Un balance de enlace es una contabilidad de todas las ganancias y pérdidas de potencia que experimenta una señal de comunicación en un sistema de telecomunicaciones ; desde un transmisor, a través de un medio de comunicación como ondas de radio , cable , guía de ondas o fibra óptica , hasta el receptor. Es una ecuación que da la potencia recibida del transmisor, después de la atenuación de la señal transmitida debido a la propagación, así como las ganancias de antena y la línea de alimentación y otras pérdidas, y la amplificación de la señal en el receptor.o cualquier repetidor por el que pase. Un balance de enlace es una ayuda de diseño, calculada durante el diseño de un sistema de comunicación para determinar la potencia recibida, para garantizar que la información se reciba de manera inteligible con una relación señal-ruido adecuada . Las ganancias de canal que varían aleatoriamente, como el desvanecimiento, se tienen en cuenta agregando algún margen en función de la gravedad anticipada de sus efectos. La cantidad de margen requerida puede reducirse mediante el uso de técnicas de mitigación como la diversidad de antenas o el salto de frecuencia .
Una ecuación de presupuesto de enlace simple se ve así:
- Potencia recibida ( dB ) = potencia transmitida (dB) + ganancias (dB) - pérdidas (dB)
Las ganancias y pérdidas de potencia generalmente se expresan en decibelios (dB), que es una medida logarítmica , por lo que sumar decibelios equivale a multiplicar las relaciones de potencia reales.
En sistemas de radio
Para un sistema de radio con visibilidad directa , la fuente principal de pérdida es la disminución de la potencia de la señal debido a la propagación uniforme, proporcional al cuadrado inverso de la distancia (dispersión geométrica).
- Las antenas transmisoras no son en su mayor parte isotrópicas (una clase imaginaria de antena con radiación uniforme en 3 dimensiones) ni omnidireccionales (una clase real de antena con radiación uniforme en 2 dimensiones).
- El uso de antenas omnidireccionales es poco común en los sistemas de telecomunicaciones, por lo que casi todas las ecuaciones de balance de enlaces deben considerar la ganancia de la antena.
- Las antenas transmisoras normalmente concentran la potencia de la señal en una dirección favorecida, normalmente aquella en la que se coloca la antena receptora.
- La potencia del transmisor aumenta efectivamente (en la dirección de mayor ganancia de antena). Esta ganancia sistémica se expresa incluyendo la ganancia de la antena en el balance del enlace.
- La antena receptora también es típicamente direccional, y cuando está correctamente orientada, recolecta más energía que una antena isotrópica; como consecuencia, la ganancia de la antena receptora (en decibelios de isotrópico, dBi) se suma a la potencia recibida.
- Las ganancias de la antena (transmisora o receptora) se escalan por la longitud de onda de la radiación en cuestión. Es posible que este paso no sea necesario si se logran los presupuestos de enlaces sistémicos adecuados.
Simplificaciones necesarias
A menudo, las ecuaciones de balance de enlaces son desordenadas y complejas, por lo que las prácticas estándar han evolucionado para simplificar la ecuación de transmisión de Friis en la ecuación de balance de enlaces. Incluye la ganancia de la antena transmisora y receptora, la pérdida del trayecto en el espacio libre y las pérdidas y ganancias adicionales, asumiendo la línea de visión entre el transmisor y el receptor.
- El término de longitud de onda (o frecuencia) es parte de la pérdida de espacio libre del presupuesto del enlace.
- El término de distancia también se considera en la pérdida de espacio libre.
Pérdida de polarización y línea de transmisión
En situaciones prácticas (telecomunicaciones en el espacio profundo, DXing de señal débil, etc.), también deben tenerse en cuenta otras fuentes de pérdida de señal.
- Las antenas transmisora y receptora pueden estar parcialmente contrapolarizadas.
- El cableado entre las radios y las antenas puede introducir una pérdida adicional significativa.
- Pérdidas en la zona de Fresnel debido a una línea de visión parcialmente obstruida.
- Pérdidas de potencia de señal inducidas por desplazamiento Doppler en el receptor.
Endgame
Si la potencia recibida estimada es suficientemente grande (normalmente en relación con la sensibilidad del receptor ), lo que puede depender del protocolo de comunicaciones en uso, el enlace será útil para enviar datos. La cantidad por la cual la potencia recibida excede la sensibilidad del receptor se denomina margen de enlace .
Ecuación
Una ecuación de presupuesto de enlace que incluya todos estos efectos, expresados logarítmicamente, podría verse así:
dónde:
- = potencia recibida (dBm)
- = potencia de salida del transmisor (dBm)
- = ganancia de la antena del transmisor (dBi)
- = pérdidas del transmisor (coaxial, conectores ...) (dB)
- = pérdida de trayecto , normalmente pérdida de espacio libre (dB)
- = pérdidas diversas ( margen de desvanecimiento , pérdida corporal, desajuste de polarización, otras pérdidas ...) (dB)
- = ganancia de la antena del receptor (dBi)
- = pérdidas del receptor (coaxial, conectores ...) (dB)
La pérdida debida a la propagación entre las antenas transmisora y receptora, a menudo llamada pérdida de trayectoria, se puede escribir en forma adimensional normalizando la distancia a la longitud de onda:
- (donde la distancia y la longitud de onda están en las mismas unidades)
Cuando se sustituye en la ecuación de presupuesto de enlace anterior, el resultado es la forma logarítmica de la ecuación de transmisión de Friis .
En algunos casos, es conveniente considerar la pérdida debida a la distancia y la longitud de onda por separado, pero en ese caso, es importante realizar un seguimiento de las unidades que se están utilizando, ya que cada elección implica un desplazamiento constante diferente. A continuación se proporcionan algunos ejemplos.
- (dB) = 32,45 dB + 20 × log [frecuencia (MHz)] + 20 × log [distancia (km)] [1]
- (dB) = - 27,55 dB + 20 × log [frecuencia (MHz)] + 20 × log [distancia (m)]
- (dB) = 36,6 dB + 20 × log [frecuencia (MHz)] + 20 × log [distancia (millas)]
Estas formas alternativas se pueden derivar sustituyendo la longitud de onda con la relación de la velocidad de propagación (c, aproximadamente 3 × 10 ^ 8 m / s) dividida por la frecuencia, e insertando los factores de conversión adecuados entre km o millas y metros, y entre MHz y (1 segundo).
Radio sin visibilidad directa
Debido a las obstrucciones del edificio, como paredes y techos, las pérdidas por propagación en el interior pueden ser significativamente mayores. Esto ocurre debido a una combinación de atenuación por paredes y techos, y bloqueo debido a equipos, muebles e incluso personas.
- Por ejemplo, una pared de vigas de madera de " 2 x 4 " con paneles de yeso en ambos lados da como resultado una pérdida de aproximadamente 6 dB por pared.
- Los edificios más antiguos pueden tener pérdidas internas aún mayores que los edificios nuevos debido a problemas con los materiales y la línea de visión.
La experiencia ha demostrado que la propagación en la línea de visión se mantiene solo durante los primeros 3 metros. Más allá de los 3 metros, las pérdidas de propagación en interiores pueden aumentar hasta 30 dB por 30 metros en entornos de oficina densos.
Esta es una buena "regla empírica", ya que es conservadora (exagera la pérdida de trayectoria en la mayoría de los casos). Las pérdidas de propagación reales pueden variar significativamente según la construcción y el diseño del edificio.
La atenuación de la señal depende en gran medida de la frecuencia de la señal.
En guías de ondas y cables
Los medios guiados como el cable eléctrico coaxial y de par trenzado, la guía de ondas de radiofrecuencia y la fibra óptica tienen pérdidas exponenciales con la distancia.
La pérdida de trayecto se expresará en dB por unidad de distancia.
Esto significa que siempre hay una distancia de cruce más allá de la cual la pérdida en un medio guiado excederá la de una trayectoria de línea de visión de la misma longitud.
La comunicación por fibra óptica de larga distancia se hizo práctica solo con el desarrollo de fibras de vidrio ultra transparentes. Una pérdida de trayecto típica para la fibra monomodo es de 0,2 dB / km, [2] mucho más baja que la de cualquier otro medio guiado.
Comunicaciones Tierra-Luna-Tierra
Los presupuestos de enlace son importantes en las comunicaciones Tierra-Luna-Tierra . Como el albedo de la Luna es muy bajo (máximo 12% pero generalmente más cerca del 7%), y la pérdida de trayectoria sobre la distancia de retorno de 770,000 kilómetros es extrema (alrededor de 250 a 310 dB dependiendo de la banda VHF-UHF utilizada, formato de modulación y Efectos de desplazamiento Doppler ), alta potencia (más de 100 vatios) y antenas de alta ganancia (más de 20 dB).
- En la práctica, esto limita el uso de esta técnica al espectro en VHF y superior.
- La Luna debe estar por encima del horizonte para que las comunicaciones EME sean posibles.
El primer aficionado en lograr esto utilizó una antena de 250 m de ancho que construyó en casa. [3]
Programa Voyager
La nave espacial del programa Voyager tiene la pérdida de trayectoria más alta conocida (308 dB en 2002 [4] : 26 ) y los presupuestos de enlace más bajos de cualquier circuito de telecomunicaciones. La Red de Espacio Profundo ha sido capaz de mantener el enlace en una tasa de bits mayor de lo esperado a través de una serie de mejoras, tales como el aumento del tamaño de la antena de 64m a 70m para una ganancia de 1,2 dB, y la actualización a la electrónica de bajo ruido para una ganancia de 0,5 dB en 2000/2001. Durante el sobrevuelo de Neptuno , además de la antena de 70 m, se utilizaron dos antenas de 34 my veintisiete antenas de 25 m para aumentar la ganancia en 5,6 dB, proporcionando un margen de enlace adicional que se utilizará para un aumento de 4x en la tasa de bits. . [4] : 35
Ver también
- Ecuación de transmisión de viernes
- Ganancia de antena a temperatura de ruido
- Radiador isotrópico
- Patrón de radiación
- Propagación multitrayecto
- Planificación de RF
Referencias
- ^ [1]
- ^ [2]
- ↑ Danielle, Grindlay (4 de marzo de 2020). "El primer rebote de la luna en Australia es recordado como una hazaña que conmocionó a los expertos de la industria" . © 2020 ABC Wimmera.
- ^ a b JPL Deep Space Communications and Navigation Systems (marzo de 2002). "Voyager Telecommunications" (PDF) . descanso.jpl.nasa.gov . Consultado el 4 de agosto de 2017 .
enlaces externos
- Calculadora de presupuesto de enlaces para LAN inalámbrica
- Tutorial de presupuesto de enlaces
- Calculadora de presupuesto de enlace punto a punto
- Calculadora / planificador de presupuesto MUOS Link
- Ejemplos de presupuestos de enlaces LTE, GSM y UMTS
- Calculadora de presupuesto de enlaces de Python para satélites
- Presupuesto de enlace de satélites pequeños (con ejemplos de Python)