Бюджет радиоканала представляет собой сводку уровней мощности передатчика, системных потерь и усиления.
При проектировании полной, т. е. сквозной системы радиосвязи, необходимо рассчитать то, что называется бюджетом радиолинии. Бюджет канала представляет собой сводку передаваемой мощности со всеми усилениями и потерями в системе, что позволяет рассчитать мощность принимаемого сигнала. Используя эти знания, можно определить, являются ли уровни мощности и усиления достаточными, слишком высокими или слишком низкими, а затем применить корректирующие действия, чтобы обеспечить удовлетворительную работу системы. Это гарантирует, что после того, как система будет установлена и готова к работе, будет достаточно сигнала для ее правильной работы, или если сигнал слишком высокий, и можно будет принять меры для экономии затрат. Антенны большего размера, чем требуется, высокие уровни мощности передатчика и т.п. могут значительно увеличить стоимость, поэтому необходимо сбалансировать их, чтобы минимизировать стоимость системы при сохранении производительности. Бюджеты каналов используются во многих приложениях, от спутниковых каналов до систем мобильной связи, ВЧ-радиоканалов и многих других. Расчеты в стиле бюджета канала также используются в инструментах для беспроводных опросов. Эти инструменты исследования беспроводной сети будут учитывать не только способ распространения радиосигналов, но и уровни мощности, антенны и уровни чувствительности приемника, необходимые для обеспечения требуемого качества связи.
Бюджет радиоканала – основы
Как следует из названия, бюджет радиолинии представляет собой сводку всех выигрышей и потерь в системе передачи. Бюджет радиоканала суммирует передаваемую мощность с коэффициентами усиления и потерь для определения уровня сигнала, поступающего на вход приемника. Бюджет ссылок может включать следующие пункты:
Там, где потери могут меняться со временем, например, замирания, и для этого необходимо сделать поправку в бюджете канала — часто можно брать наихудший случай или, в качестве альтернативы, допускать периоды повышенной частоты ошибок по битам (для цифровых сигналов) или ухудшенного сигнала. к шуму для аналоговых систем. По сути, бюджет ссылок будет иметь форму следующего уравнения:
Базовый расчет для определения ссылочного бюджета довольно прост. В основном это вопрос учета всех различных потерь и усилений между передатчиком и приемником. После расчета бюджета канала можно сравнить рассчитанный уровень принимаемого сигнала с параметрами приемника, чтобы определить, можно ли будет удовлетворить общие требования к характеристикам системы в отношении отношения сигнал/шум, частоты ошибок по битам и т. д.
Формула бюджета радиоканала
Чтобы разработать формулу бюджета радиолинии, необходимо исследовать все области, в которых могут возникать усиления и потери между передатчиком и приемником. Хотя можно сделать рекомендации и предложения относительно возможных областей потерь и выгод, каждое звено должно быть проанализировано по существу. Типичное уравнение баланса канала для системы радиосвязи может выглядеть следующим образом:
P RX = принимаемая мощность (дБм)
P TX = выходная мощность передатчика (дБм)
G TX = усиление антенны передатчика (дБи)
G RX = усиление антенны приемника (дБи)
L TX = фидер передачи и связанные с ним потери (фидер, разъемы, и т. д.) (дБ)
L FS = потери в свободном пространстве или потери на пути распространения (дБ)
L P = разные потери при распространении сигнала (к ним относятся запас на затухание, рассогласование поляризации, потери, связанные со средой, через которую распространяется сигнал, другие потери…) (дБ)
L RX = фидер приемника и связанные с ним потери (фидер, соединители и т. д.) (d)B
Обратите внимание, что для наглядности потери в уравнении бюджета линии показаны с отрицательным знаком, например, LTX или LFS и т. д. При вводе цифр в формулу бюджета радиолинии их следует вводить как модуль потерь. Таким образом, они будут вычтены, а не добавлены к цифре.
Усиление антенны и бюджет радиоканала
Базовое уравнение баланса линии, в которое не включены уровни усиления антенны, предполагает, что мощность распространяется равномерно во всех направлениях от источника, т. е. от изотропного источника, антенны, излучающей одинаково во всех направлениях. Это предположение подходит для многих теоретических расчетов, но на самом деле все антенны в одних направлениях излучают больше, чем в других. В дополнение к этому часто необходимо использовать антенны с усилением, чтобы уменьшить помехи с других направлений на приемнике, а на передатчике сфокусировать доступную мощность передатчика в требуемом направлении.
Ввиду этого необходимо учесть эти коэффициенты усиления в уравнении бюджета канала, как они были в приведенном выше уравнении, потому что они будут влиять на уровни сигнала, увеличивая их на уровни усиления антенны, предполагая, что усиление находится в направлении необходимая линия. При указании уровней усиления для антенн необходимо убедиться, что они являются усилениями по сравнению с изотропным источником, т. е. основным типом антенны, предполагаемым в уравнении, когда уровни усиления не включены. Показатели усиления относительно изотропного источника указаны в дБи, т.е. дБ относительно изотропного источника. Часто уровни усиления, указанные для антенны, могут быть усилением относительно диполя, где цифры могут быть указаны как дБд, т. е. дБ относительно диполя. Однако диполь имеет усиление по сравнению с изотропным источником, поэтому усиление диполя равно 2.
Расчет бюджета канала является важным шагом в проектировании системы радиосвязи. Расчет бюджета линии позволяет увидеть потери и выигрыши, а разработка бюджета линии позволяет распределить потери, усиления и уровни мощности, если необходимо внести изменения, чтобы система радиосвязи соответствовала ее эксплуатационным требованиям. Это возможно только при проведении анализа бюджета ссылок.