Link buddet

  • 52 trang
  • file .pdf
CHƯƠNG 4
LINK BUDGET
ThS. Trần Bá Nhiệm
Sensitivity
• Sensitivity chỉ độ nhạy của anten, tức khả
năng tín hiệu có thể nhận được thành
công
• Nếu công suất nhận thấp thì cần phải có
độ nhạy cao
• Với các anten hiện nay, tốc độ truyền dữ
liệu càng cao thì độ nhạy càng thấp
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 2
Sensitivity
Tốc độ Hãng chế tạo Hãng chế tạo
Orinoco PCMCIA CISCO Aironet
Silver/Gold cards 350 cards
11 Mbps -82 dBm -85 dBm
5,5 Mbps -87 dBm -89 dBm
2 Mbps -91 dBm -91 dBm
1 Mbps -94 dBm -94 dBm
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 3
Sensitivity
• Trị tuyệt đối của giá trị độ nhạy lớn cho
biết độ nhạy của thiết bị tốt hơn
• Đồng nghĩa với việc khả năng nhận tín
hiệu thành công cao hơn
• Sensitivity = Pt – L + Gt – Afree + Gr –
Margin
Với Pt: công suất truyền, L: suy hao trên cáp,
Afree: suy hao trên đường đi, Gt và Gr: gain của
bộ phát và nhận, Margin là các suy hao khác
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 4
Bài tập
So sánh hai thiết bị có độ nhạy 91dBm so
với 94dBm. Nếu có thể hãy cho biết công
suất của chúng so với nhau như thế nào?
Giải:
Với nhận xét trước đó thì thiết bị có độ nhạy
94dBm sẽ tốt hơn thiết bị có độ nhạy 91dBm
với mức chênh lệch là 3dBm.
So sánh mức công suất, ta có:
10log10(P2/P1) = 3
 P2/P1 = 1,9953  2 lần
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 5
Attenuation – độ suy hao
• Free-space path loss (FSPL) là mất mát
công suất của tín hiệu điện từ xung quanh
line-of-sight (LOS) – nó không bao gồm
gain của anten tại nơi truyền hoặc nơi
nhận, cũng không tính tới sự mất mát do
sai sót phần cứng
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 6
Công thức Friis
• Trong không gian, độ suy hao của tín hiệu
được tính theo công thức:
Afree = 20 log10 (4d / λ)
Với Afree tính bằng dB
λ : bước sóng (m)
d : khoảng cách giữa transmitter –
receiver (m)
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 7
Fresnel zone – vùng Fresnel
• Công thức Friis được dùng khi anten nằm
trên LoS
• Điều kiện này – được biết với tên gọi lan
truyền trong không gian – phải có ít nhất
80% thể tích nằm trong vùng được gọi là
Fresnel zone.
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 8
Fresnel zone – vùng Fresnel
• Fresnel zone được dùng để phân tích khả
năng nhiễu trong quá trình truyền tín hiệu.
• Vùng này phải duy trì đủ lớn để tránh giao
thoa với các sóng mang tín hiệu khác.
• Fresnel zone có liên quan đến LOS.
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 9
Link budget
• Link budget là tổng các giá trị gain và lost
từ thiết bị truyền cho đến thiết bị nhận
(tính cả các thiết bị trung gian, môi trường
truyền thông,…)
• Received power (dBm) = EIRP (dBm) –
Attenuation (dBm) + Gain reception
antenna (dBi) – Cables receiver loss
(dBm)
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 10
Link budget
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 11
Link budget
• Công suất nhận được (dBm) rõ ràng phải
> độ nhạy của card nhận
• Độ nhạy của card nhận cho biết công suất
tối thiểu (dBm) mà tín hiệu còn có ý nghĩa
sử dụng
• Cần thiết phải tính đến vai trò của Link
Margin để cho phép các thiết bị truyền
thông hoạt động được chính xác
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 12
Bài tập
Một sóng radio có tần số 5,8GHz. Công suất
truyền là 100mW, gain của anten là 16dBi, độ
nhạy là -85dBm với tốc độ truyền 6Mbit/s. Giả
sử hai anten nằm trên LOS và không kể các
mất mát khác. Tính khoảng cách lan truyền tối
đa?
Giải:
EIRP = transmitter power (dBm) – loss in the cable
(dBm) + gain (dBi)
=10 log10(100 mW) – 0 + 16 dBi
= 20 dBm + 16 dBi
Afree = 20 log10 (4  d / l)
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 13
Bài tập
Ta có: gain (dBi) - Loss (dBm) – sensitivity (dBm) = 16
dBi - 0 - (-85 dBm)
Và Link Margin = 20 dBm + 16 dBi + 16 dBi - (-85 dBm)
- Afree
Theo giả thiết, ta có: Link Margin = 0 (do không kể các
mất mát khác)
 Afree = 20 + 16 + 16 + 85 = 137 dBm
Thay vào công thức Friis: 20 log10 (4  d / l) = 137 dBm
 4  d / l = 10137/20
 d = 10137/20 × l / 4 
Với: l = c / f = 51,7mm
Nên: d = 29,14km
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 14
Bài tập
Một sóng radio có tần số 5,8GHz. Công suất truyền
là 100mW, gain của anten là 16dBi, độ nhạy là -
85dBm với tốc độ truyền 6Mbit/s. Giả sử hai anten
nằm trên LOS và không kể các mất mát khác. Bán
kính vùng Fresnel được tính tại điểm giữa. Tính toán
độ cao cần thiết để đặt anten sao cho sóng radio
không bị ngăn cản bởi mặt đất?
Giải:
Tính toán như bài trước ta được: l= 51,7 mm
Và do giả thiết suy ra: d1 = d2 = d /2 = 14,57 km
l
Đồng thời: =
 r = 19,4 m
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 15
Bài tập
Chứng minh rằng nếu tăng tần số hoặc tăng
khoảng cách giữa bộ truyền và nhận lên gấp
2 thì độ suy hao công suất nhận được là
6dB.
Giải:
Theo Friis ta có: Afree = 10 log10 (4  d / l)2
Và Afree = 10 log10 (Pt / Pr)
 10 log10 (Pt / Pr) = 10 log10 (4  d / l)2
 10 log10 (Pt / Pr) = 10 log10 (4  d f / c) 2
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 16
Bài tập
Nếu tăng tần số hoặc tăng khoảng cách giữa
bộ truyền và nhận lên gấp 2 thì công suất nhận
được lúc này là P’r.
Lúc này ta có:
10 log10 (Pt / P’r) = 10 log10 (4 2 d f / c)2
 10 log10 (Pt / P’r) = 10 log10 (Pt / Pr) + 10
log10 (22)
 10 log10 (Pr / P’r) = 10 log10 (22)  6dB
Vậy độ suy hao công suất nhận được lúc này
là 6dB.
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 17
Bài toán
Sóng mang có tần số 2,4GHz, margin bằng 10dBm.
Anten có độ nhạy thay đổi từ -85 dBm đến -94 dBm.
Cho gain tại transmitter và receiver đều bằng 0,
EIRP = 20dBm. Khoảng cách phát tối đa là bao
nhiêu?
Giải:
Afree = 20 log10 (4d / λ)
= 20 log10 (4  / λ) + 20 log10d
= 20 log10 (4  / 0,125) + 20 log10d
= 100 + 20 log10d
Sensitivity = Pt – L + Gt – Afree + Gr – Margin
và Pt – L + Gt = EIRP = 20dBm
và Gr = 0 dBi
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 18
Bài toán
Thay vào công thức: Sensitivity = EIRP – (100 + 20
log10d) + Gr – Margin
⇒ 20 log10d = EIRP – 100 + Gr – Margin –
Sensitivity
EIRP – 100 + Gr – Margin – Sensitivity
Hay = 10
Do Gr = 0, EIRP = 20dBm và Margin = 10dBm nên
– 90 – Sensitivity
= 10 (km)
Với Sensitivity = -85dBm ta tính được d =
0,5623km
Với Sensitivity = -94dBm ta tính được d =
1,5848km
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 19
Bài tập
Xét quá trình truyền thông giữa 2 vệ tinh, bỏ
qua suy hao trong không gian, để tăng cường
công suất nhận được, có 2 lựa chọn:
– Dùng tần số cao hơn (ví dụ: tăng gấp 2)
– Tăng bề mặt tác động của anten (ví dụ: tăng gấp
2)
• Hỏi giải pháp nào tăng công suất tốt hơn?
• Mức độ cải thiện phương pháp nào tối ưu
hơn hay như nhau?
• Tính gain đạt được trong mỗi giải pháp?
Trần Bá Nhiệm Chương 4: Link budget 20