Qu'est-ce que Bilan de liaison (link budget) ?

Calcul qui cumule les gains et les pertes entre la puissance d'émission et la puissance reçue, pour estimer la puissance qui parvient au récepteur et la marge par rapport à la puissance nécessaire à la réception (la sensibilité). On l'obtient en dB et en dBm par additions et soustractions : puissance d'émission + gains d'antenne − affaiblissement de propagation − pertes des câbles, etc. Le même raisonnement s'applique, outre la radio, au bilan de puissance des communications optiques.

Nom japonais: リンクバジェット

« Bilan de liaison (link budget) » apparaît dans 2 questions d'entraînement réparties sur 2 thèmes, dont Photonique sur silicium, Bases des communications sans fil.

Domaine: Bases des communications sans fil

Étapes du calcul

On ajoute d'abord à la puissance d'émission (dBm) les gains des antennes d'émission et de réception (dBi), puis on retranche l'affaiblissement de propagation et les pertes des câbles et connecteurs (dB) pour obtenir la puissance reçue. On calcule ensuite la sensibilité à partir du facteur de bruit et de la largeur de bande du récepteur, et l'écart entre la puissance reçue et la sensibilité constitue la marge de liaison. Par exemple, avec une émission de 20 dBm, des gains d'antenne de 2 dBi chacun, un affaiblissement de propagation de 100 dB et des pertes de câble de 4 dB, la puissance reçue est de −80 dBm ; si la sensibilité est de −90 dBm, la marge est de 10 dB.

Pourquoi prévoir une marge

L'affaiblissement de propagation réel est en général supérieur à l'affaiblissement en espace libre, et il faut compter avec les masquages par les bâtiments ou le corps humain, l'atténuation due à la pluie et les chutes passagères dues au fading. On prévoit donc des marges, comme la marge de fading, selon l'objectif de probabilité de ne pas interrompre la communication. Si la marge est insuffisante, on augmente la puissance d'émission ou le gain des antennes, on réduit le facteur de bruit du récepteur, ou l'on abaisse le débit pour réduire le S/N nécessaire.

Intérêt du calcul en dB

Avec le dB, qui exprime un rapport de puissances en échelle logarithmique, et le dBm, rapporté à 1 mW, les multiplications et divisions de puissances qui s'étendent sur de nombreux ordres de grandeur deviennent des additions et des soustractions. On peut traiter dans un même tableau des grandeurs qui diffèrent de plus de 10 ordres de grandeur, comme un émetteur de quelques W et une puissance reçue inférieure à 1 pW, et voir d'un coup d'œil où les pertes sont les plus fortes.

S'entraîner : questions sur Bilan de liaison (link budget)

Une lumière laser de puissance +3 dBm atteint un photodétecteur après un total de 10 dB de pertes (couplage avec la fibre, guide d'onde, modulateur, etc.). Quelle valeur est la plus proche de la puissance reçue ?

  1. AEnviron 0,2 mW (−7 dBm)
  2. BEnviron 20 mW (+13 dBm)
  3. CEnviron 0,05 mW (−13 dBm)
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Réponse : A. Environ 0,2 mW (−7 dBm)

Le dBm est une unité de puissance absolue rapportée à 1 mW : 0 dBm vaut 1 mW, +3 dBm environ 2 mW et −10 dBm 0,1 mW. Il suffit de soustraire les pertes en dB : 3 − 10 = −7 dBm, soit 10^(−0,7) ≈ 0,2 mW. Ce calcul, qui consiste à retrancher les pertes de la puissance d'émission et à vérifier que le résultat dépasse la puissance minimale requise par le photodétecteur (sensibilité de réception), s'appelle bilan de liaison (bilan de puissance). +13 dBm est la valeur obtenue en ajoutant les pertes, et −13 dBm celle obtenue en se trompant sur le signe de la puissance d'émission.

La puissance d'émission est de 20 dBm, le gain de l'antenne d'émission de 2 dBi, celui de l'antenne de réception de 2 dBi, l'affaiblissement de propagation de 100 dB, et les pertes des câbles côté émission et côté réception totalisent 4 dB. Quelle est la puissance reçue ?

  1. A−88 dBm
  2. B−80 dBm
  3. C−76 dBm
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Réponse : B. −80 dBm

La puissance reçue s'obtient en ajoutant à la puissance d'émission en dBm les gains des antennes (en dBi), puis en retranchant l'affaiblissement de propagation et les pertes des câbles (en dB). Ce calcul s'appelle un bilan de liaison : 20 + 2 + 2 − 100 − 4 = −80 dBm. Si la puissance minimale que le récepteur peut recevoir correctement (sa sensibilité) est par exemple de −90 dBm, il reste une marge de 10 dB (marge de liaison). En pratique, la conception prévoit une marge pour tenir compte des baisses de la puissance reçue dues au fading.

Questions fréquentes

Comment la sensibilité est-elle déterminée ?

En ajoutant à la densité de puissance du bruit thermique à 290 K, −174 dBm/Hz, la largeur de bande (10·log₁₀ B) et le facteur de bruit du récepteur, on obtient la puissance de bruit ramenée à l'entrée. En y ajoutant le S/N nécessaire à la démodulation, on obtient une valeur indicative de la sensibilité. Pour une largeur de bande de 1 MHz, un facteur de bruit de 6 dB et un S/N nécessaire de 10 dB, elle vaut −174 + 60 + 6 + 10 = −98 dBm.

Est-ce la même chose que le bilan de puissance des communications optiques ?

Le raisonnement est le même. En communication optique, on retranche de la puissance du laser (dBm) les pertes (dB) des fibres, guides d'onde, connecteurs et couplages pour obtenir la puissance qui atteint le photodétecteur, et l'on vérifie la marge par rapport à sa sensibilité. Il n'y a pas de gain d'antenne comme en radio, mais la procédure d'additions et de soustractions en dB et en dBm est la même.

« Bilan de liaison (link budget) » dans les explications

Questions mentionnant « Bilan de liaison (link budget) » (2)

  1. Une lumière laser de puissance +3 dBm atteint un photodétecteur après un total de 10 dB de pertes (couplage avec la fibre, guide d'onde, modulateur, etc.). Quelle valeur est la plus proche de la puissance reçue ?
  2. La puissance d'émission est de 20 dBm, le gain de l'antenne d'émission de 2 dBi, celui de l'antenne de réception de 2 dBi, l'affaiblissement de propagation de 100 dB, et les pertes des câbles côté émission et côté réception totalisent 4 dB. Quelle est la puissance reçue ?

Termes associés

Guide d'onde Fading (évanouissement du signal) Affaiblissement en espace libre (free-space path loss) BLE (Bluetooth Low Energy) Facteur de bruit (NF) Formation de faisceau (beamforming) LPWA (Low Power Wide Area) MIMO (entrées multiples, sorties multiples) NFC (communication en champ proche) OFDM (multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence)

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