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リンク バジェット解析

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2 つのサイト間の無線通信リンクの設計において、範囲、スループット、および受信信号品質の問題はシステム エンジニアにとって非常に重要です。リンク バジェット解析では、通信リンクのすべてのゲインと損失が考慮されます。伝播パス長、信号の偏波、およびアンテナ給電ケーブルなどのいくつかの要素と設計上の選択により信号品質が低下する一方で、パワー アンプやアンテナ サイズなどにより送信信号の強度が高まる可能性もあります。

はじめに

この例では、"linkBudgetAnalyzer" アプリを使用してシステム パラメーターを集計し、システム パフォーマンスに影響を与えるゲインと損失を計算します。

linkBudgetAnalyzer

Settings

個別のタブで [アップリンク] および [ダウンリンク] の設定を指定します。[アップリンク] タブと [ダウンリンク] タブには、以下の折りたたみ可能な入力パラメーター セクションが含まれています。

  • リンク: 周波数、帯域幅、必要な Eb/N0 などのリンク レベル パラメーターが含まれます。

  • 送信機: 送信機固有のパラメーターが含まれます。

  • 受信機: 受信機固有のパラメーターが含まれます。

  • 伝播: 信号伝播パスの損失を計算するために使用されるさまざまな大気要素を指定するためのパラメーターが含まれます。

アップリンクおよびダウンリンクの設定を指定した後に、[解析] を選択して、[結果] タブで報告されるゲインおよび損失と、アップリンクおよびダウンリンクの自由空間パス損失 (FSPL) と G/T のプロットが含まれるタブを更新します。

結果

[結果] タブには [アップリンク] および [ダウンリンク] の折りたたみ可能セクションがあり、それぞれアップリンクとダウンリンクのリンク バジェット結果を示します。[付録] には、結果を計算するために使用された関数の一覧が含まれます。

LinkBudgetAnalyzerResults.png

  • [距離] と [仰角] は、送信機と受信機の入力パラメーター [緯度]、[経度]、および [高度] から計算されます。

  • [Tx アンテナ ゲイン] と [Rx アンテナ ゲイン] は、対応する入力パラメーター [アンテナ直径]、[アンテナ効率]、および [周波数] の関数です。

  • [Tx EIRP] は、入力パラメーター [増幅器パワー]、[増幅器バックオフ損失]、[フィーダー損失]、[Radome loss]、[その他の損失]、および [Tx アンテナ ゲイン] の関数です。送信等価等方放射電力 (EIRP) を表す [Tx EIRP] は、指定された方向で実際のアンテナから観測される等価パワー密度を生成するために等方性アンテナによって放射される必要がある電力量です。通常、EIRP は最大放射の軸として定義されるアンテナ ボアサイト用に見積もられます。

  • 送信信号強度は、波面の幾何学的拡散により減少します。この損失は、関数fspl、[距離]、および [周波数] を使用して計算される [自由空間パス損失] により表されます。

  • [降雨減衰] は、[距離]、[周波数]、[降雨強度]、[仰角]、および [偏波の傾き] を使用して、関数rainplにより計算されます。関数rainplは、International Telecommunication Union (ITU) の降雨減衰モデルを適用します。このモデルは、1 ～ 1000 GHz の周波数にのみ適用されます。[1]

  • 関数fogplは、[距離]、[周波数]、[霧/雲温度]、および [霧/雲水密度] を使用して [霧/雲減衰] を計算します。関数fogplは、ITU の雲および霧の減衰モデルを適用します。このモデルは、10 ～ 1000 GHz の周波数でのみ有効です。[2]

  • [大気ガス減衰] は、[距離]、[周波数]、[温度]、[大気圧]、および [水蒸気密度] の関数で、1 ～ 1000 GHz の周波数で有効な ITU の大気ガス減衰モデルを適用する関数gasplを使用して計算されます。[3]

  • [偏波損失] は、[偏波の不一致] の角度から導出されます。

  • [総伝播損失] は、上記のすべての損失で構成されます。

  • [Tx EIRP] が [総伝播損失] および受信機の [Radome loss] により減少し、受信機での [受信等方性電力] が得られます。

  • 受信機では、アンテナによって [受信等方性電力] が [Rx アンテナ ゲイン] だけ増加しますが、[フィーダー損失] と [その他の損失] によって信号強度が減少します。[受信信号強度] には最終結果が表示されます。

  • [Rx G/T] は、[Rx アンテナ ゲイン] と [システム温度] から計算される、受信機の性能に関する情報を提供します。G/T が増加すると受信機の性能が向上します。

  • [C/N] は SNR (S/N 比) を表し、[受信信号強度]、[システム温度]、[帯域幅]、およびボルツマン定数の関数です。

  • *[C/No]* は、[C/N] と [帯域幅] から計算されます。

  • [受信 Eb/No] はビットあたりのエネルギーを表し、[C/No] と [ビット レート] の関数です。

  • [マージン] は、[受信 Eb/No]、[必要な Eb/No]、および [実装損失] から計算されます。リンク バジェット解析を実行する際の目標の 1 つは、選択されたデータ転送速度、帯域幅、EIRP、および受信機の性能指数に対して十分なマージンをもつことです。多くの場合、目的のリンク マージンを得るために何らかの調整が必要になります。

可視化

パス損失と受信機の性能のプロットについては、アップリンクとダウンリンクの FSPL タブと G/T タブを参照してください。自由空間パス損失が伝播損失の最大の要素を構成します。損失は、距離と周波数に比例します。受信機の性能指数は、アンテナの直径に比例するアンテナ ゲインと共に増加します。指定された [周波数] と受信機の [アンテナ直径] がプロット内に赤い * マーカーで表示されます。

付録

この例で扱われているさまざまなパラメーターと損失を計算するために、以下の関数が使用されます。

参考文献

  1. Radiocommunication Sector of International Telecommunication Union.Recommendation ITU-R P.838-3: Specific attenuation model for rain for use in prediction methods. 2005.

  2. Radiocommunication Sector of International Telecommunication Union.Recommendation ITU-R P.840-6: Attenuation due to clouds and fog. 2013.

  3. Radiocommunication Sector of International Telecommunication Union.Recommendation ITU-R P.676-10: Attenuation by atmospheric gases 2013.

参考

(Satellite Communications Toolbox)

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