Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

4.4.2
Carrier-to-Noise Ratio
The strength of the carrier relative to the noise and not the absolute level of what
comes out is what determines the quality of transmission. This can be understood
by realizing that the power level of the baseband signal from the receiving station’s
signal processor can be raised by simple power amplification. However, the noise
that is present also will be amplified. Only by suppressing the noise at the input
to the receiver can the quality of transmission be improved. That is why the true
performance of the link is measured by the ratio of RF carrier power to noise
power. A variant used in digital transmission is the ratio of the energy per bit to
the noise power density,
E
b
/
N
0
. It will be shown that there is a simple constant
adjustment factor between
C
/
N
and
E
b
/
N
0
, that is,
C
N
=
E
b
N
0
⭈
R
b
B
where
R
b
is the information bit rate, and
B
is the carrier bandwidth.
A receiving system showing a carrier, white noise, and a single source of
interference is presented in Figure 4.30. The frequency spectrum is similar to the

---

4.4
Overall Link Quality
145
Figure 4.30
Frequency spectrum showing the desired carrier and the interfering carrier and white
noise, as seen on a spectrum analyzer.
display on a microwave spectrum analyzer, a useful piece of test equipment. Spec-
trum analysis is vital to microwave communications because it provides one of the
few windows for viewing the reception process. The figure shows a constant spec-
trum of white noise, providing what is referred to as a noise floor. The vertical
scale is linear, measuring power density in terms of watts per hertz. Piercing through
the floor are the desired carrier occupying bandwidth
B
and centered at frequency
F
2
, along with an interfering carrier at frequency F
1
. The total noise power,
N
,
over the bandwidth of the carrier is the product
N
0
B
. An actual spectrum analyzer
would have a vertical scale measured in decibels to simplify the measurement of
C
/
N
. In that case, the
C
/
N
in decibels is equal to the difference between the
measured decibel levels of total carrier power and noise power within the bandwidth
B
. While bandwidth can be taken into account by subtracting the quantity
10 log
B
from the spectrum analyzer reading, it is also possible to present the
spectrum analyzer’s measurement bandwidth to eliminate the need for manual
correction.
Another correction to the measurement of
C
/
N
on a spectrum analyzer results
from the fact that this instrument actually displays the sum of carrier power and
noise power, since the noise is present within the carrier bandwidth. This correction
has the following form:
(
C
+
N
)
N
=
C
N
+
N
N
=
C
N
+
1
∴
C
N
=
(
C
+
N
)
N
−
1

---

146
Microwave Link Engineering
This formula is performed on true ratios of powers, and not in decibels. To
perform this calculation, take the reading in decibels, convert to a ratio, subtract
1, and then convert back to decibels. For example, if (
C
+
N
)/
N
equals 8 dB (a
factor of 6.3), then the actual
C
/
N
equals 5.3 as a ratio or 7.2 dB.
The type of interference shown in Figure 4.30 is not noiselike and therefore
cannot be analyzed in a straightforward manner. One consideration is that only
the upper corner of the interference actually affects the carrier. The ratio of carrier
power to interference power can be taken from the spectrum analyzer display, but
its effect on the reception process also depends on the frequency offset (F
2
−
F
1
)
between the two carriers and their relative bandwidths. If due to a malfunction,
the interference may rove through the bandwidth for the carrier, affecting it as
well as other carriers on adjacent frequencies.