Bütçe bağlantısı - Link budget

Bir bağlantı bütçesi , bir iletişim sinyalinin bir telekomünikasyon sisteminde deneyimlediği tüm güç kazanç ve kayıplarının bir hesabıdır ; bir vericiden, radyo dalgaları , kablo , dalga kılavuzu veya optik fiber gibi bir iletişim ortamı aracılığıyla alıcıya. Yayılma nedeniyle iletilen sinyalin zayıflaması, anten kazançları ve besleme hattı ve diğer kayıplar ile alıcıdaki veya geçtiği herhangi bir tekrarlayıcıdaki sinyalin amplifikasyonundan sonra, verici gücünden alınan gücü veren bir denklemdir. . Bağlantı bütçesi, bilginin yeterli bir sinyal-gürültü oranı ile anlaşılır bir şekilde alınmasını sağlamak için alınan gücü belirlemek için bir iletişim sisteminin tasarımı sırasında hesaplanan bir tasarım yardımıdır . Gibi rasgele değişen kanal kazançları solma etkileri beklenen şiddetine bağlı olarak bir marj eklenerek dikkate alınır. Gereken marj miktarı, anten çeşitliliği veya frekans atlama gibi azaltma teknikleri kullanılarak azaltılabilir .

Basit bir bağlantı bütçe denklemi şöyle görünür:

Alınan güç (dBm) = iletilen güç (dBm) + kazançlar (dB) - kayıplar (dB)

Güç seviyeleri ( dBm ) olarak ifade edilir , Güç kazançları ve kayıpları logaritmik bir ölçüm olan desibel (dB) olarak ifade edilir , bu nedenle desibel eklemek gerçek güç oranlarını çarpmaya eşdeğerdir.

radyo sistemlerinde

Bir görüş hattı radyo sistemi için, birincil kayıp kaynağı, mesafenin ters karesiyle orantılı (geometrik yayılma) düzgün yayılma nedeniyle sinyal gücünün azalmasıdır.

• Verici antenler çoğunlukla ne izotropik (3 boyutta tek tip radyasyona sahip hayali bir anten sınıfı) ne de çok yönlü (2 boyutta tek tip radyasyona sahip gerçek bir anten sınıfı) değildir.
• Çok yönlü antenlerin telekomünikasyon sistemlerinde kullanımı nadirdir, bu nedenle hemen hemen her bağlantı bütçe denklemi anten kazancını dikkate almalıdır.
• Verici antenler tipik olarak sinyal gücünü tercih edilen bir yönde, normalde alıcı antenin yerleştirildiği yönde yoğunlaştırır.
• Verici gücü etkin bir şekilde artırılır (en yüksek anten kazancı yönünde). Bu sistemik kazanç, anten kazancının bağlantı bütçesine dahil edilmesiyle ifade edilir.
• Alıcı anten de tipik olarak yönlüdür ve uygun şekilde yönlendirildiğinde, izotropik bir antenden daha fazla güç toplar; sonuç olarak, alıcı anten kazancı (izotropikten desibel cinsinden, dBi) alınan güce eklenir.
• Anten kazançları (gönderme veya alma), söz konusu radyasyonun dalga boyuna göre ölçeklendirilir. Yeterli sistemik bağlantı bütçeleri elde edilirse bu adım gerekli olmayabilir.

Gerekli basitleştirmeler

Bağlantı bütçesi denklemleri genellikle dağınık ve karmaşıktır, bu nedenle standart uygulamalar, Friis aktarım denklemini bağlantı bütçesi denklemine basitleştirmek için gelişmiştir . Verici ve alıcı arasındaki görüş hattını varsayarak, verici ve alıcı anten kazancını, boş alan yolu kaybını ve ek kayıp ve kazançları içerir.

• Dalga boyu (veya frekans) terimi, bağlantı bütçesinin boş alan kaybı kısmının bir parçasıdır.
• Mesafe terimi de boş alan kaybında dikkate alınır.

İletim hattı ve polarizasyon kaybı

Pratik durumlarda (derin uzay telekomünikasyonu, zayıf sinyal DXing vb.) diğer sinyal kaybı kaynakları da hesaba katılmalıdır.

• Verici ve alıcı antenler kısmen çapraz polarize olabilir.
• Telsizler ve antenler arasındaki kablolama önemli ek kayıplara neden olabilir.
• Kısmen engellenmiş görüş hattı nedeniyle Fresnel bölgesi kayıpları.
• Alıcıda Doppler kayması kaynaklı sinyal gücü kayıpları.

oyun sonu

Tahmini alınan güç, kullanılan iletişim protokolüne bağlı olabilen (tipik olarak alıcı hassasiyetine göre ) yeterince büyükse , bağlantı veri göndermek için faydalı olacaktır. Alınan gücün alıcı hassasiyetini aşma miktarına bağlantı marjı denir .

Denklem

Logaritmik olarak ifade edilen tüm bu etkileri içeren bir bağlantı bütçe denklemi şöyle görünebilir:

${\displaystyle P_{\text{RX}}=P_{\text{TX}}+G_{\text{TX}}-L_{\text{TX}}-L_{\text{FS}}-L_{ M}+G_{\text{RX}}-L_{\text{RX}}\,}$

nerede:

${\displaystyle P_{\metin{RX}}}$, alınan güç (dBm)

${\displaystyle P_{\metin{TX}}}$, verici çıkış gücü (dBm)

${\displaystyle G_{\metin{TX}}}$, verici anten kazancı (dBi)

${\displaystyle L_{\metin{TX}}}$, verici kayıpları (koaks, konektörler...) (dB)

${\displaystyle L_{\metin{FS}}}$, yol kaybı , genellikle boş alan kaybı (dB)

${\displaystyle L_{\metin{M}}}$, muhtelif kayıplar ( sönme marjı, gövde kaybı, polarizasyon uyumsuzluğu, diğer kayıplar, ...) (dB)

${\displaystyle G_{\metin{RX}}}$, alıcı anten kazancı (dBi)

${\displaystyle L_{\metin{RX}}}$, alıcı kayıpları (koaks, konektörler, ...) (dB)

Genellikle yol kaybı olarak adlandırılan verici ve alıcı antenler arasındaki yayılmadan kaynaklanan kayıp, mesafenin dalga boyuna normalleştirilmesiyle boyutsuz biçimde yazılabilir:

${\displaystyle L_{\text{FS}}{\text{(dB)}}=20\log _{10}\left(4\pi {{\text{mesafe}} \over {\text{dalga boyu}) }}\sağ)}$ (mesafe ve dalga boyu aynı birimlerde olduğunda)

Yukarıdaki link bütçe denklemine değiştirildiğinde, sonuç Friis aktarım denkleminin logaritmik formudur .

Bazı durumlarda, mesafe ve dalga boyundan kaynaklanan kaybı ayrı ayrı ele almak uygundur, ancak bu durumda, her seçim farklı bir sabit kayma içerdiğinden, hangi birimlerin kullanıldığını takip etmek önemlidir. Bazı örnekler aşağıda verilmiştir.

${\displaystyle L_{\metin{FS}}}$ (dB) ≈ 32,45 dB + 20 log[frekans (MHz)] + 20 log[mesafe (km)]

${\displaystyle L_{\metin{FS}}}$ (dB) ≈ −27,55 dB + 20 log[frekans (MHz)] + 20 log[mesafe (m)]

${\displaystyle L_{\metin{FS}}}$ (dB) ≈ 36,6 dB + 20 log[frekans (MHz)] + 20 log[mesafe (mil)]

Bu alternatif formlar, dalga boyu ile yayılma hızı oranı ( c , yaklaşık olarak ikame edilerek) türetilebilir.3 x 10 ⁸  m / s frekans ile bölünür) ve ve MHz arasında ve (1 / sn) km veya mil ve metre arasında uygun dönüştürme faktörleri sokulmasıyla.

Görüş alanı olmayan radyo

Duvarlar ve tavanlar gibi bina engelleri nedeniyle, iç mekanlarda yayılma kayıpları önemli ölçüde daha yüksek olabilir. Bu, duvarlar ve tavanlar tarafından zayıflama ve ekipman, mobilya ve hatta insanlardan kaynaklanan tıkanmanın bir kombinasyonu nedeniyle oluşur.

• Örneğin, her iki tarafında alçıpan bulunan " 2'ye 4 " ahşap dikme duvar, duvar başına yaklaşık 6 dB kayıpla sonuçlanır.
• Eski binalar, malzeme ve görüş hattı sorunları nedeniyle yeni binalardan daha fazla iç kayıplara sahip olabilir.

Deneyimler, görüş hattı yayılımının sadece ilk 3 metre için geçerli olduğunu göstermiştir. Yoğun ofis ortamlarında iç mekanlarda 3 metreden fazla yayılma kayıpları 30 metrede 30 dB'ye kadar çıkabilir. Bu, muhafazakar olduğu için iyi bir genel kuraldır (çoğu durumda yol kaybını abartır). Gerçek yayılma kayıpları, bina inşaatına ve yerleşim planına bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir.

Sinyalin zayıflaması, büyük ölçüde sinyalin frekansına bağlıdır.

Dalga kılavuzlarında ve kablolarda

Koaksiyel ve bükümlü çift elektrik kablosu, radyo frekansı dalga kılavuzu ve optik fiber gibi yönlendirilmiş ortamlarda, mesafeyle üstel kayıplar vardır.

Yol kaybı birim mesafe başına dB cinsinden olacaktır.

Bu, her zaman ötesinde, yönlendirilmiş bir ortamdaki kaybın aynı uzunluktaki bir görüş hattı yolunu aşacağı bir geçiş mesafesi olduğu anlamına gelir.

Uzun mesafeli fiber optik iletişim , ancak ultra şeffaf cam fiberlerin geliştirilmesiyle pratik hale geldi. Tek modlu fiber için tipik bir yol kaybı , diğer herhangi bir yönlendirmeli ortamdan çok daha düşük olan 0,2 dB/km'dir.

Dünya-Ay-Dünya iletişimi

Bağlantı bütçeleri Dünya-Ay-Dünya iletişiminde önemlidir . Olarak albedo Moon çok düşük (maksimum% 12, ancak genellikle daha yakın% 7), ve bir yol kaybı üzerinde 770.000 kilometrelik dönüş mesafesi aşırı (310 yaklaşık 250 dB kullanılan VHF, UHF bandında bağlı olarak modülasyon formatı ve Doppler kaydırma efektleri), yüksek güç (100 watt'tan fazla) ve yüksek kazançlı antenler (20 dB'den fazla) kullanılmalıdır.  

• Pratikte bu, bu tekniğin VHF ve üzerindeki spektrumda kullanımını sınırlar .
• EME iletişiminin mümkün olması için Ay ufkun üzerinde olmalıdır.

Bunu başaran ilk amatör  , evinde yaptığı 250 m genişliğinde bir anten kullandı.

Voyager programı

Voyager Programı uzay aracı yüksek bilinen yol kaybını (308 var  2002 tarihi itibariyle dB) ve tüm telekomünikasyon devrenin en düşük bağlantı bütçeleri. Derin Uzay Ağı böyle 64 den anten boyutunu artırmak gibi iyileştirmeler, bir dizi bir beklenenden daha yüksek bit hızında bağlantıyı sürdürmek mümkün olmuştur  70 m  1.2 için m  bir 0.5 için düşük gürültülü elektronik dB kazanç ve yükseltmeye  2000–2001'de dB kazancı. Neptün uçuşu sırasında, 70 m antene ek olarak, kazancı 5,6  dB artırmak için iki 34 m anten ve yirmi yedi 25 m anten kullanıldı ve 4 kat artış için ek bağlantı marjı sağlandı. bit hızı.

Ayrıca bakınız

• Friis iletim denklemi
• Anten kazanç-gürültü-sıcaklık
• izotropik radyatör
• radyasyon modeli
• Çok yollu yayılım
• RF planlaması

Referanslar

Dış bağlantılar

• Kablosuz LAN için bağlantı bütçe hesaplayıcı
• Bağlantı bütçesi öğreticisi
• Noktadan noktaya bağlantı bütçe hesaplayıcısı
• MUOS Link bütçe hesaplayıcısı/planlayıcısı
• Örnek LTE, GSM ve UMTS Bağlantı Bütçeleri
• uydular için Python bağlantı bütçe hesaplayıcısı
• Küçük uydular bütçeyi birbirine bağlar (python örnekleriyle)