LINK BUDGET

Slides(aulas) Ref: Digital Communications

Bernard Sklar1a edição

LINK BUDGET

ANÁLISE DO LINK Cálculo e tabulação da potência útil

de sinal e da potência de ruído interferente disponíveis no receptor

Link budget: planilha ou folha com o balanço das

perdas e ganhos; é o resultado da análise do link

LINK BUDGET O objetivo da análise do link é

determinar o ponto de operação real do sistema e verificar se a probabilidade de erro deste ponto atende à probabilidade de erro mínimo

LINK BUDGET Pode determinar

Margem do link Restrições de hardware e como compensá-las Tabela de pontuação (score sheet) para

avaliar trocas (trades-offs) ou mudanças de configuração, ou entender nuances de subsistemas ou interdependências

Avaliar rapidamente a precisão da análise do link

Ajudar a prever peso, tamanho de equipamentos, potência, risco técnico e custo

LINK BUDGET Canal

Meio de propagação ou caminho eletromagnético conectando o transmissor e o receptor

Canal com fio: fios, cabos coaxiais, cabos de fibras ópticas,

Canal sem fio: guias de onda, atmosfera, espaço livre (ex: link de RF)

Espaço livre: canal livre de empecilhos para a propagação de RF (absorção, reflexão, refração ou difraçao); a energia que chega ao receptor é uma função da distância (lei do inverso do quadrado)

LINK BUDGET Degradação na performance do

link Causas

Perda na relação sinal-ruído Interferência Intersimbólica (não é levada

em conta – não depende da potência transmitida)

LINK BUDGET Relação sinal-ruído

Potência média recebida e potência média do ruído

Performance depende da relação Eb/N0 recebida Eb/N0 = S/N(W/R)

Fontes de degradação do sinal Perdas

Absorção, desvio, espalhamento, reflexão de parte sinal

Ruído

LINK BUDGET Fontes de Ruído

Ruído térmico Ruído galáctico Ruído atmosférico Transientes devido a chaveamento

(switching) Ruído de intermodulação Sinais interferentes de outras fontes

Ver figura Sklar com relação detalhada de perdas e ruído num sistema de comunicação (figura 4.1 1a ed. / 5.1 2 edição)

Fontes de degradação

Link Budget

LINK BUDGET Análise da Potência do Sinal Recebido e da

Potência do Ruído – Equação do alcance (Range Equation)

Relaciona a potência recebida com a distância Link de RF: portadora modulada transmitida

através de antena (converte portadora campo eletromagnético)

LINK BUDGET Radiador isotrópico

fonte de RF omnidirecional (transmite uniformemente sobre 4π estereoradianos)

Densidade de potência

2watts/m24)(

d

Pdp t

LINK BUDGET Figura: densidade

de potência a uma distância (fig. 4.3)

Potência Pr extraída com antena de recepção

Sendo Aer a área de efetiva de recepção

Ap= área física da antena e eficiència da antena

24

)(

d

Adpr

erP

per AA

LINK BUDGET Ganho da antena

Figura 4.4

radianos estéreo 4 sobre potência de média eintensidadpotência de máxima eintensidad

G

LINK BUDGET Potência efetivamente irradiada

em relação ao radiador isotrópico (EIRP)

Exemplo 4.1 e figura 4.5

tt GPEIRP

LINK BUDGET Densidade de Potência

Potência recebida

Se a antena não é isotrópica

Sabe-se que:

Potência recebida se a antena é isotrópica

Ls= Perda do caminho (path-loss ou perda de propagação no espaço livre

Se a antena não é isotrópica

24)(

d

Pdp t

24 d

AEIRPP er

r

24)(

d

APAdpP ert

err

22

4

ee A

AG para

4

12

eAG )isotrópica (ant. se

2

2

4

4

dL

d

EIRPP

s

r

onde

s

rrr L

GEIRP

d

GEIRPP 2

2

4

LINK BUDGET Ganho da antena

de transmissão fixo

Antenas já construídas

Ganhos de transmissão e de recepção fixos

Ganhos da antena de transmissão e recepção fixos

24 d

AGPr

erttP

22d

AAPP erett

r

24 d

GAPP rett

r

22

4 d

GGPP rtt

r

LINK BUDGET Fig 4.6 Potência recebida como

função da freqüência Cobertura diminui quando f

aumenta Solução: reduzir tamanho da

antena para manter cobertura terrestre

Link Budget

LINK BUDGET Exemplo 4.2 – medida da perda de

propagação – figura 4.7

LINK BUDGET Potência de ruído térmico

Ruído térmico é causado pelo movimento térmico dos elétrons em todos os condutores

Presente no acoplamento entre antena e receptor e primeiros estágios do receptor

Constante em todas as freqüências até 1012 Hz – ruído branco

Modelado como processo AWGN

LINK BUDGET Modelo físico do ruído térmico ou

Johnson é um gerador de ruído com tensão média quadrática de

Sendo K = constante de Boltzmann = 1,38 x 10-

23 J/K ou W/K-Hz T = temperatura (kelvin) R = resistência (ohms)

kTW4

LINK BUDGET A potência máxima de ruído que pode ser

acoplada de um gerador de ruído para o terminal de entrada de um amplificador é

A máxima densidade espectral unilateral de potência de ruído disponível na entrada do amplificador (largura de banda de 1 Hz)

wattsWTN

zwatts/hertTW

NN 0

LINK BUDGET Análise do Link Budget

Relação sinal ruído SNR de interesse: Portadora modulada, relação potência média da portadora-ruído (C/N) ou Pr/N

Receptores digitais:

s

Rr

L

NGEIRP

N

P

os

r

LLkTGEIRPr

N

P

0

LINK BUDGET GR /T – sensitividade do receptor Lo – todas as outras perdas e

fatores de degradação Supondo que a potência recebida é

está no sinal modulante (informação) então R

N

E

N

S

N

P br

000

LINK BUDGET Margem

Margem em dB

RN

EMR

N

E

N

P

reqd

b

r

br

000

)()()(00

dBN

EdB

N

EdBM

reqd

b

r

LINK BUDGET Cálculo da margem do link em

decibéis

RN

EMR

N

E

reqd

b

r

bNPr

000

os

r

LLkTGEIRPr

N

P

0 osreqdb

r

LLkRNE

TGEIRPM

0

Margem em dB

)()()/(

)/()()()()()(0

dBLdBLHzdBWkT

sbitsdBRdBdBiGdBWEIRPdBM

os

reqdNE

rb

Figura de Ruído, Temperatura de Ruído e Temperatura do Sistema

Figura de Ruído (Noise Figure)

aiii

ii

out

in

NNGGS

NS

SNR

SNRF

oramplificad do ganho

entrada à doreferenciaor amplificad do ruído

oramplificad do entrada na ruído do média potência

oramplificad do entrada na sinal do média potência

G

N

N

S

ai

i

i

Figura de Ruído

Figura de Ruído

i

ai

i

aii

aiii

ii

out

in

N

N

N

NN

NNGGS

NS

SNR

SNRF

1

Figura de Ruído Usar conceito de F para comparar

dispositivos escolhendo Ni como referência

Temperatura de referência :T0= 290K Densidade espectral de potência

correspondente: N0= к T0 = 1.38 x 10-23 x 290 = 4.00 x 10-21

W/Hz Em decibéis: N0= -204 dBW/Hz

iN

Figura de Ruído

i

ai

N

NF 1 iai NFN )1(

WTFWTR 0)1(

KFTFTR 290)1()1( 0

TR= Temperatura efetiva de ruído

Temperatura do Sistema

compAS TTT

TS= Temperatura do Sistema

TA= Temperatura da Antena

Tcomp = Temperatura composta ( linha e amplificador)

ANTENA

TA

Receptor

Pré-amplificador

TR