Haberleşme Temelleri · Mikrodalga Sistem Tasarımı
#10 LOS ve Fresnel açıklığı, serbest uzay kaybı, link bütçesi, eşik, fade margin ve ITU-R kullanılabilirlik kapsamı
Bir mikrodalga bağlantısını frekans/mesafe ezberinden çıkarıp LOS, Fresnel, link bütçesi, eşik ve istatistiksel kullanılabilirlik kapılarıyla tasarla.
Soru
Mikrodalga linkini LOS/Fresnel geometrisiyle kurun; FSPL birimlerini denetleyin; alınan gücü tüm kazanç/kayıplarla hesaplayın; fade margin'i tek başına kullanılabilirlik yüzdesi saymadan ITU-R yayılım modellerine bağlayın.
Yazılı çözüm ve anlatım dökümü(çözümün tamamını gösterir)
Aşağıda defterde yazılan bütün satırlar ve bunlara eşlik eden sesli anlatımın tam metni bulunur.
1. LOS, Fresnel açıklığı ve frekans bağımlı kayıpları kur
Mikrodalga linki; serbest uzay kaybı, tüm kazanç/kayıplar, Fresnel açıklığı ve istatistiksel yayılım modeliyle birlikte denetlenir. Mikrodalga için tek evrensel 1–45 GHz sınırı yoktur; bağlama göre yaklaşık 300 MHz/1 GHz–300 GHz kullanılır. Karasal sabit servis bantları düzenleyici plana bağlıdır.Bunlar genellikle noktadan noktaya bağlantılardır; verici dar bir radyo huzmesini uzaktaki alıcıya odaklar.Görüş hattı kritiktir.Optik LOS tek başına yetmez: birinci Fresnel bölgesi açıklığı, Dünya eğriliği/etkin k-faktörü, arazi, bitki ve kırınım birlikte kontrol edilir.Hop mesafesi yalnız frekansın fonksiyonu değildir; anten yükseklik/kazancı, EIRP, alıcı eşiği, Fresnel açıklığı, spektrum kuralı, iklim, yağmur ve hedef kullanılabilirliğe bağlıdır.6 GHz'te 70 km yalnız olası bir tasarım örneğidir; evrensel maksimum değildir ve profil/Fresnel, link bütçesi ile ITU-R P.530 kullanılabilirlik hesabı gerekir.18/45 GHz için 8 km evrensel değildir. FSPL, anten fiziksel açıklığı, yağmur (P.838), gaz soğurması (P.676) ve düzenleyici EIRP birlikte değerlendirilir.Yağmur, gazlar, bulut/sis, bitki ve multipath ayrı ITU-R modelleridir; büyüklük frekans, polarizasyon, yağış/iklim ve yol uzunluğuna bağlıdır. 'Duman' genel sabit kayıp değildir.Bu zorluklara rağmen mikrodalga bağlantıları bugün hâlâ vazgeçilmezdir; telekom omurga bağlantıları ve giderek artan şekilde 5G mobil backhaul için.28 ve 39 gigahertz'teki milimetre dalga frekansları şimdi öğreneceğimiz aynı temel prensipleri kullanır.Sesli anlatım metni
Mikrodalga haberleşme, yueyçef'ten EHF'ye kadar, pratikte yaklaşık 1 gigahertz ile 45 gigahertz arasında çalışan serbest uzay radyo bağlantıları kullanır. Bunlar genellikle noktadan noktaya bağlantılardır; verici dar bir radyo huzmesini uzaktaki alıcıya odaklar. Görüş hattı kritiktir. Ağaçlar, binalar ve dağlar gibi fiziksel engellerden kaçınılmalıdır ve Dünya'nın eğriliği kuleler arasındaki maksimum mesafeyi sınırlar. Atlama mesafesi, yani iki kule arasındaki maksimum mesafe, taşıyıcı frekansa bağlıdır. 6 gigahertz gibi düşük frekanslarda atlamalar yaklaşık 70 kilometreye ulaşabilir. 18 veya 45 gigahertz gibi yüksek frekanslarda ise atlamalar yaklaşık 8 kilometreye düşer çünkü yüksek frekanslar daha fazla atmosferik soğurma yaşar. Yağmur, sis, duman ve nem hepsi mikrodalga sinyallerini zayıflatır. Bu zorluklara rağmen mikrodalga bağlantıları bugün hâlâ vazgeçilmezdir; telekom omurga bağlantıları ve giderek artan şekilde 5G mobil backhaul için. 28 ve 39 gigahertz'teki milimetre dalga frekansları şimdi öğreneceğimiz aynı temel prensipleri kullanır.
2. FSPL birimlerini ve tam link bütçesini kur
Mikrodalga linki; serbest uzay kaybı, tüm kazanç/kayıplar, Fresnel açıklığı ve istatistiksel yayılım modeliyle birlikte denetlenir. Mikrodalga tasarımındaki temel formül Serbest Uzay Kaybıdır, yani FSL.FSPL ideal serbest uzayda geometrik yayılma kaybıdır; atmosferik gaz, yağmur, kırınım, multipath, polarizasyon ve donanım kayıplarını içermez.Desibel cinsinden, FSL eşittir 96.6 artı 20 çarpı D'nin logaritması artı 20 çarpı F'nin logaritması; burada D mil cinsinden mesafe ve F gigahertz cinsinden frekanstır.Örneğin, 5.825 gigahertz'te 1 millik bir bağlantının FSL'si 96.6 artı 20 log 1 artı 20 log 5.825, yani 96.6 artı 0 artı 15.3, toplam 111.9 desibeldir.Ancak FSL tek başına bağlantının çalışıp çalışmayacağını söylemez.Alınan Sinyal Seviyesine, yani RSL'ye ihtiyacımız var.RSL tam bağlantı bütçesini hesaba katar: dBm cinsinden verici çıkış gücü, verici ve alıcıdaki kablo kayıpları çıkarılır, her iki uçtaki anten kazançları eklenir ve Serbest Uzay Kaybı çıkarılır.Formül: RSL eşittir verici gücü eksi kablo kaybı artı anten kazancı eksi alıcı kablo kaybı artı alıcı anten kazancı eksi FSL.Hesaplanan RSL, modele girilen EIRP, anten kazançları, feeder/konnektör, polarizasyon, radom, misc ve yol kayıpları kadar gerçektir; ölçüm değildir.Sesli anlatım metni
Mikrodalga tasarımındaki temel formül Serbest Uzay Kaybıdır, yani FSL. FSL, bir sinyalin açık havada yol alırken ne kadar zayıfladığını ölçer. Desibel cinsinden, FSL eşittir 96.6 artı 20 çarpı D'nin logaritması artı 20 çarpı F'nin logaritması; burada D mil cinsinden mesafe ve F gigahertz cinsinden frekanstır. Örneğin, 5.825 gigahertz'te 1 millik bir bağlantının FSL'si 96.6 artı 20 log 1 artı 20 log 5.825, yani 96.6 artı 0 artı 15.3, toplam 111.9 desibeldir. Ancak FSL tek başına bağlantının çalışıp çalışmayacağını söylemez. Alınan Sinyal Seviyesine, yani RSL'ye ihtiyacımız var. RSL tam bağlantı bütçesini hesaba katar: dBm cinsinden verici çıkış gücü, verici ve alıcıdaki kablo kayıpları çıkarılır, her iki uçtaki anten kazançları eklenir ve Serbest Uzay Kaybı çıkarılır. Formül: RSL eşittir verici gücü eksi kablo kaybı artı anten kazancı eksi alıcı kablo kaybı artı alıcı anten kazancı eksi FSL. RSL bize alıcıya ulaşan gerçek sinyal gücünü söyler.
3. Alıcı eşiği, fade margin ve kullanılabilirliği ayır
Mikrodalga linki; serbest uzay kaybı, tüm kazanç/kayıplar, Fresnel açıklığı ve istatistiksel yayılım modeliyle birlikte denetlenir. Her alıcının doğru çalışması için gereken minimum sinyal gücü vardır.Buna Alıcı Hassasiyet Eşiği denir, yani R x.Alınan Sinyal Seviyesi, Alıcı Hassasiyet Eşiğinden büyük veya eşitse bağlantı teorik olarak uygundur.Yani RSL, R x'ten büyük veya eşit olmalıdır.Ancak eşiği ancak karşılamak pratikte yeterli değildir.Atmosferik koşulların neden olduğu yol sönümlenmesi sinyali geçici olarak normal seviyelerin altına zayıflatabilir.Sönümlenme Payı, RSL ile R x arasındaki güvenlik tamponudur.Sönümlenme Payı eşittir RSL eksi R x.Daha yüksek Sönümlenme Payı, bağlantının daha fazla sönümlenmeye dayanabileceği ve dolayısıyla daha yüksek kullanılabilirliğe sahip olacağı anlamına gelir.18 dB→%99,99 ve 10 dB→%99,9 evrensel eşleme değildir; kullanılabilirlik ITU-R P.530 ile frekans, yol, iklim/refraktivite, yağmur, polarizasyon, anten yüksekliği ve çeşitlilikten hesaplanır.Multipath ve yağmur riski arazi etiketiyle tek başına belirlenmez; refraktivite, yol profili, su/kıyı, iklim, frekans ve path inclination gibi girdiler gerekir.Engebeli/kuru arazi otomatik yüksek kullanılabilirlik sağlamaz; kırınım/Fresnel engeli, multipath, gaz/yağmur ve donanım güvenilirliği ayrıca modellenir.Sesli anlatım metni
Her alıcının doğru çalışması için gereken minimum sinyal gücü vardır. Buna Alıcı Hassasiyet Eşiği denir, yani R x. Alınan Sinyal Seviyesi, Alıcı Hassasiyet Eşiğinden büyük veya eşitse bağlantı teorik olarak uygundur. Yani RSL, R x'ten büyük veya eşit olmalıdır. Ancak eşiği ancak karşılamak pratikte yeterli değildir. Atmosferik koşulların neden olduğu yol sönümlenmesi sinyali geçici olarak normal seviyelerin altına zayıflatabilir. Sönümlenme Payı, RSL ile R x arasındaki güvenlik tamponudur. Sönümlenme Payı eşittir RSL eksi R x. Daha yüksek Sönümlenme Payı, bağlantının daha fazla sönümlenmeye dayanabileceği ve dolayısıyla daha yüksek kullanılabilirliğe sahip olacağı anlamına gelir. Örneğin, 18 desibel Sönümlenme Payı yüzde 99.99 kullanılabilirlik sağlayabilirken, yalnızca 10 desibel yüzde 99.9'a düşebilir. Düz, nemli ortamlarda sönümlenme daha şiddetlidir ve daha büyük Sönümlenme Payı gerektirir. Engebeli, kuru arazide sönümlenme daha az sıktır.
4. 5,825 GHz / 1 mil örneğini eksik kapılarıyla denetle
Mikrodalga linki; serbest uzay kaybı, tüm kazanç/kayıplar, Fresnel açıklığı ve istatistiksel yayılım modeliyle birlikte denetlenir. Şimdi adım adım eksiksiz bir bağlantı bütçesi hesaplaması yapalım.Veriler: 5.825 gigahertz'te 1 millik bir mikrodalga bağlantısı.Verici çıkış gücü 1 dBm.Her iki antenin kazancı 26 dBi.Basitlik için kablo kaybı yok.Alıcı Hassasiyet Eşiği eksi 77 dBm.Adım 1: FSL hesapla.FSL eşittir 96.6 artı 20 log 1 artı 20 log 5.825.20 log 1 eşittir 0.20 log 5.825 eşittir 15.3.FSL eşittir 96.6 artı 0 artı 15.3 eşittir 111.9 desibel.Adım 2: RSL hesapla.RSL eşittir 1 dBm artı 26 dBi artı 26 dBi eksi 111.9 dB.RSL eşittir 53 eksi 111.9 eşittir eksi 58.9 dBm.Adım 3: Uygulanabilirliği kontrol et.Eksi 58.9 dBm olan RSL, eksi 77 dBm olan R x'ten büyüktür.Statik ideal bütçe alıcı eşiğini 18,1 dB geçer; fakat regülasyon/EIRP, Fresnel açıklığı, anten hizası, polarizasyon, feeder/misc kayıpları, girişim ve hedef kullanılabilirlik doğrulanmadan link tasarımı tamamlanmaz.Adım 4: Sönümlenme Payını hesapla.Sönümlenme Payı eşittir eksi 58.9 eksi parantez içinde eksi 77, eşittir 18.1 desibel.18,1 dB yalnız bu eksiksiz olmayan statik bütçenin fade margin'idir; tek başına 'mükemmel' veya belirli bir kullanılabilirlik yüzdesi garanti etmez.Sesli anlatım metni
Şimdi adım adım eksiksiz bir bağlantı bütçesi hesaplaması yapalım. Veriler: 5.825 gigahertz'te 1 millik bir mikrodalga bağlantısı. Verici çıkış gücü 1 dBm. Her iki antenin kazancı 26 dBi. Basitlik için kablo kaybı yok. Alıcı Hassasiyet Eşiği eksi 77 dBm. Adım 1: FSL hesapla. FSL eşittir 96.6 artı 20 log 1 artı 20 log 5.825. 20 log 1 eşittir 0. 20 log 5.825 eşittir 15.3. FSL eşittir 96.6 artı 0 artı 15.3 eşittir 111.9 desibel. Adım 2: RSL hesapla. RSL eşittir 1 dBm artı 26 dBi artı 26 dBi eksi 111.9 dB. RSL eşittir 53 eksi 111.9 eşittir eksi 58.9 dBm. Adım 3: Uygulanabilirliği kontrol et. Eksi 58.9 dBm olan RSL, eksi 77 dBm olan R x'ten büyüktür. Bağlantı uygundur. Adım 4: Sönümlenme Payını hesapla. Sönümlenme Payı eşittir eksi 58.9 eksi parantez içinde eksi 77, eşittir 18.1 desibel. Bu, mükemmel bağlantı kullanılabilirliği sağlayan rahat bir paydir.
5. Mikrodalga tasarım kapılarını toparla
Mikrodalga linki; serbest uzay kaybı, tüm kazanç/kayıplar, Fresnel açıklığı ve istatistiksel yayılım modeliyle birlikte denetlenir. Özetleyelim.Karasal mikrodalga linkleri farklı düzenlenmiş bantlarda çalışabilir; 1–45 GHz evrensel sınır değildir ve LOS ile Fresnel açıklığı birlikte gerekir.Daha yüksek frekans tek başına hop mesafesini belirlemez; FSPL/anten açıklığı, gaz/yağmur, EIRP, Fresnel, eşik ve hedef kullanılabilirlik birlikte belirler.Serbest Uzay Kaybı: FSL eşittir 96.6 artı 20 log D artı 20 log F, desibel cinsinden.Alınan Sinyal Seviyesi: RSL eşittir verici gücü artı anten kazançları eksi kablo kayıpları eksi FSL.Bağlantı, RSL Alıcı Hassasiyet Eşiğinden büyük veya eşit olduğunda uygundur.Fade margin = RSL−eşik statik tamponu verir; kullanılabilirlik P.530/P.676/P.838 ve donanım/çeşitlilik modeliyle hesaplanır, paydan tek başına çıkmaz.Bu prensipler modern 5G milimetre dalga backhaul için de geçerlidir.Bir sonraki derste kablosuz erişim teknolojilerini işleyeceğiz: MMDS, LMDS, Kablosuz Yerel Döngü, WLAN ve Bluetooth.Sesli anlatım metni
Özetleyelim. Mikrodalga bağlantıları 1 ile 45 gigahertz arasında noktadan noktaya görüş hattı bağlantıları olarak çalışır. Yüksek frekans, atmosferik soğurma nedeniyle daha kısa atlama mesafesi demektir. Serbest Uzay Kaybı: FSL eşittir 96.6 artı 20 log D artı 20 log F, desibel cinsinden. Alınan Sinyal Seviyesi: RSL eşittir verici gücü artı anten kazançları eksi kablo kayıpları eksi FSL. Bağlantı, RSL Alıcı Hassasiyet Eşiğinden büyük veya eşit olduğunda uygundur. Sönümlenme Payı eşittir RSL eksi R x ve atmosferik sönümlenmeye karşı bağlantı kullanılabilirliğini belirler. Bu prensipler modern 5G milimetre dalga backhaul için de geçerlidir. Bir sonraki derste kablosuz erişim teknolojilerini işleyeceğiz: MMDS, LMDS, Kablosuz Yerel Döngü, WLAN ve Bluetooth.
Kaynak video: Haberleşme Temelleri #10 Mikrodalga Sistem Tasarımı (6:46)