Haberleşme Temelleri · Mikrodalga Link Fizibilitesi: LINK-1 ve LINK-2

#25 10-GHz/1-mil LINK-1 ile 1-GHz LINK-2 için eşit 116,6-dB serbest-uzay kaybından 10-mil mesafeyi, −70-dBm LINK-1 RSL'ini ve −72,6-dBm LINK-2 hedefi için 8-dBm verici gücünü hesaplama; +20-dB ve −12,6-dB marjları karşılaştırıp ideal eşik mesafesini 2,344 mil olarak düzeltme

İki mikrodalga linkte eşit 116,6-dB FSL'yi kur; −70-dBm RSL ve 8-dBm transmitter output'u doğrula, marj işaretlerini karşılaştır ve hatalı 2,5-mil düzeltmesini 2,344 mil olarak sınırla.

Soru

10-GHz bir-mil LINK-1 ve 1-GHz LINK-2 için eşit 116,6-dB serbest-uzay kaybı, −70-dBm RSL, 8-dBm verici gücü, +20 ve −12,6-dB marjlar ile 2,344-mil ideal mesafe düzeltmesini gösteren Türkçe çözüm karesi. — İdeal free-space aritmetiğini doğrula; eşit path loss'u eşit fizibilite sayma ve 2,5-mil kestirimini receiver/availability hedefinden bağımsız kullanma.

İki linkin reference plane, gain, loss, receiver threshold ve hedef RSL verilerini ayırın; FSL=96,6+20log10(d_mile)+20log10(f_GHz) ile 10 GHz×1 mil ve 1 GHz×10 mil için 116,6 dB'yi gösterin; LINK-1 için 10,6−2+20−116,6+20−2=−70 dBm ve LINK-2 için Ptx=−72,6+2−20+116,6−20+2=8 dBm≈6,31 mW hesaplayın; marjları +20 dB ve −12,6 dB olarak çıkarın; 12,6-dB açığın ideal free-space distance çözümünü 10/10^(12,6/20)=2,344 mil olarak verin ve 2,5 milin yaklaşık 0,559 dB eksik kaldığını gösterin; receiver mode, EIRP, terrain/Fresnel, rain/gas/multipath, interference ve availability kabul kapılarını ekleyin.

Yazılı çözüm ve anlatım dökümü(çözümün tamamını gösterir)

Aşağıda defterde yazılan bütün satırlar ve bunlara eşlik eden sesli anlatımın tam metni bulunur.

1. İki ideal linkin verilerini, reference plane'lerini ve receiver kapılarını sabitle
İdeal free-space aritmetiğini doğrula; eşit path loss'u eşit fizibilite sayma ve 2,5-mil kestirimini receiver/availability hedefinden bağımsız kullanma.
Tekrar hoş geldiniz.
Bu yedinci midterm hazırlık videomuz.
Bugün iki mikrodalga bağlantımız var ve hangisinin gerçekten çalışacağını bulmak istiyoruz.
İşte veriler.
Link bir on GHz frekansta, bir mil mesafede çalışıyor.
Link iki bir GHz frekansta, ama mesafesi bilinmiyor — onu bulacağız.
Alıştırma iki bantta da Gt=Gr=20 dBi realized gain ve her uçta 2-dB feeder loss varsayıyor; bu, fiziksel antenna hardware'ının özdeş olduğunu kanıtlamaz.
Beş bölüm çözeceğiz.
a şıkkı: link iki'nin mesafesini bul, öyle ki serbest uzay kaybı link bir ile aynı olsun.
b şıkkı: link bir'in vericisi on nokta altı dBm veriyorsa, link bir RSL'ini bul.
c şıkkı: link iki'nin RSL'i eksi yetmiş iki nokta altı dBm ise, link iki'nin gerekli verici gücünü bul.
d şıkkı: alıcı eşikleri, link bir için eksi doksan dBm, link iki için eksi altmış dBm.
Hangi link çalışabilir?
e şıkkı: çalışmayan link için ne yapabiliriz?
Sesli anlatım metni
Tekrar hoş geldiniz. Bu yedinci midterm hazırlık videomuz. Bugün iki mikrodalga bağlantımız var ve hangisinin gerçekten çalışacağını bulmak istiyoruz. İşte veriler. Link bir on gigahertz frekansta, bir mil mesafede çalışıyor. Link iki bir gigahertz frekansta, ama mesafesi bilinmiyor — onu bulacağız. Her iki link de aynı antenleri kullanıyor, her uçta yirmi desibel izotropik kazanç, ve aynı kabloları, her uçta iki desibel kayıp. Beş bölüm çözeceğiz. a şıkkı: link iki'nin mesafesini bul, öyle ki serbest uzay kaybı link bir ile aynı olsun. b şıkkı: link bir'in vericisi on nokta altı desibel milivat veriyorsa, link bir Ar Es El'ini bul. c şıkkı: link iki'nin Ar Es El'i eksi yetmiş iki nokta altı desibel milivat ise, link iki'nin gerekli verici gücünü bul. d şıkkı: alıcı eşikleri, link bir için eksi doksan desibel milivat, link iki için eksi altmış desibel milivat. Hangi link çalışabilir? e şıkkı: çalışmayan link için ne yapabiliriz?
2. dB, dBm ve dBi referanslarıyla link-budget bookkeeping kur
İdeal free-space aritmetiğini doğrula; eşit path loss'u eşit fizibilite sayma ve 2,5-mil kestirimini receiver/availability hedefinden bağımsız kullanma.
Çözmeye dalmadan önce kısa bir dB hatırlatması — geçen videoyla aynı.
dB, pozitif bir power ratio'nun 10log10 ifadesidir; boyutsuzdur ve gain/loss yönü ayrıca belirtilir.
dBm, P_dBm=10log10(P/1 mW) ile tanımlanan absolute power level'dır.
dBi, belirtilen yöndeki antenna gain'in isotropic radiator'a göre logaritmik oranıdır; absolute power değildir.
Ve link bütçelerini basit kılan sihir: logaritmalar çarpmayı toplamaya çevirir.
Yani dB dünyasında verici gücü, kazançlar ve kayıplar sadece toplanıp çıkarılır.
Desibel mW eksi dB artı dBi eksi dB artı dBi eksi dB eşittir dBm.
Sonucun dBm olması ancak tüm dB gain/loss işaretleri ve isotropic/reference-plane tanımları tutarlıysa geçerlidir.
Şimdi çözelim.
Sesli anlatım metni
Çözmeye dalmadan önce kısa bir desibel hatırlatması — geçen videoyla aynı. Desibel bir orandır: bir güç oranının on çarpı logaritması. Desibel milivat mutlak güçtür, bir milivatın üzerinde desibel. Desibel izotropik anten kazancıdır, izotropik radyatöre göre. Ve link bütçelerini basit kılan sihir: logaritmalar çarpmayı toplamaya çevirir. Yani desibel dünyasında verici gücü, kazançlar ve kayıplar sadece toplanıp çıkarılır. Desibel milivat eksi desibel artı desibel izotropik eksi desibel artı desibel izotropik eksi desibel eşittir desibel milivat. Birimler her zaman sonunda desibel milivata kapanır. Şimdi çözelim.
3. Eşit 116,6-dB FSL için LINK-2 mesafesini 10 mil bul
İdeal free-space aritmetiğini doğrula; eşit path loss'u eşit fizibilite sayma ve 2,5-mil kestirimini receiver/availability hedefinden bağımsız kullanma.
a şıkkı: link iki'nin mesafesini bul, her iki linkte aynı serbest uzay kaybı olacak şekilde.
FSL formülünü hatırla: doksan altı nokta altı, artı mil cinsinden mesafenin yirmi çarpı logaritması, artı GHz cinsinden frekansın yirmi çarpı logaritması.
Link bir için bir mil ve on GHz: doksan altı nokta altı artı yirmi çarpı log bir artı yirmi çarpı log on eşittir doksan altı nokta altı artı sıfır artı yirmi eşittir yüz on altı nokta altı dB.
Link iki için aynı yüz on altı nokta altı desibeli istiyoruz, ama frekans bir GHz.
Yüz on altı nokta altı eşittir doksan altı nokta altı artı yirmi log D artı yirmi log bir.
Yirmi çarpı log bir sıfır.
Yani yirmi log D eşittir yirmi, log D eşittir bir.
Yani D eşittir on mil.
Link iki, bir GHz'de on mile ulaşıyor — link bir'in bir milde on GHz'de aldığı kayıpla aynı.
Sabit isotropic gain ve diğer budget terimleri altında düşük frequency aynı free-space loss ile daha uzun distance verir; gerçek path koşulları ayrıca değerlendirilir.
Sesli anlatım metni
a şıkkı: link iki'nin mesafesini bul, her iki linkte aynı serbest uzay kaybı olacak şekilde. Ef Es El formülünü hatırla: doksan altı nokta altı, artı mil cinsinden mesafenin yirmi çarpı logaritması, artı gigahertz cinsinden frekansın yirmi çarpı logaritması. Link bir için bir mil ve on gigahertz: doksan altı nokta altı artı yirmi çarpı log bir artı yirmi çarpı log on eşittir doksan altı nokta altı artı sıfır artı yirmi eşittir yüz on altı nokta altı desibel. Link iki için aynı yüz on altı nokta altı desibeli istiyoruz, ama frekans bir gigahertz. Yüz on altı nokta altı eşittir doksan altı nokta altı artı yirmi log D artı yirmi log bir. Yirmi çarpı log bir sıfır. Yani yirmi log D eşittir yirmi, log D eşittir bir. Yani D eşittir on mil. Link iki, bir gigahertz'de on mile ulaşıyor — link bir'in bir milde on gigahertz'de aldığı kayıpla aynı. Düşük frekans, aynı kayıp bütçesiyle daha uzak gitmeni sağlar.
4. LINK-1 received signal level'ını −70 dBm hesapla
İdeal free-space aritmetiğini doğrula; eşit path loss'u eşit fizibilite sayma ve 2,5-mil kestirimini receiver/availability hedefinden bağımsız kullanma.
b şıkkı: link bir'in alınan sinyal seviyesini bul.
Link bütçesi denklemini kullanırız.
RSL eşittir verici gücü eksi verici kablo kaybı artı verici anten kazancı eksi alıcı kablo kaybı artı alıcı anten kazancı eksi FSL.
Link bir'in sayılarını yerine koy.
Verici gücü on nokta altı dBm.
Eksi iki dB kablo, artı yirmi dBi anten, eksi iki dB kablo, artı yirmi dBi anten, eksi yüz on altı nokta altı dB FSL.
Hepsini topla: on nokta altı eksi iki artı yirmi eksi iki artı yirmi eksi yüz on altı nokta altı eşittir eksi yetmiş dBm.
Link bir'in RSL'i alıcıda eksi yetmiş dBm.
Sesli anlatım metni
b şıkkı: link bir'in alınan sinyal seviyesini bul. Link bütçesi denklemini kullanırız. Ar Es El eşittir verici gücü eksi verici kablo kaybı artı verici anten kazancı eksi alıcı kablo kaybı artı alıcı anten kazancı eksi Ef Es El. Link bir'in sayılarını yerine koy. Verici gücü on nokta altı desibel milivat. Eksi iki desibel kablo, artı yirmi desibel izotropik anten, eksi iki desibel kablo, artı yirmi desibel izotropik anten, eksi yüz on altı nokta altı desibel Ef Es El. Hepsini topla: on nokta altı eksi iki artı yirmi eksi iki artı yirmi eksi yüz on altı nokta altı eşittir eksi yetmiş desibel milivat. Link bir'in Ar Es El'i alıcıda eksi yetmiş desibel milivat.
5. LINK-2 hedef RSL'inden 8-dBm transmit power'ı geri çöz
İdeal free-space aritmetiğini doğrula; eşit path loss'u eşit fizibilite sayma ve 2,5-mil kestirimini receiver/availability hedefinden bağımsız kullanma.
c şıkkı: link iki'nin gerekli verici gücünü bul, RSL eksi yetmiş iki nokta altı dBm olmalı.
Link bütçesi denklemini verici gücü için yeniden düzenleriz.
Verici gücü eşittir RSL artı verici kablo kaybı eksi verici kazancı artı FSL eksi alıcı kazancı artı alıcı kablo kaybı.
Yerine koy: eksi yetmiş iki nokta altı artı iki eksi yirmi artı yüz on altı nokta altı eksi yirmi artı iki.
Hesapla: eksi yetmiş iki nokta altı artı dört eşittir eksi altmış sekiz nokta altı.
Eksi kırk eşittir eksi yüz sekiz nokta altı.
Artı yüz on altı nokta altı eşittir sekiz dBm.
Link iki, alıcıda eksi yetmiş iki nokta altı dBm verebilmek için sekiz dBm verici gücü gerektirir.
Bu yaklaşık altı nokta üç mW eder.
Sesli anlatım metni
c şıkkı: link iki'nin gerekli verici gücünü bul, Ar Es El eksi yetmiş iki nokta altı desibel milivat olmalı. Link bütçesi denklemini verici gücü için yeniden düzenleriz. Verici gücü eşittir Ar Es El artı verici kablo kaybı eksi verici kazancı artı Ef Es El eksi alıcı kazancı artı alıcı kablo kaybı. Yerine koy: eksi yetmiş iki nokta altı artı iki eksi yirmi artı yüz on altı nokta altı eksi yirmi artı iki. Hesapla: eksi yetmiş iki nokta altı artı dört eşittir eksi altmış sekiz nokta altı. Eksi kırk eşittir eksi yüz sekiz nokta altı. Artı yüz on altı nokta altı eşittir sekiz desibel milivat. Link iki, alıcıda eksi yetmiş iki nokta altı desibel milivat verebilmek için sekiz desibel milivat verici gücü gerektirir. Bu yaklaşık altı nokta üç milivat eder.
6. +20/−12,6-dB marjları ve 2,344-mil ideal düzeltmeyi hesapla
İdeal free-space aritmetiğini doğrula; eşit path loss'u eşit fizibilite sayma ve 2,5-mil kestirimini receiver/availability hedefinden bağımsız kullanma.
d şıkkı: hangi link gerçekten çalışabilir?
İdeal ham kapı RSL≥belirli modulation/rate/BER için receiver threshold'dur; saha kabulü ayrıca gerekli fade margin ve availability ister.
RSL threshold'un üstündeyse ham link margin pozitiftir; bu tek başına field availability garantisi değildir.
RSL threshold'un altındaysa belirtilen receiver mode ideal bütçede desteklenmez.
Link bir: RSL eksi yetmiş dBm, eşik eksi doksan dBm.
Eksi yetmiş eksi doksandan büyüktür, yani link bir yirmi dB marjla çalışır.
Link iki: RSL eksi yetmiş iki nokta altı dBm, eşik eksi altmış dBm.
Eksi yetmiş iki nokta altı eksi altmıştan küçüktür, yani link iki tasarlandığı haliyle çalışamaz.
Sinyal on iki nokta altı dB zayıf.
e şıkkı: link iki'yi düzeltmek için ne yapabiliriz?
Ya RSL'i artırmamız ya da eşiği gevşetmemiz lazım.
Receiver mode sabitse distance azaltmak bir seçenektir; power/EIRP, antenna/alignment, feeder loss, robust mode, relay ve diversity de constraints içinde değerlendirilir.
Daha kısa mesafe, daha düşük FSL demek, bu da RSL'i doğrudan yükseltir.
12,6-dB açığı yalnız free-space distance ile tam kapatmak için 10/10⁽12,6/20)=2,344 mile inmek gerekir; 2,5 mil yalnız 12,041 dB kazandırır ve yaklaşık 0,559 dB eksik kalır.
Sesli anlatım metni
d şıkkı: hangi link gerçekten çalışabilir? Kural basit: alınan sinyal seviyesi alıcı duyarlılık eşiğini aşmalı. Ar Es El eşikten büyükse link çalışır. Küçükse başarısız olur. Link bir: Ar Es El eksi yetmiş desibel milivat, eşik eksi doksan desibel milivat. Eksi yetmiş eksi doksandan büyüktür, yani link bir yirmi desibel marjla çalışır. Link iki: Ar Es El eksi yetmiş iki nokta altı desibel milivat, eşik eksi altmış desibel milivat. Eksi yetmiş iki nokta altı eksi altmıştan küçüktür, yani link iki tasarlandığı haliyle çalışamaz. Sinyal on iki nokta altı desibel zayıf. e şıkkı: link iki'yi düzeltmek için ne yapabiliriz? Ya Ar Es El'i artırmamız ya da eşiği gevşetmemiz lazım. Alıcı sabit olduğundan, pratik çözüm link mesafesini azaltmak. Daha kısa mesafe, daha düşük Ef Es El demek, bu da Ar Es El'i doğrudan yükseltir. Mesafeyi on milden yaklaşık iki buçuk mile düşürmek, eksik on iki desibeli kazandırır ve linki çalışma bölgesine geri sokar.
7. Threshold karşılaştırmasına saha ve availability kabul kapıları ekle
İdeal free-space aritmetiğini doğrula; eşit path loss'u eşit fizibilite sayma ve 2,5-mil kestirimini receiver/availability hedefinden bağımsız kullanma.
Büyük resim karşılaştırması.
İdeal modelde iki link 116,6-dB FSL ve sayısal olarak 20-dBi gain varsayımını paylaşır; bu, aynı physical antenna veya aynı feasibility demek değildir.
LINK-1 için −70−(−90)=+20 dB raw margin vardır; ‘sağlıklı’ kabulü ayrıca receiver mode, interference, propagation ve availability hedefiyle doğrulanmalıdır.
Link iki eksi yetmiş iki nokta altı dBm veriyor, ama eşiği çok daha yüksekte, eksi altmış dBm.
On iki nokta altı desibelle başarısız oluyor.
Üç alım.
Bir: equal FSL equal feasibility değildir; receiver threshold seçilen modulation/rate/BER koşulunda link-budget terimlerinden biridir.
İki: yüksek alıcı eşiğini karşılamak, düşük eşikten daha zordur.
Üç: en düşük maliyetli düzeltme sahaya bağlıdır; endpoint/route değişikliği pahalı veya imkânsız olabilir, power/antenna izinleri de jurisdiction ve EIRP kurallarına bağlıdır.
Ve bu midterm hazırlık serimizi kapatıyor.
Sınavınızda başarılar dilerim.
Sesli anlatım metni
Büyük resim karşılaştırması. Her iki link de aynı yüz on altı nokta altı desibel Ef Es El'i ve aynı antenleri paylaşıyor. Link bir alıcıda eksi yetmiş desibel milivat veriyor, eşiği eksi doksan desibel milivatın çok üstünde — yirmi desibel fade marjı, sağlıklı bir link. Link iki eksi yetmiş iki nokta altı desibel milivat veriyor, ama eşiği çok daha yüksekte, eksi altmış desibel milivat. On iki nokta altı desibelle başarısız oluyor. Üç alım. Bir: eşit Ef Es El, eşit fizibilite demek değildir — alıcı duyarlılığı en az verici bütçesi kadar önemli. İki: yüksek alıcı eşiğini karşılamak, düşük eşikten daha zordur. Üç: bir link başarısız olduğunda, en ucuz çözüm genelde mesafedir — daha büyük anten ya da daha çok güç gibi her şey daha çok para ve daha çok izin ister. Ve bu midterm hazırlık serimizi kapatıyor. Sınavınızda başarılar dilerim.