연계예산

링크 예산은 송신기에서 전파, 케이블, 도파관 또는 광섬유 등의 통신 매체를 통해 수신기에 이르기까지 통신 신호가 통신 시스템에서 경험하는 모든 전력 손익을 계산하는 것이다. 그것은 송신기 전력으로부터 수신 전력을 제공하는 방정식이며, 안테나 이득과 공급 라인 및 기타 손실뿐만 아니라, 송신기 전력으로부터 수신기 또는 그것이 통과하는 모든 리피터에서의 신호의 증폭이다. 링크 예산은 적절한 신호 대 잡음 비율로 정보가 지능적으로 수신되도록 하기 위해 수신 전력을 결정하기 위한 통신 시스템 설계 중에 계산된 설계 보조물이다. 페이딩과 같이 무작위로 변화하는 채널 이득은 예상되는 효과의 심각도에 따라 약간의 마진을 추가함으로써 고려된다. 안테나 다양성 또는 주파수 홉핑과 같은 완화 기법을 사용함으로써 요구되는 마진을 줄일 수 있다.

간단한 링크 예산 방정식은 다음과 같다.

수신 전력(dBm) = 전송 전력(dBm) + 이득(dB) - 손실(dB)

전력 수준은 (dBm), 전력 손익은 (dBm), 전력 손익은 데시벨(dB)로 표시되므로 데시벨을 추가하는 것은 실제 전력 비율을 곱하는 것과 같다.

라디오 시스템

가시선 무선 시스템의 경우, 1차 손실원은 거리의 역제곱(기압 확산)에 비례하는 균일한 전파에 의한 신호 전력의 감소다.

송신 안테나는 대부분 등방성(3차원의 균일한 방사선을 가진 상상의 안테나 등급)이나 전방향(2차원의 균일한 방사선을 가진 실제 안테나 등급)을 위한 것이 아니다.
전방향 안테나의 사용은 통신 시스템에서는 드물기 때문에 거의 모든 링크 예산 방정식은 안테나 이득을 고려해야 한다.
송신 안테나는 일반적으로 수신 안테나가 놓여 있는 선호하는 방향으로 신호 전력을 집중시킨다.
송신기 출력은 효과적으로 증가한다(안테나 이득이 가장 높은 방향으로). 이러한 시스템적 이득은 안테나 이득을 링크 예산에 포함시킴으로써 표현된다.
수신 안테나는 일반적으로 방향성이기도 하며, 적절한 방향성이 동위원소 안테나보다 더 많은 전력을 수집할 때, 결과적으로 수신 안테나 이득(동위원소, dBi로부터 데시벨 단위)이 수신 전력에 추가된다.
안테나 이득(송신 또는 수신)은 해당 방사선의 파장에 따라 크기가 조정된다. 적절한 시스템 연결 예산이 달성되는 경우 이 단계가 필요하지 않을 수 있다.

단순화 필요

종종 예산 방정식을 연계하는 것은 지저분하고 복잡하기 때문에, Friis 전송 방정식을 연계 예산 방정식으로 단순화하기 위해 표준 관행이 진화해왔다. 송신기와 수신기 사이의 가시선을 가정하여 송신 및 수신 안테나 이득, 자유 공간 경로 손실 및 추가 손실과 이득이 포함된다.

파장(또는 주파수) 용어는 링크 예산의 자유 공간 손실 부분의 일부다.
거리 항은 자유 공간 손실에서도 고려된다.

송전선로 및 양극화손실

실제 상황(심층 공간 통신, 약한 신호 DXing 등)에서는 신호 손실의 다른 원천도 설명해야 한다.

송수신 안테나는 부분적으로 교차 양극화 될 수 있다.
라디오와 안테나 간의 케이블 연결로 상당한 추가 손실이 발생할 수 있다.
시야가 부분적으로 방해되어 프레스넬 구역이 손실됨
도플러 시프트는 수신기의 신호 전력 손실을 유도했다.

엔드게임

예상 수신 전력이 사용 중인 통신 프로토콜에 의존할 수 있는 충분히 큰 경우(일반적으로 수신기 감도에 상대적인 경우), 링크는 데이터 전송에 유용할 것이다. 수신전력이 수신기 감도를 초과하는 양을 링크 마진이라고 한다.

방정식

로그로 표현된 이러한 모든 효과를 포함하는 링크 예산 방정식은 다음과 같이 보일 수 있다.

P_{\text{RX}}=P_{\text{TX}}+G_{\text{TX}-L_{\text{TX}-L_{\text{FS}-L_{M}+G_{\text{RX}-L_{\text{RX}}\,

여기서:

{\

RX

수신 전원(dBm)

{\

TX

송신기 출력 전력(dBm)

{\

TX

송신기 안테나 이득(dBi)

{\

TX

송신기 손실(coax, 커넥터...) (dB)

{\

FS

경로 손실, 일반적으로 여유 공간 손실(dB)

{\

M

잡다한 손실(피딩 마진, 신체 손실, 양극화 불일치, 기타 손실, ...) (dB)

{\

RX

수신기 안테나 게인(dBi)

{\

RX

수신기 손실(coax, 커넥터, ...) (dB)

흔히 경로 손실이라고 불리는 송수신 안테나 간 전파에 의한 손실은 파장까지의 거리를 정상화하여 치수 없는 형태로 작성할 수 있다.

{\

FS}{\text{(dB)

}}=20\log _{10}\left (4\pi {{\text{distance}}{\district}\right})}(

와 파장이 동일한 단위인 경우)

위의 링크 예산 방정식으로 대체하면 결과는 Friis 전송 방정식의 로그 형식이다.

거리와 파장으로 인한 손실을 따로 고려하는 것이 편리한 경우도 있지만, 그 경우 각각의 선택에는 상수 오프셋이 다르기 때문에 어떤 단위가 사용되고 있는지 추적하는 것이 중요하다. 아래에 몇 가지 예가 제시되어 있다.

{\

FS}}(

dB) ≈ 32.45dB + 20 log[주파수(MHz)] + 20 log[거리(km)]^[1]

{\

FS}}(

dB) ≈ -27.55dB + 20 log[주파수(MHz)] + 20 log[거리(m)]

{\

FS}}(

dB) ≈ 36.6dB + 20 log[주파수(MHz)] + 20 log[거리(마일)]

이러한 대체 형태는 파장을 주파수로 나눈 전파 속도(c, 약 3×10⁸ m/s)의 비율로 대체하고 km 또는 마일 및 미터, MHz와 (1/s) 사이에 적절한 변환 계수를 삽입함으로써 도출할 수 있다.

비시선무선

벽이나 천장과 같은 건물 장애물 때문에 실내에서 전파 손실이 훨씬 더 클 수 있다. 이는 벽과 천장에 의한 감쇠와 장비, 가구, 심지어 사람에 의한 막힘이 복합적으로 발생하기 때문이다.

예를 들어, 양쪽에 건식벽이 있는 "2x4" 목재 스터드 벽은 벽당 약 6dB의 손실을 초래한다.
오래된 건물은 자재와 시선 문제로 인해 신축 건물보다 내부 손실이 더 클 수 있다.

경험에 따르면 시력 전파는 처음 3m 정도까지만 지속된다. 실내에서 3m 이상의 전파 손실도 밀집한 사무실 환경에서 30m당 최대 30dB까지 증가할 수 있다. 이것은 보수적(대부분의 경우 경로 손실을 과대평가한다는 점에서)이라는 점에서 좋은 규칙이다. 실제 전파 손실은 건물 시공 및 배치에 따라 크게 달라질 수 있다.

신호의 감쇠는 신호의 주파수에 따라 크게 좌우된다.

도파관 및 케이블 내

동축과 트위스트 페어 전기 케이블, 무선 주파수 도파관, 광섬유 등의 유도 매체는 거리에 따라 지수적으로 손실이 발생한다.

경로 손실은 단위 거리당 dB가 될 것이다.

이는 유도 매체의 손실이 동일한 길이의 가시선 경로의 손실을 초과하는 교차 거리는 항상 존재한다는 것을 의미한다.

원거리 광섬유 통신은 초투명 유리섬유의 개발로 실용화되었다. 단일 모드 섬유에 대한 일반적인 경로 손실은 0.2dB/km로 다른 유도 매체보다 훨씬 낮다.^[2]

지구-달-지구 통신

지구-달-지구 통신에서는 연계 예산이 중요하다. As the albedo of the Moon is very low (maximally 12% but usually closer to 7%), and the path loss over the 770,000 kilometre return distance is extreme (around 250 to 310 dB depending on VHF-UHF band used, modulation format and Doppler shift effects), high power (more than 100 watts) and high-gain antennas (more than 20 dB) must be used.

실제로 이는 이 기법의 사용을 VHF 이상에서 스펙트럼으로 제한한다.
EME 통신이 가능하려면 달이 수평선 위에 있어야 한다.

보이저 프로그램

보이저 프로그램 우주선은 알려진 경로 손실이 가장 높고(2002년^[3]^{: 26} 기준 308dB) 통신회선 중 링크 예산이 가장 낮다. 딥 스페이스 네트워크는 1.2dB 이득의 안테나 크기를 64m에서 70m로 늘리고 2000~2001년 0.5dB 이득의 저소음 전자 장치로 업그레이드하는 등 일련의 개선을 통해 예상보다 높은 비트 전송률로 링크를 유지할 수 있었다. 넵튠 플라이비에서는 70m 안테나 외에 34m 안테나 2개와 25m 안테나 27개를 사용해 5.6dB의 상승효과를 얻었으며, 비트 전송률 4배 증가를 위해 링크 마진을 추가했다.^[3]^{: 35}

참고 항목

참조

^ "Archived copy". people.deas.harvard.edu. Archived from the original on 1 September 2005. Retrieved 12 January 2022.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
^ "Archived copy" (PDF). www.corningcablesystems.com. Archived from the original (PDF) on 28 September 2007. Retrieved 12 January 2022.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
^ ^a ^b JPL Deep Space Communications and Navigation Systems (March 2002). "Voyager Telecommunications" (PDF). descanso.jpl.nasa.gov. Retrieved 2017-08-04.

외부 링크

[1] "Archived copy". people.deas.harvard.edu. Archived from the original on 1 September 2005. Retrieved 12 January 2022.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)

[2] "Archived copy" (PDF). www.corningcablesystems.com. Archived from the original (PDF) on 28 September 2007. Retrieved 12 January 2022.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)

[descanso-3] JPL Deep Space Communications and Navigation Systems (March 2002). "Voyager Telecommunications" (PDF). descanso.jpl.nasa.gov. Retrieved 2017-08-04.

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