Frage:
Was ist ein Linkbudget und wie erstelle ich eines?
a CVn
2013-10-26 02:43:25 UTC
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Wie der Fragentitel sagt, was ist ein Budget für Funkverbindungen? Wofür ist es nützlich und wie mache ich eine?

Vier antworten:
#1
+32
a CVn
2013-10-26 02:43:25 UTC
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Ein Verbindungsbudget ist eine Zusammenfassung einer Kommunikationsverbindung, die versucht, alle Faktoren zu berücksichtigen, die sich auf die empfangene Signalstärke auswirken. Es wird häufig verwendet, um die minimale Menge an Ausgangsleistung zu bestimmen, die am Sender für eine bestimmte Signalstärke am Empfänger erforderlich ist, und berücksichtigt die Ausgangsleistung, Antennengewinne, Ausbreitungsverluste, akzeptables Signalschwund und andere Faktoren (z Bei langen Kabelstrecken kann die Kabeldämpfung ein Faktor sein, und bei Mikrowellenfrequenzen werden Verluste aufgrund der Absorption in atmosphärischen Gasen zu einem signifikanten Faktor für erdgebundene Verbindungen.

Zum Ausgleich sind einige Elementarwerte erforderlich ein Linkbudget. Für eine ungehinderte Sichtlinienkommunikation, die der primäre Ausbreitungsmodus bei UKW und höher ist, können Ausbreitungsverluste unter Verwendung der Formel

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

Wobei r die zurückgelegte Strecke und λ die Wellenlänge der Betriebsfrequenz ist. Wenn beide dieselben Einheiten verwenden (z. B. Meter), wird Lp in dB ausgegeben und drückt die Ausbreitungsdämpfung (Verlust) zwischen zwei isotropen Antennen aus. Beispielsweise beträgt der Ausbreitungsverlust für eine Entfernung von 100 Metern bei 450 MHz ungefähr 65,5 dB. Es ist zu beachten, dass der bestimmende Faktor tatsächlich der Abstand in Bezug auf die Wellenlängen zwischen den beiden Antennen ist, so dass der Verlust bei jeder Verdoppelung entweder des physikalischen Abstands oder der Frequenz (Halbierung der Wellenlänge) um 6 dB steigt.

Keine Antenne ist perfekt isotrop, und der gemeinsame Dipol hat eine Verstärkung von ungefähr 2,15 dBi (dB über isotrop) Breitseite zur Antenne. Bei Richtantennen wird die Verstärkung im Allgemeinen entweder als dBi oder dBd angegeben (dB über Dipol, dh dBi - 2,15 dB, also 3 dBd = 5,15 dBi).

Um Berechnungen zu vereinfachen, konvertieren Sie die Ausgangsleistung des Senders in dBm. Durch die Verwendung von dB werden viele Multiplikationen und Divisionen in Additionen und Subtraktionen umgewandelt, was die Berechnungen erheblich vereinfacht. Beispielsweise gibt ein 100-W-Sender +50 dBm und ein 5-W-Sender +37 dBm aus.

Um das Verbindungsbudget festzulegen, addieren Sie mindestens die Senderausgangsleistung Sender Antennengewinn in der gewünschten Richtung, Ausbreitungsverlust und Empfängerantennengewinn in der gewünschten Richtung. Wenn die Berechnungen in dB relativ zu einer bekannten Referenz (im Allgemeinen dBm oder dBW) durchgeführt werden, kommt es auf Addition und Subtraktion an.

Als sehr einfaches Beispiel für einen 100-W-Sender mit Dipolen an beiden Enden auf der Breitseite (+2,15 dBi × 2) über einen ungehinderten 20-km-Pfad mit einer Frequenz von 150 MHz (2,00 Meter Wellenlänge) erhalten wir:

  +50 dBm Ausgangsleistung + 2,15 dBi Senderantennengewinn -102 dB Ausbreitungsverlust, 20 km bei 150 MHz + 2,15 dBi Empfängerantennengewinn == ========= -47,7 dBm Signalstärke am Empfänger  

Wenn das minimal verwendbare Signal am Empfänger für die verwendete Modulation und Bandbreite, taki Wenn man das natürliche Rauschen und das Empfängerrauschen berücksichtigt, beträgt es -90 dBm. Dies ergibt eine Marge von etwa 42 dB, was enorm ist. Dies bedeutet natürlich, dass wir theoretisch unsere Ausgangsleistung um einen entsprechenden Betrag reduzieren können, indem wir die Kommunikation mit nur +8 dBm Ausgang aufrechterhalten, wie unten dargestellt:

  +8 dBm Ausgangsleistung + 2,15 dBi Senderantennengewinn -102 dB Ausbreitungsverlust, 20 km bei 150 MHz + 2,15 dBi Empfängerantennengewinn =========== -89,7 dBm Signalstärke am Empfänger  

Zugegeben, das obige Linkbudget gibt uns in jeder Hinsicht keinen Spielraum: Um die Kommunikation über diesen Pfad mit dieser Ausrüstung und Übertragungsart aufrechtzuerhalten, muss alles absolut perfekt funktionieren. Um einen Spielraum von 10 dB für Probleme wie Fading zu haben, müssten wir eine Ausgangsleistung von +18 dBm (etwas weniger als 100 mW = +20 dBm) verwenden, die mit praktisch jedem Handheld trivial erreichbar ist Radio.

Ein Verbindungsbudget für eine HF-Verbindung oder eine blockierte UKW-Verbindung ist viel komplexer, da die Ausbreitungsverluste schwerer zu berechnen sind als für eine reine Sichtverbindung, aber das allgemeine Prinzip bleibt genau gleich. Ein vollständiges Verbindungsbudget für eine Sichtverbindung umfasst mindestens die folgenden Faktoren:

  • + Senderausgangsleistung
  • - Dämpfung der Antennenverkabelung des Senders, einschließlich jedes Impedanzanpassungsnetzwerk
  • + Senderantennengewinn in Richtung des Empfängers
  • - Ausbreitungsverlust im freien Raum
  • - Dämpfung aufgrund der Absorption in atmosphärischen Gasen
  • - Rand für Dämpfung aufgrund von Regen
  • - Rand für Dämpfung in Baumfolie
  • - Rand für Dämpfung aufgrund von Reflexion an Wänden usw.
  • - Spielraum für Signalschwund
  • + Verstärkung der Empfängerantenne in Richtung des Senders
  • - Dämpfung der Antennenverkabelung des Empfängers, einschließlich eines Impedanzanpassungsnetzwerks
  • = Signalstärke an den Eingangsanschlüssen des Empfängers, verglichen mit der minimal erforderlichen Signalstärke

Es ist wichtig zu beachten, dass mehrere dieser Faktoren (Ausbreitungsverlust, atmosphärische Absorption, Folie) Verluste usw.) hängen stark von der Betriebsfrequenz ab. Dies bedeutet, dass ein Verbindungsbudget für eine Frequenz wahrscheinlich nicht für eine andere Frequenz gilt, selbst wenn sich nichts anderes ändert.

#2
+13
Phil Karn
2015-07-14 04:48:21 UTC
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Das ist eine ziemlich gute Antwort, aber ich kann noch einige Details hinzufügen.

Die genaue Formel für den Pfadverlust lautet $$ 20 \ times \ log_ {10} \ left ( 4 \ times \ pi \ times \ frac {d} {\ lambda {}} \ right) $$ $ 20 \ times \ log_ {10} \ left (4 \ times \ pi {} \ right) \ ca. 21,98 $, und von dort kommt die '22'.

Wenn Ihre Empfängerspezifikationen eine minimale Signalstärke angeben, ist die obige Analyse so ziemlich alles, was Sie brauchen. In einem allgemeineren Verbindungsbudget müssen Sie die erforderliche Empfangsleistung jedoch selbst aus der Datenrate, der Art der Modulation und Codierung und der Rauschtemperatur des Empfängersystems berechnen.

Die energieeffizienteste Modulation / Codierung Die verwendete Methode ist die Turbocodierung mit Rate 1/6 über BPSK (binäre Phasenumtastung). Dies ist ein sehr beliebtes Weltraumsignal. Es wird zum Beispiel von New Horizons in Pluto verwendet. Dieses spezielle Signal erfordert ein Minimum von $ E_b / N_0 $ von ungefähr 0 dB.

Was ist $ E_b / N_0 $? Dies ist die empfangene Energie pro Bit geteilt durch die empfangene spektrale Rauschleistungsdichte in Watt / Hz. Dies hat auch Energieeinheiten, so dass das Verhältnis dimensionslos ist. Es wird normalerweise in Dezibel ausgedrückt. Das berühmte Shannon-Limit besagt, dass es unmöglich ist, ein System bei einem $ E_b / N_0 $ unter -1,6 dB fehlerfrei zu betreiben, selbst wenn Sie eine unendliche Bandbreite verwenden können. Sie sehen also, dass wir ziemlich nahe an der theoretischen Grenze sind.

Dann addieren Sie die Datenrate, die auch in Dezibel (in Bezug auf 1 bps) ausgedrückt wird. Zum Beispiel wären 1000 b / s 30 dB (bps), sodass Ihr New Horizons-Signal ein $ P / N_0 $ von mindestens 0 + 30 = +30 dB erfordern würde, wobei P Empfangsleistung ist.

Das lässt uns nur $ N_0 $. In der Weltraumkommunikation wird Rauschen normalerweise als Temperatur T ausgedrückt, da alles über dem absoluten Nullpunkt thermisches Rauschen erzeugt. Die große 70-Meter-Schüssel an den Standorten des NASA Deep Space Network hat eine Geräuschtemperatur von 17,5 Kelvin (ich habe nachgeschlagen). Um N0 zu erhalten, multiplizieren Sie T mit der Boltzmann-Konstante 1,38e-23 J / K oder -228,6 dBW / Hz-K. 17,5 K sind also ein $ N_0 $ von -216,2 dBW / Hz (oder dBJ, gleiche Einheiten).

Jetzt haben Sie das, was Sie brauchen, um P zu berechnen, die erforderliche Empfangsleistung. Es ist einfach -216,2 dBW / Hz + 30 dB-Hz = -186,2 dBW oder -156,2 dBm. Das ist nicht viel, aber es ist immer noch schwierig, den ganzen Weg aus Pluto zu generieren!

Erster Grund K9a ??
Ja, das bin ich.
#3
+1
Edwin van Mierlo
2018-11-15 19:15:12 UTC
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Lassen Sie mich die spätere Frage aus dem Titel entfernen.

Wie erstelle ich eine?

Verwenden Sie ein Tool wie

Dies ist ein kostenloses Tool, das für Amateurfunkfrequenzen funktioniert.

Wenn Sie mit dem Anzeigen eines "Links" beginnen, führen Sie die folgenden Schritte aus:

  • Verwenden Sie "Neue Site" im Hauptmenü, um sowohl den Sende- als auch den Empfangsort einzurichten.
  • Verwenden Sie "Neuer Link" im Hauptmenü, um einen neuen Link einzurichten.

Auf diese Weise erhalten Sie eine schöne grafische Darstellung Ihres Links und der dazugehörigen Daten, die für die Berechnung verwendet wurden.

YMMV.

#4
  0
Richard Fry
2018-11-15 18:40:27 UTC
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Eine praktische Lösung zur Untersuchung der Leistung einer terrestrischen Funkverbindung erfordert nicht die Berücksichtigung sehr kleiner Beiträge zu dieser Leistung.

Verbindungsleistung, die die Hauptfaktoren wie Frequenz, Strahlungsleistung, Empfangen der Systemempfindlichkeit, Verlust des freien Speicherplatz-LOS-Pfads, zusätzliche Verluste aufgrund von Hindernissen / Reflexionen des direkten Pfads und der Fresnel-Zone von der Erde usw. können sinnvoll berechnet werden, indem eine ausreichende "Überblendungsspanne" zugelassen wird, um zeitliche Pfadverlustschwankungen zu berücksichtigen

Nachfolgend finden Sie ein Beispiel für eine Software, die diesen Ansatz verwendet, um die erwartete Leistung eines FM-Senders unter den dort gezeigten Bedingungen zu bewerten. Die Analyse umfasst die Auswirkungen von Geländehöhen entlang des Großkreispfads zwischen der Sende- und der Empfangsantenne.

Beachten Sie, dass trotz einer erheblichen Behinderung des LOS-Pfads und der Fresnel-Zonen die für diese Anwendung berechnete Überblendungsspanne 20 überschreitet dB - was eine sehr hohe Verbindungszuverlässigkeit ermöglichen würde.

Longley-Rice Path Analysis.



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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