Wat is Linkbudget?

Een berekening die de versterkingen en verliezen van het zendvermogen tot het ontvangen vermogen optelt, om het vermogen te schatten dat de ontvanger bereikt en de marge ten opzichte van het vermogen dat voor ontvangst nodig is (de gevoeligheid). Ze wordt in dB en dBm gemaakt door termen zoals zendvermogen + antenneversterkingen − propagatieverlies − kabelverlies op te tellen en af te trekken. Dezelfde aanpak wordt behalve in radio ook gebruikt voor het vermogensbudget in optische communicatie.

Japanse benaming: リンクバジェット

“Linkbudget” komt voor in 2 oefenvragen uit 2 onderwerpen, bijv. Siliciumfotonica, Basis van draadloze communicatie.

Vakgebied: Basis van draadloze communicatie

De stappen van de berekening

Tel eerst bij het zendvermogen (dBm) de versterkingen van de zend- en ontvangstantenne (dBi) op en trek het propagatieverlies en de kabel- en connectorverliezen (dB) af om het ontvangen vermogen te vinden. Bepaal vervolgens de gevoeligheid uit het ruisgetal en de bandbreedte van de ontvanger, en neem het verschil met het ontvangen vermogen als de linkmarge. Met bijvoorbeeld een zendvermogen van 20 dBm, 2 dBi versterking per antenne, 100 dB propagatieverlies en 4 dB kabelverlies is het ontvangen vermogen −80 dBm, wat bij een gevoeligheid van −90 dBm een marge van 10 dB geeft.

Waarom er marge wordt ingebouwd

Het werkelijke propagatieverlies is meestal groter dan het vrijeruimteverlies, en daarnaast is er afscherming door gebouwen en mensen, demping door regen en tijdelijke dalingen door fading. Ontwerpen bevatten daarom marges zoals een fadingmarge om een beoogde kans te halen dat de verbinding in stand blijft. Is de marge onvoldoende, dan zijn tegenmaatregelen het zendvermogen of de antenneversterking verhogen, het ruisgetal van de ontvanger verlagen of de transmissiesnelheid verlagen om de benodigde S/N te verkleinen.

Het voordeel van rekenen in dB

Met dB, dat vermogensverhoudingen logaritmisch uitdrukt, en dBm, met 1 mW als referentie, worden vermenigvuldigen en delen van vermogens die vele ordes van grootte omspannen omgezet in optellen en aftrekken. Grootheden die meer dan tien ordes van grootte verschillen, zoals een zender van enkele watt en een ontvangen vermogen onder 1 pW, passen in dezelfde tabel, en in één oogopslag is te zien waar de verliezen groot zijn.

Nu oefenen: vragen over Linkbudget

Laserlicht met een uitgangsvermogen van +3 dBm bereikt de fotodetector na in totaal 10 dB verlies (koppeling met de vezel, golfgeleider, modulator enz.). Welke waarde ligt het dichtst bij het ontvangen vermogen?

ACirca 0,2 mW (−7 dBm)
BCirca 20 mW (+13 dBm)
CCirca 0,05 mW (−13 dBm)

Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Circa 0,2 mW (−7 dBm)

dBm is een eenheid van absoluut vermogen met 1 mW als referentie: 0 dBm is 1 mW, +3 dBm is circa 2 mW en −10 dBm is 0,1 mW. Verliezen in dB kunnen eenvoudig worden afgetrokken: 3 − 10 = −7 dBm, en 10^(−0,7) ≈ 0,2 mW. Deze berekening, waarbij de verliezen van het zendvermogen worden afgetrokken en wordt nagegaan of het resultaat boven het minimale vermogen ligt dat de fotodetector nodig heeft (ontvangstgevoeligheid), heet een linkbudget (vermogensbudget). +13 dBm is de waarde als het verlies wordt opgeteld, −13 dBm de waarde als het teken van het zendvermogen verkeerd wordt genomen.

Het zendvermogen is 20 dBm, de versterking van de zendantenne 2 dBi, die van de ontvangstantenne 2 dBi, het propagatieverlies 100 dB en de kabelverliezen aan zend- en ontvangstzijde samen 4 dB. Wat is het ontvangen vermogen?

A−88 dBm
B−80 dBm
C−76 dBm

Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. −80 dBm

Het ontvangen vermogen vind je door bij het zendvermogen in dBm de antenneversterkingen (dBi) op te tellen en het propagatieverlies en de kabelverliezen (dB) af te trekken. Deze berekening heet een linkbudget: 20 + 2 + 2 − 100 − 4 = −80 dBm. Is het kleinste vermogen dat de ontvanger nog correct kan ontvangen (de gevoeligheid) bijvoorbeeld −90 dBm, dan is er een marge van 10 dB (linkmarge). In de praktijk wordt met extra marge ontworpen, omdat het ontvangen vermogen door fading kan dalen.

Veelgestelde vragen

Hoe wordt de gevoeligheid bepaald?

Door bij de vermogensdichtheid van thermische ruis bij 290 K, −174 dBm/Hz, de bandbreedte (10·log₁₀ B) en het ruisgetal van de ontvanger op te tellen, krijg je het naar de ingang herleide ruisvermogen. Tel je daar de S/N bij op die voor demodulatie nodig is, dan heb je een schatting van de gevoeligheid. Met een bandbreedte van 1 MHz, een ruisgetal van 6 dB en een benodigde S/N van 10 dB is dat −174 + 60 + 6 + 10 = −98 dBm.

Is het hetzelfde als een vermogensbudget in optische communicatie?

Het idee is hetzelfde. In optische communicatie wordt het vermogen dat de fotodetector bereikt gevonden door de verliezen van vezels, golfgeleiders, connectoren en koppelingen (dB) af te trekken van het uitgangsvermogen van de laser (dBm), en wordt de marge ten opzichte van de gevoeligheid van de detector gecontroleerd. Anders dan bij radio zijn er geen antenneversterkingen, maar de werkwijze van optellen en aftrekken in dB en dBm is dezelfde.

“Linkbudget” in de toelichting

Deze berekening, waarbij de verliezen van het zendvermogen worden afgetrokken en wordt nagegaan of het resultaat boven het minimale vermogen ligt dat de fotodetector nodig heeft (ontvangstgevoeligheid), heet een linkbudget (vermogensbudget).
Laserlicht met een uitgangsvermogen van +3 dBm bereikt de f…
Deze berekening heet een linkbudget: 20 + 2 + 2 − 100 − 4 = −80 dBm.
Het zendvermogen is 20 dBm, de versterking van de zendanten…

Vragen met “Linkbudget” (2)

Verwante termen

Golfgeleider Fading Beamforming (bundelvorming) BLE (Bluetooth Low Energy) Directe-conversieontvanger (zero-IF) LPWA (low-power wide-area) MIMO (multiple-input multiple-output) NFC (near field communication) OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing) Probleem van het verborgen station (hidden node problem)

Naar de woordenlijst