Pregunta:
¿Qué es un presupuesto de enlace y cómo lo hago?
a CVn
2013-10-26 02:43:25 UTC
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Como dice el título de la pregunta, ¿qué es un presupuesto de enlace de radio? ¿Para qué es útil y cómo puedo hacer uno?

Cuatro respuestas:
#1
+32
a CVn
2013-10-26 02:43:25 UTC
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Un presupuesto de enlace es un resumen de un enlace de comunicaciones que intenta tener en cuenta todos los factores que influyen en la intensidad de la señal recibida. A menudo se utiliza para determinar la cantidad mínima de potencia de salida requerida en el transmisor para una intensidad de señal determinada en el receptor, y tiene en cuenta la potencia de salida, las ganancias de antena, las pérdidas de propagación, el desvanecimiento aceptable de la señal y otros factores (por ejemplo, para tramos largos de cable, la atenuación del cable puede ser un factor y, a frecuencias de microondas, las pérdidas debidas a la absorción en los gases atmosféricos se convierten en un factor significativo para los enlaces terrestres).

Se requieren algunos valores elementales para compensar un presupuesto de enlace. Para comunicaciones de línea de visión sin obstrucciones, que es el modo de propagación principal en VHF y superiores, las pérdidas de propagación se pueden estimar usando la fórmula

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

Donde r es la distancia recorrida y λ es la longitud de onda de la frecuencia operativa. Cuando los dos usan las mismas unidades (por ejemplo, metros), Lp sale en dB y expresa la atenuación (pérdida) de propagación entre dos antenas isotrópicas. Por ejemplo, la pérdida de propagación para una distancia de 100 metros a 450 MHz es de aproximadamente 65,5 dB. Tenga en cuenta que el factor determinante es en realidad la distancia en términos de longitudes de onda entre las dos antenas, por lo que la pérdida aumenta en 6 dB por cada duplicación de la distancia física o la frecuencia (reducción a la mitad de la longitud de onda).

Ninguna antena es perfectamente isótropa y el dipolo común tiene una ganancia de aproximadamente 2,15 dBi (dB sobre isótropo) en el costado de la antena. Las antenas direccionales generalmente tienen su ganancia especificada como dBi o dBd (dB sobre dipolo, que es dBi - 2,15 dB, por lo que 3 dBd = 5,15 dBi).

Para facilitar los cálculos, convierta la potencia de salida del transmisor a dBm. El uso de dB en todas partes convierte muchas multiplicaciones y divisiones en sumas y restas, lo que simplifica enormemente los cálculos. Por ejemplo, un transmisor de 100 W emite +50 dBm y un transmisor de 5 W emite +37 dBm.

Para hacer el balance de enlace, agregue como mínimo la potencia de salida del transmisor, transmisor ganancia de antena en la dirección deseada, pérdida de propagación y ganancia de antena del receptor en la dirección deseada. Al hacer los cálculos en dB en relación con alguna referencia conocida (generalmente dBm o dBW), esto se reduce a suma y resta.

Como un ejemplo muy simple, para un transmisor de 100 W con dipolos en ambos extremos uno al lado del otro (+2,15 dBi × 2), en una ruta de 20 km sin obstáculos con una frecuencia de 150 MHz (2,00 metros de longitud de onda), obtenemos:

  +50 dBm de potencia de salida + 2,15 dBi de ganancia de la antena del transmisor -102 dB de pérdida de propagación, 20 km a 150 MHz + 2,15 dBi de ganancia de la antena del receptor == ========= -47,7 dBm de intensidad de la señal en el receptor  

Si la señal mínima utilizable en el receptor para la modulación y el ancho de banda en uso, taki Si tenemos en cuenta el ruido natural y del receptor, es de -90 dBm, esto nos da un margen de unos 42 dB, que es enorme. Por supuesto, esto significa que, en teoría, podemos reducir nuestra potencia de salida en una cantidad correspondiente, manteniendo las comunicaciones con solo una salida de +8 dBm, como se ve a continuación:

  Salida de potencia de +8 dBm + 2.15 dBi ganancia de la antena del transmisor -102 dB de pérdida de propagación, 20 km a 150 MHz + 2,15 dBi de ganancia de la antena del receptor =========== -89,7 dBm de intensidad de la señal en el receptor  

Es cierto que el presupuesto de enlace anterior no nos da a todos los efectos ningún margen: para mantener las comunicaciones por esta ruta utilizando este equipo y modo de transmisión, todo debe funcionar absolutamente a la perfección. Para tener un margen de 10 dB para problemas como el desvanecimiento, necesitaríamos usar una salida de potencia de +18 dBm (un poco menos de 100 mW = +20 dBm), que se puede lograr de manera trivial con prácticamente cualquier dispositivo portátil radio.

Un presupuesto de enlace para un enlace de HF, o un enlace de VHF obstruido, es mucho más complejo porque las pérdidas de propagación son más difíciles de calcular que para un enlace de línea de visión pura, pero el principio general permanece exactamente igual. Un presupuesto de enlace completo para un enlace de línea de visión incluirá al menos los siguientes factores:

  • + Potencia de salida del transmisor
  • - Atenuación en el cableado de la antena del transmisor, incluyendo cualquier red de adaptación de impedancia
  • + ganancia de la antena del transmisor en la dirección del receptor
  • - pérdida de propagación en el espacio libre
  • - atenuación debida a la absorción en gases atmosféricos
  • - Margen de atenuación debido a la lluvia
  • - Margen de atenuación en follaje de árboles
  • - Margen de atenuación debido a la reflexión contra las paredes, etc.
  • - Margen para el desvanecimiento de la señal
  • + Ganancia de la antena del receptor en la dirección del transmisor
  • - Atenuación en el cableado de la antena del receptor, incluida cualquier red de adaptación de impedancia
  • = Intensidad de la señal en los terminales de entrada del receptor, que debe compararse con la intensidad de señal mínima necesaria

Es importante tener en cuenta que varios de estos factores (pérdida de propagación, absorción atmosférica, follaje pérdidas, etc.) dependen en gran medida de la frecuencia de funcionamiento. Esto significa que es poco probable que un presupuesto de enlace para una frecuencia sea aplicable a otra frecuencia, incluso si nada más cambia.

#2
+13
Phil Karn
2015-07-14 04:48:21 UTC
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Esa es una respuesta bastante buena, pero puedo agregar algunos detalles más.

La fórmula exacta para la pérdida de ruta es $$ 20 \ times \ log_ {10} \ left ( 4 \ times \ pi \ times \ frac {d} {\ lambda {}} \ right) $$ $ 20 \ times \ log_ {10} \ left (4 \ times \ pi {} \ right) \ approx 21.98 $, y de ahí viene el '22'.

Si las especificaciones de su receptor dan una intensidad de señal mínima, entonces el análisis anterior es prácticamente todo lo que necesita. Pero en un presupuesto de enlace más general, debe calcular usted mismo la potencia de recepción requerida a partir de la velocidad de datos, el tipo de modulación y codificación, y la temperatura de ruido del sistema del receptor.

La modulación / codificación con mayor eficiencia energética El método utilizado es la codificación turbo de velocidad 1/6 sobre BPSK (codificación por desplazamiento de fase binaria). Esta es una señal de espacio profundo muy popular; está siendo utilizado por New Horizons en Plutón, por ejemplo. Esta señal en particular requiere un mínimo de $ E_b / N_0 $ de aproximadamente 0 dB.

¿Qué es $ E_b / N_0 $? Es la energía recibida por bit dividida por la densidad espectral de potencia de ruido recibida en vatios / Hz. Esto también tiene unidades de energía, por lo que la relación es adimensional. Suele expresarse en decibelios. El famoso Shannon Limit dice que es imposible hacer que un sistema funcione sin errores a un $ E_b / N_0 $ por debajo de -1,6 dB, incluso si puede usar un ancho de banda infinito. Entonces puede ver que estamos bastante cerca del límite teórico.

Luego agrega la tasa de datos, también expresada en decibelios (con respecto a 1 bps). Por ejemplo, 1000 b / s serían 30 dB (bps), por lo que su señal New Horizons requeriría un $ P / N_0 $ de al menos 0 + 30 = +30 dB, donde P es la potencia recibida.

Eso nos deja con $ N_0 $. En las comunicaciones espaciales, el ruido generalmente se expresa como una temperatura T, ya que todo lo que esté por encima del cero absoluto genera ruido térmico. El gran plato de 70 m en los sitios de la Red de Espacio Profundo de la NASA tiene una temperatura de ruido de 17,5 kelvins (lo busqué). Para obtener N0, multiplica T por la constante de Boltzmann, 1.38e-23 J / K o -228.6 dBW / Hz-K. Entonces 17.5K es un $ N_0 $ de -216.2 dBW / Hz (o dBJ, mismas unidades).

Ahora tiene lo que necesita para calcular P, la potencia de recepción requerida. Es simplemente -216,2 dBW / Hz + 30 dB-Hz = -186,2 dBW o -156,2 dBm. Eso no es mucho, ¡pero aún es difícil generar desde Plutón!

Primera razón K9a ??
Sí, ese soy yo.
#3
+1
Edwin van Mierlo
2018-11-15 19:15:12 UTC
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Permítanme eliminar la pregunta posterior del título.

¿Cómo hago una?

Usando una herramienta, como

Esta es una herramienta gratuita y funcionará para frecuencias de radioaficionados.

Una vez que comience, para mostrar un "Enlace", haga lo siguiente

  • Utilice "Nuevo sitio" en el menú principal para configurar la ubicación de TX y la ubicación de RX
  • Utilice "Nuevo enlace" en el menú principal para configurar un nuevo enlace.

Esto le dará una bonita representación gráfica de su enlace y los datos que lo acompañan que se utilizaron para su cálculo.

YMMV.

#4
  0
Richard Fry
2018-11-15 18:40:27 UTC
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Una solución práctica para examinar el rendimiento de un enlace de radio terrestre no requiere la consideración de contribuyentes muy pequeños a ese rendimiento.

El rendimiento del enlace que considera los factores principales como la frecuencia, la potencia radiada, La sensibilidad del sistema de recepción, la pérdida de trayectoria LOS en el espacio libre, las pérdidas añadidas debido a la trayectoria directa y las obstrucciones / reflexiones de la zona de Fresnel desde la tierra, etc. se pueden calcular de manera útil permitiendo un "margen de desvanecimiento" suficiente para tener en cuenta las variaciones de pérdida de trayectoria temporal.

A continuación se muestra un ejemplo de software que utiliza este enfoque para evaluar el rendimiento esperado de una estación de transmisión de FM para las condiciones que se muestran allí. El análisis incluye los efectos de las elevaciones del terreno a lo largo de la trayectoria del gran círculo entre las antenas transmisora ​​y receptora.

Tenga en cuenta que a pesar de una obstrucción significativa a la trayectoria LOS y las zonas de Fresnel, el margen de desvanecimiento calculado para esta aplicación supera los 20 dB: lo que permitiría una fiabilidad de enlace muy alta.

Longley-Rice Path Analysis.



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