Med hjälp av denna kunskap är det möjligt att avgöra om effekt- och förstärkningsnivåerna är tillräckliga i ett system. Man kan sedan vidta korrigerande åtgärder för att se till att systemet fungerar på ett tillfredsställande sätt. Är signalnivåerna för låga kan man addera förstärkande antenner. Är de för höga kan man välja en enklare antenn för att spara kostnader.
Vem använder länkbudget?
Länkbudgetar används i många tillämpningar, från satellitlänkar till mobilnätverk, radiolänksnät, kommunikationssystem och så vidare.
Beräkningar i stil med länkbudgetar finns också i form av digitala verktyg för kartläggning av trådlösa system. Vi brukar kalla dem för simulationer, där vi i en datormiljö simulerar en radiolänk. Dessa verktyg för tittar inte bara på hur radiosignaler sprids, utan även på de effektnivåer, antenner och mottagarkänslighetsnivåer som krävs för att ge den nödvändiga länkkvaliteten. Vi gör den typen av kartläggningar på begäran ofta utan kostnad för dig.
Varför länkbudget?
Man räknar ut en länkbudget för att garantera att när systemet väl är installerat och redo för drift kommer det att finnas en tillräcklig signal och marginal för att det ska fungera korrekt. Att ta fram sin länkbudget är viktigt för att klarlägga om sändarens signal är tillräckligt stark för att nå mottagaren. Genom en ekvation så tittar man på vilken del av sändareffekten som når mottagaren efter dämpning av den överförda signalen på grund av utbredning, antennvinster, kabeldämpning och andra förluster. Men man tittar även på förstärkning av signalen längs vägen i form av förstärkande signaler som antenner som signalen passerar.
Ekvationen
En enkel ekvation för länkbudget ser ut så här:
Effektnivåer uttrycks i (dBm), effektvinster och effektförluster uttrycks i decibel (dB), och du kan läsa mer om dB här.
För den mer avancerade
För att kunna ta fram en formel för radiolänkbudget måste man undersöka alla delar i systemet där vinster och förluster kan uppstå mellan sändaren och mottagaren. Man kan ju ge riktlinjer och förslag om möjliga områden för förluster och vinster, men varje länk analyseras och kartläggas efter sina egna meriter. Men låt oss inte krångla till det i onödan. En typisk länkbudget för ett radiokommunikationssystem kan se ut på följande sätt:
En typisk länkbudgetekvation för ett radiokommunikationssystem skulle då se ut på följande sätt:
Dessa betyder:
PRX = Mottagen effekt (dBm)
PTX = Sändarens effekt (dBm)
GTX = Sändarantennens förstärkning (dB)
LTX = Antennkablar och antennkontakters förluster på sändarsidan (dB)
LFS = Sträckdämpning i luften (dB)
LP = Förluster vid vågutbredning (fading, polarisationsmissmatchning, diffraktion). (dB)
GRX = Mottagarantennens förstärkning (dB)
LRX = Antennkablar och antennkontakters förluster på sändarsidan (dB).
Länkbudget för radiosystem
För ett radiosystem med fri sikt är den primära källan till förlust minskningen av signaleffekten på grund av jämn vågutbredning.
Användningen av rundstrålande antenner utan antennförstärkning är sällsynt i telekommunikationssystem, så nästan varje ekvation för länkbudget måste ta hänsyn till antennförstärkning.
Riktantenner riktar signalen i en riktning och tillför antennförstärkning till länkbudgeten. Mottagarantennen är också typiskt riktad i sådana system, och adderar också antennvinst till systemet.
Antennkablarna dämpar olika beroende på längd och material, vilket också måste beaktas i beräkningen som en signalförlust.
Den magiska luften
Den största dämpningen återfinns i luften. Träd, berg och annat täcker fresnelzonen och tillför förluster på grund av en delvis blockerad sikt. En radiolänk fungerar bäst vid fri sikt, men det är ett scenario som sällan återfinns. Man måste även räkna in dopplereffekten som försvagar signalen samt olika typer av fraktion som uppstår på grund av hinder i vägen.
Om den uppskattade mottagna signalens effekt är tillräckligt stor i förhållande till mottagarens känslighet är länken att vara användbar för att skicka data. Det värde med vilket den mottagna effekten överstiger mottagarens känslighet kallas länkmarginal. Om man har en marginal på 6-9 dB så har man för band under 1 GHz ofta en tillräcklig marginal för att kompensera för lövsprickning, terräng som förändras mm.
Förlusterna i framförallt luften kan variera över tid, genom att byggnader rivs, nya kommer till, naturen förändras. Detta bör man tas hänsyn till i länkbudgeten – ofta kan man utgå från det värsta fallet och addera länkmarginalen som beskrivs ovan.
Vad gör man vid för låg marginal?
Det man kan göra för att öka marginalen är att höja antennerna över marken, välja en kraftigare antenn och en antennkabel som dämpar mindre.
Kan man kompensera för förlusterna?
Det beror på. Vissa överföringsprotokoll kan tolerera en ökad bitfelsfrekvens (för digitala signaler) eller försämrat signal-brusförhållande för analoga signaler. Detta visar sig genom antingen ökat antal bit-fel (digitala länkar) eller ökat brus (analoga länkar).
Hur gör man i praktiken?
Vi kan tipsa om ett gästblogginlägg där Heikki Keränen berättar om hur SATEL använder länkbudgetverktyg.
Viktigt att göra hemläxan
Beräkningar av länkbudget är ett viktigt steg i utformningen av ett radiokommunikationssystem. Beräkningen av länkbudgeten gör det möjligt att se förluster och förstärkningar, och genom att utarbeta en länkbudget kan man optimera förluster, förstärkningar och effektnivåer och göra rätt ändringar för att radiokommunikationssystemet ska kunna uppfylla sina operativa krav. Endast genom att utföra en noggrann analys av länkbudgeten är detta möjligt.