Wie berechnet man ein Linkbudget?

Sendeleistung

Bei der Berechnung eines Verbindungsbudgets ist die Sendeleistung einer der wichtigsten zu berücksichtigenden Parameter. Das Verbindungsbudget ist ein Instrument zur Bestimmung der Machbarkeit und Leistung einer Kommunikationsverbindung zwischen einem Sender und einem Empfänger. Es hilft bei der Beurteilung, ob die empfangene Signalleistung für eine zuverlässige Kommunikation ausreicht.

Um das Verbindungsbudget zu berechnen, müssen Sie verschiedene Faktoren wie Sendeleistung, Antennengewinne, Pfaddämpfung und Empfängerempfindlichkeit berücksichtigen. Unter Sendeleistung versteht man den Leistungspegel, mit dem der Sender Signale aussendet. Dies ist ein wichtiger Parameter, da er die Stärke des übertragenen Signals bestimmt.

Die Sendeleistung wird typischerweise in Dezibel-Milliwatt (dBm) oder Watt (W) gemessen. Es ist wichtig zu beachten, dass die Sendeleistung innerhalb der von den zuständigen Behörden festgelegten Grenzwerte liegen sollte, um Störungen zu vermeiden und die Einhaltung sicherzustellen.

In den letzten Jahren gab es technologische Fortschritte, die eine effizientere Nutzung der Sendeleistung ermöglichten. Beispielsweise kann der Einsatz fortschrittlicher Modulationsschemata und Codierungstechniken die spektrale Effizienz verbessern, sodass höhere Datenraten bei gleicher Sendeleistung erreicht werden können.

Darüber hinaus hat die Entwicklung intelligenter Antennen und Strahlformungstechniken auch die Effizienz der Sendeleistung verbessert, indem das Signal auf den vorgesehenen Empfänger fokussiert und Interferenzen reduziert werden.

Insgesamt umfasst die Berechnung eines Verbindungsbudgets die Berücksichtigung der Sendeleistung zusammen mit anderen Parametern, um sicherzustellen, dass die empfangene Signalleistung für eine zuverlässige Kommunikation ausreicht. Dank der Fortschritte in der Technologie gibt es jetzt effizientere Möglichkeiten, die Sendeleistung zu nutzen, was zu einer verbesserten Leistung in Kommunikationssystemen führt.

Pfadverlust

Um ein Verbindungsbudget zu berechnen, müssen Sie verschiedene Faktoren berücksichtigen, die die Signalstärke zwischen Sender und Empfänger in einem Kommunikationssystem beeinflussen. Eine der Schlüsselkomponenten des Linkbudgets ist der Pfadverlust.

Unter Pfadverlust versteht man die Verringerung der Signalstärke bei der Ausbreitung durch das Kommunikationsmedium, beispielsweise Luft oder Weltraum. Sie wird durch Faktoren wie Entfernung, Frequenz, Antennengewinn und Umgebungsbedingungen beeinflusst.

Zur Berechnung der Pfaddämpfung können Sie verschiedene Modelle wie die Friis-Übertragungsgleichung oder das Okumura-Hata-Modell verwenden. Diese Modelle berücksichtigen den Abstand zwischen Sender und Empfänger, die Frequenz des Signals und andere Faktoren, um den Pfadverlust abzuschätzen.

Die Friis-Übertragungsgleichung wird üblicherweise für Berechnungen der Freiraum-Pfaddämpfung verwendet. Es besagt, dass die Empfangsleistung umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zwischen Sender und Empfänger ist. Diese Gleichung geht von idealen Bedingungen ohne Hindernisse oder Störungen aus.

In realen Szenarien wird der Pfadverlust jedoch durch Hindernisse wie Gebäude, Bäume und Gelände beeinflusst. In solchen Fällen werden das Okumura-Hata-Modell oder andere empirische Modelle verwendet. Diese Modelle berücksichtigen zusätzliche Parameter wie Gebäudehöhe, Geländetyp und Stördichte, um eine genauere Schätzung des Pfadverlusts zu ermöglichen.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Berechnung der Pfaddämpfung nur einen Teil des Verbindungsbudgets ausmacht. Andere Faktoren wie Senderleistung, Empfängerempfindlichkeit, Kabelverluste und atmosphärische Bedingungen müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Durch die Berücksichtigung all dieser Faktoren hilft eine Link-Budget-Analyse dabei, die Machbarkeit und Leistung einer Kommunikationsverbindung zu bestimmen.

In den letzten Jahren, mit dem Aufkommen von 5G und Millimeterwellenkommunikation, haben Berechnungen von Pfadverlusten noch mehr an Bedeutung gewonnen. Höhere Frequenzbänder, die in diesen Systemen verwendet werden, unterliegen aufgrund der erhöhten atmosphärischen Absorption und einer höheren Anfälligkeit für Blockaden einem größeren Pfadverlust. Daher sind genaue Berechnungen der Pfaddämpfung von entscheidender Bedeutung für den Entwurf und die Optimierung der Leistung dieser fortschrittlichen Kommunikationsnetzwerke.

Empfangsempfindlichkeit

Um ein Verbindungsbudget zu berechnen, müssen Sie verschiedene Faktoren berücksichtigen, die sich auf die Leistung eines drahtlosen Kommunikationssystems auswirken. Ein wichtiger Aspekt des Linkbudgets ist die Empfängerempfindlichkeit. Die Empfängerempfindlichkeit bezieht sich auf den Mindestleistungspegel, den der Empfänger benötigt, um das empfangene Signal erfolgreich zu demodulieren und zu dekodieren.

Um die Empfängerempfindlichkeit zu berechnen, müssen Sie die folgenden Parameter berücksichtigen:

1. Rauschzahl: Die Rauschzahl des Empfängers bestimmt seine Fähigkeit, mit Rauschen und Störungen umzugehen. Eine niedrigere Rauschzahl weist auf einen empfindlicheren Empfänger hin.

2. Kanalbandbreite: Die Bandbreite des Kanals beeinflusst die Menge an Rauschen und Interferenzen im empfangenen Signal. Eine größere Bandbreite führt im Allgemeinen zu mehr Rauschen und verringert die Empfindlichkeit des Empfängers.

3. Modulationsschema: Das im Kommunikationssystem verwendete Modulationsschema beeinflusst die Empfängerempfindlichkeit. Komplexere Modulationsschemata erfordern für eine erfolgreiche Demodulation höhere Signal-Rausch-Verhältnisse.

4. Codierung und Fehlerkorrektur: Der Einsatz von Codierungs- und Fehlerkorrekturtechniken kann die Empfängerempfindlichkeit verbessern, indem sie die Erkennung und Korrektur von Fehlern im empfangenen Signal ermöglichen.

5. Pfadverlust: Der Pfadverlust ist für die Dämpfung des Signals verantwortlich, während es sich durch das Medium ausbreitet. Dies hängt von Faktoren wie Entfernung, Häufigkeit und Hindernissen auf dem Weg ab. Höhere Pfaddämpfung erfordert einen empfindlicheren Empfänger.

Unter Berücksichtigung dieser Parameter können Sie die Empfängerempfindlichkeit berechnen, indem Sie die minimale Empfangssignalleistung bestimmen, die erforderlich ist, um eine gewünschte Bitfehlerrate (BER) oder ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erreichen. Diese Berechnung hilft bei der Gestaltung und Optimierung des Linkbudgets, um eine zuverlässige Kommunikation sicherzustellen.

Es ist erwähnenswert, dass der neueste Standpunkt zur Empfängerempfindlichkeit neue Technologien und Fortschritte in der drahtlosen Kommunikation berücksichtigt. Mit der Einführung von Technologien wie 5G und darüber hinaus wird die Empfängerempfindlichkeit noch wichtiger. Diese Technologien zielen darauf ab, höhere Datenraten, geringere Latenzzeiten und Unterstützung für massive Konnektivität bereitzustellen. Daher muss die Empfängerempfindlichkeit sorgfältig berechnet werden, um eine zuverlässige und effiziente Kommunikation in diesen fortschrittlichen Systemen sicherzustellen. Darüber hinaus spielt die Empfängerempfindlichkeit angesichts der steigenden Nachfrage nach IoT-Geräten (Internet of Things) eine entscheidende Rolle, um die Kommunikation dieser Geräte über große Entfernungen und mit geringem Stromverbrauch zu ermöglichen.