Domanda:
Cos'è un link budget e come si crea uno?
a CVn
2013-10-26 02:43:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Come dice il titolo della domanda, che cos'è il budget di un collegamento radio? A cosa serve e come posso crearne uno?

Quattro risposte:
#1
+32
a CVn
2013-10-26 02:43:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Un link budget è un riepilogo di un link di comunicazione che cerca di prendere in considerazione tutti i fattori che hanno un impatto sulla potenza del segnale ricevuto. Viene spesso utilizzato per determinare la quantità minima di potenza di uscita richiesta al trasmettitore per una data potenza del segnale al ricevitore e prende in considerazione l'uscita di potenza, i guadagni dell'antenna, le perdite di propagazione, la dissolvenza accettabile del segnale e altri fattori (ad esempio, per cavi lunghi, l'attenuazione del cavo può essere un fattore e, alle frequenze delle microonde, le perdite dovute all'assorbimento nei gas atmosferici diventano un fattore significativo per i collegamenti legati alla Terra).

Per compensare sono necessari alcuni valori elementari un budget di collegamento. Per le comunicazioni in linea visiva senza ostacoli, che è la modalità di propagazione primaria su VHF e superiori, le perdite di propagazione possono essere stimate utilizzando la formula

$$ L_ {p} = -22 - 20 \ log {\ frac { r} {λ}} $$

Dove r è la distanza percorsa e λ è la lunghezza d'onda della frequenza operativa. Quando i due utilizzano le stesse unità (ad esempio, metri), Lp esce in dB ed esprime l'attenuazione (perdita) di propagazione tra due antenne isotropiche. Ad esempio, la perdita di propagazione per una distanza di 100 metri a 450 MHz è di circa 65,5 dB. Si noti che il fattore determinante è in realtà la distanza in termini di lunghezze d'onda tra le due antenne, quindi la perdita aumenta di 6 dB per ogni raddoppio della distanza fisica o della frequenza (dimezzamento della lunghezza d'onda).

Nessuna antenna è perfettamente isotropa e il dipolo comune ha un guadagno di circa 2,15 dBi (dB su isotropo) sul fianco dell'antenna. Le antenne direzionali generalmente hanno il loro guadagno specificato come dBi o dBd (dB su dipolo, che è dBi - 2,15 dB, quindi 3 dBd = 5,15 dBi).

Per facilitare i calcoli, convertire la potenza di uscita del trasmettitore in dBm. L'uso di dB in tutto trasforma molte moltiplicazioni e divisioni in addizioni e sottrazioni, semplificando notevolmente i calcoli. Ad esempio, un trasmettitore da 100 W emette +50 dBm e un trasmettitore da 5 W emette +37 dBm.

Per stabilire il budget del collegamento, aggiungere almeno la potenza di uscita del trasmettitore, trasmettitore guadagno dell'antenna nella direzione desiderata, perdita di propagazione e guadagno dell'antenna del ricevitore nella direzione desiderata. Effettuando i calcoli in dB relativi a qualche riferimento noto (generalmente dBm o dBW), ciò si riduce all'addizione e alla sottrazione.

Come esempio molto semplice, per un trasmettitore da 100 W con dipoli a entrambe le estremità affiancati l'uno all'altro (+2,15 dBi × 2), su un percorso non ostruito di 20 km utilizzando una frequenza di 150 MHz (lunghezza d'onda di 2,00 metri), otteniamo:

  +50 dBm di potenza in uscita + 2,15 dBi di guadagno dell'antenna del trasmettitore -102 dB di perdita di propagazione, 20 km a 150 MHz + 2,15 dBi di guadagno dell'antenna del ricevitore == ========= -47,7 dBm di potenza del segnale al ricevitore  

Se il segnale minimo utilizzabile sul ricevitore per la modulazione e la larghezza di banda in uso, taki Considerando il rumore naturale e del ricevitore, è -90 dBm, questo ci dà un margine di circa 42 dB, che è enorme. Questo ovviamente significa che in teoria, possiamo ridurre la nostra potenza di uscita di una quantità corrispondente, mantenendo le comunicazioni con solo +8 dBm di uscita, come mostrato di seguito:

  +8 dBm di potenza di uscita + 2,15 dBi guadagno dell'antenna del trasmettitore -102 dB di perdita di propagazione, 20 km a 150 MHz + 2,15 dBi del guadagno dell'antenna del ricevitore =========== -89,7 dBm di potenza del segnale al ricevitore  

Certo, il budget di collegamento di cui sopra non ci dà a tutti gli effetti alcun margine: per mantenere le comunicazioni su questo percorso utilizzando questa apparecchiatura e modalità di trasmissione, tutto deve funzionare perfettamente. Per avere un margine di 10 dB per problemi come la dissolvenza, dovremmo usare +18 dBm (leggermente meno di 100 mW = +20 dBm) di potenza, che è banalmente ottenibile con praticamente qualsiasi palmare radio.

Un link budget per un collegamento HF, o un collegamento VHF ostruito, è molto più complesso perché le perdite di propagazione sono più difficili da calcolare rispetto a un collegamento in linea di vista pura, ma il principio generale rimane esattamente lo stesso. Un budget di collegamento completo per un collegamento in linea di vista includerà almeno i seguenti fattori:

  • + Potenza di uscita del trasmettitore
  • - Attenuazione nel cablaggio dell'antenna del trasmettitore, incluso qualsiasi rete di adattamento dell'impedenza
  • + Guadagno dell'antenna del trasmettitore in direzione del ricevitore
  • - Perdita di propagazione nello spazio libero
  • - Attenuazione dovuta all'assorbimento nei gas atmosferici
  • - Margine per l'attenuazione dovuta alla pioggia
  • - Margine per l'attenuazione nella foglia di alberi
  • - Margine per l'attenuazione dovuta alla riflessione contro i muri, ecc.
  • - Margine per la dissolvenza del segnale
  • + Guadagno dell'antenna del ricevitore in direzione del trasmettitore
  • - Attenuazione nel cablaggio dell'antenna del ricevitore, inclusa qualsiasi rete di adattamento dell'impedenza
  • = Potenza del segnale ai terminali di ingresso del ricevitore, da confrontare con la potenza del segnale minima necessaria

È importante notare che molti di questi fattori (perdita di propagazione, assorbimento atmosferico, foilage perdite, e così via) dipendono fortemente dalla frequenza operativa. Ciò significa che è improbabile che un budget di collegamento per una frequenza sia applicabile a un'altra frequenza, anche se nient'altro cambia.

#2
+13
Phil Karn
2015-07-14 04:48:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Questa è una buona risposta, ma posso aggiungere qualche dettaglio in più.

La formula esatta per la perdita del percorso è $$ 20 \ times \ log_ {10} \ left ( 4 \ times \ pi \ times \ frac {d} {\ lambda {}} \ right) $$ $ 20 \ times \ log_ {10} \ left (4 \ times \ pi {} \ right) \ circa 21,98 $, ed è da qui che proviene il "22".

Se le specifiche del ricevitore danno una potenza di segnale minima, l'analisi sopra è praticamente tutto ciò di cui hai bisogno. Ma in un budget di collegamento più generale, è necessario calcolare autonomamente la potenza di ricezione richiesta dalla velocità dei dati, dal tipo di modulazione e codifica e dalla temperatura del rumore del sistema ricevitore.

La modulazione / codifica più efficiente dal punto di vista energetico il metodo in uso è la codifica turbo con velocità 1/6 su BPSK (binary phase shift keying). Questo è un segnale spaziale molto popolare; è utilizzato da New Horizons su Plutone, per esempio. Questo particolare segnale richiede un minimo $ E_b / N_0 $ di circa 0 dB.

Che cos'è $ E_b / N_0 $? È l'energia ricevuta per bit divisa per la densità spettrale della potenza del rumore ricevuta in watt / Hz. Anche questo ha unità di energia, quindi il rapporto è adimensionale. Di solito è espresso in decibel. Il famoso Shannon Limit dice che è impossibile far funzionare un sistema senza errori a $ E_b / N_0 $ sotto -1,6 dB anche se è possibile utilizzare una larghezza di banda infinita. Quindi puoi vedere che siamo abbastanza vicini al limite teorico.

Poi aggiungi il data rate, espresso anche in decibel (rispetto a 1 bps). Ad esempio, 1000 b / s sarebbe 30 dB (bps), quindi il tuo segnale New Horizons richiederebbe un $ P / N_0 $ di almeno 0 + 30 = +30 dB, dove P è la potenza ricevuta.

Questo ci lascia solo con $ N_0 $. Nelle comunicazioni spaziali, il rumore è solitamente espresso come temperatura T poiché tutto ciò al di sopra dello zero assoluto genera rumore termico. La grande parabola da 70 metri nei siti della NASA Deep Space Network ha una temperatura del rumore di 17,5 kelvin (l'ho cercato). Per ottenere N0, moltiplica T per la costante di Boltzmann, 1,38e-23 J / K o -228,6 dBW / Hz-K. Quindi 17,5K è un $ N_0 $ di -216,2 dBW / Hz (o dBJ, stesse unità).

Ora hai quello che ti serve per calcolare P, la potenza di ricezione richiesta. È semplicemente -216,2 dBW / Hz + 30 dB-Hz = -186,2 dBW o -156,2 dBm. Non è molto, ma è ancora difficile generare tutto il percorso da Plutone!

Primo motivo K9a ??
Sì, sono io.
#3
+1
Edwin van Mierlo
2018-11-15 19:15:12 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Vorrei eliminare l'ultima domanda dal titolo.

come faccio a crearne una?

Utilizzando uno strumento, come

Questo è uno strumento gratuito e funziona con le frequenze dei radioamatori.

Una volta iniziato, per visualizzare un "Link", procedi come segue

  • Utilizza "Nuovo sito" dal menu principale per impostare sia la posizione TX che la posizione RX
  • Utilizza "Nuovo collegamento" dal menu principale per impostare un nuovo collegamento.

Questo ti darà una bella rappresentazione grafica del tuo collegamento e dei dati di accompagnamento che sono stati usati per il suo calcolo.

YMMV.

#4
  0
Richard Fry
2018-11-15 18:40:27 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Una soluzione pratica per esaminare le prestazioni di un collegamento radio terrestre non richiede la considerazione di contributori molto piccoli a tale prestazione.

Prestazioni del collegamento che considerano i fattori principali come frequenza, potenza irradiata, La sensibilità del sistema di ricezione, la perdita del percorso LOS di spazio libero, le perdite aggiuntive dovute al percorso diretto e alle ostruzioni / riflessioni della zona di Fresnel dalla terra, ecc. possono essere calcolate utilmente consentendo un "margine di dissolvenza" sufficiente per tenere conto delle variazioni di perdita del percorso temporale.

Di seguito è riportato un esempio di software che utilizza questo approccio per valutare le prestazioni previste di una stazione di trasmissione FM per le condizioni ivi mostrate. L'analisi include gli effetti delle elevazioni del terreno lungo il percorso circolare grande tra le antenne di trasmissione e di ricezione.

Si noti che nonostante una significativa ostruzione al percorso LOS e alle zone di Fresnel, il margine di dissolvenza calcolato per questa applicazione supera 20 dB - che consentirebbe un'affidabilità del collegamento molto elevata.

Longley-Rice Path Analysis.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
Loading...