة أرقام. راقب السلّم يصعد من الأرضيّة الحرارية إلى أضعف إشارةٍ ينفع بها هذا المستقبِل.

عرض النطاق 20.0 MHz
عامل الضوضاء NF 5.0 dB
النسبة المطلوبة SNR 20 dB
حرارية −101.0 dBm مع NF −96.0 dBm الحساسية −76.0 dBm شانون 133 Mb/s
06 / 11
Wireless 101
M09 · L01
عامل الضوضاء

ما يضيفه المستقبِل

معامل الضوضاء ودرجة حرارة الضوضاء المكافئة
F = \tfrac{\mathrm{SNR}_{in}}{\mathrm{SNR}_{out}} \;\Big|\; T_e = T_0(F-1)

عند NF = 1 ديسيبل تكون F = 1.259، فتكون Te = 290 × 0.259 = 75 كلفن. وعند 3 ديسيبل تكون F = 1.995 وTe = 289 كلفن — أي أن المستقبِل يضاعف الضوضاء. وF لا تقول شيئاً عن الكسب.

07 / 11
Wireless 101
M09 · L01
فرايس 1944 — نسبٌ خطّية فقط

المرحلة الأولى هي التي تقرّر

معامل الضوضاء المتسلسل
F_{tot} = F_1 + \tfrac{F_2-1}{G_1} + \tfrac{F_3-1}{G_1G_2} + \cdots

مكبّر منخفض الضوضاء (1 ديسيبل، كسب 20) → خالط (8، كسب 10) → تردّد وسيط (15): 1.259 + 5.31/100 + 30.6/1000 = 1.3427، أي NF 1.28 ديسيبل. وضَعِ الخالط أوّلاً فتعطي الأجزاء نفسها 6.31 + 0.0259 + 0.0306 = 6.366، أي 8.04 ديسيبل.

08 / 11
Wireless 101
M09 · L01
محسوب — 20 ميغاهرتز، NF 5، 64-QAM

الحساسية في أربعة حدود

حساسية المستقبِل
S_{\text{dBm}} = -174 + 10\log_{10}B + \mathrm{NF} + \mathrm{SNR}_{req}

−174 + 73.0 + 5 + 20 = −76 dBm. والراديوات الحقيقية تقصّر عنها بهامش تنفيذ — وفي نطاقٍ مزدحمٍ يضع الجيران الأرضيّة التي تراها فعلاً، لا kTB (الدرس M9-L3).

09 / 11
Wireless 101
اختبار سريع

تحقّق ممّا ثبت

أربعة أسئلة من هذا الدرس. أجب لترى السبب — يظهر الشرح سواء أصبتَ أم أخطأت. ولا شيء يُسجَّل أو يُحفَظ.

السؤال 1 من 0
النتيجة 0/0

10 / 11
Wireless 101
M09 · L01
خلاصة

ما تعلّمته

  • N = kTB، وkT₀ عند 290 كلفن هي −174 dBm/هرتز
  • أي أرضيّة هي −174 + 10log₁₀B: أي −101 dBm في 20 ميغاهرتز
  • SNR = (Eb/N₀)(Rb/B)؛ وC/N₀ تضيف 10log₁₀B
  • NF = 10log₁₀F وTe = T₀(F−1): فـ3 ديسيبل 289 كلفن
  • فرايس: 1.28 ديسيبل بالمكبّر أوّلاً، و8.04 بالخالط أوّلاً
التالي في الوحدة 9
11 / 11