Link budget

In fase di sviluppo Stesura preliminare In fase di sviluppo

La potenza di un segnale ricevuto da un apparato radio dipende:

La formula che esprime questi concetti, scritta in unità logaritmiche, prende il nome di link budget (o anche bilancio di potenza o bilancio di collegamento):

Link budget

Si noti che tale formula è concettualmente simile a quella utilizzata per la trasmissione su linea oppure su fibra ottica; cambiano invece (e di molto...) i valori numerici coinvolti.

Esaminiamo il significato dei quattro termini dell'equazione:

Potenza ricevuta (Pr)

Un ricevitore necessita di una certa potenza in ingresso per poter elaborare correttamente un segnale. In genere viene fornito dal costruttore il valore minimo di potenza adatta al funzionamento di un determinato apparato (sensibilità oppure sensitivity).

Valori comuni per apparati radio per la trasmissione di dati sono compresi da -60 dBm e -100 dBm (nota 1)

Potenza trasmessa (Pt)

La potenza trasmessa dipende dalla tecnologia utilizzata, da limiti di legge, dalla disponibilità effettiva di un'adeguata fonte di energia.

Valori comuni per apparati radio per la trasmissione di dati cono compresi da -20 dBm e +40 dBm (nota 1)

Guadagno (G)

Tra trasmettitore e ricevitore sono interposti apparati che hanno lo scopo di aumentare la potenza trasmessa o ricevuta. Tipicamente abbiamo due tipi di tali apparati:

Attenuazione (α)

Non tutto il segnale trasmesso arriva al ricevitore (anzi...). l'attenuazione dipende da una serie di fattori che si sommano tra di loro:

L'attenuazione dello spazio libero espresso in unità logaritmiche è dato dalla seguente formula:

Attenuazione dello spazio libero

Esaminiamo i tre termini:

Esempio 1

La distanza tra due stazioni radio è 10 km, non vi sono ostacoli intermedi (nota 3) e la frequenza della portante radio è 100 MHz. Il trasmettitore ha una potenza di 20  dBm; il guadagno sia dell'antenna trasmittente che ricevente è 3 dBi. Quale è la potenza del segnale ricevuto?

ASL = 32,5 + 40 + 20 = 92.5 dB

Pr = 20 - 92.5 + 3 + 3 = -66,5 dBm

Esempio 2

Il ricevitore dell'esempio precedente ha una sensibilità di -80 dBm. La trasmissione avviene correttamente?

Si. infatti il segnale ricevuto è più grande di quello minimo (-66,5 dBm > -80 dBm)

Esercizio 3

Quale è la massima distanza possibile tra trasmettitore e ricevitore (dati dei precedenti esempi)?

[circa 47 km, se senza ostacoli e con le antenne poste ad adeguata altezza]

Esempio 4

Un (vecchio) dispositivo NanoStation locoM5 è utilizzato nel collegamento con un generico access point (AP) WiFi posto all'interno di un appartamento a circa 50 metri di distanza. Le caratteristiche fondamentali sono raccolte nella seguente tabella, tratta dai fogli tecnici:

Estratto delle caratteristiche della Nanostation Loco M5

L'AP ha una potenza di trasmissione di 18 dBm ed un'antenna con guadagno 2 dBi. La sensibilità in ricezione è di -76 dBm (nota 4).

Si decide di utilizzare una frequenza di 5.2 GHz, ammessa in tutta Europa per le comunicazioni WiFi all'aperto senza richiedere licenze.

Determinare se il collegamento è possibile e, se si, le prestazioni. attese.

Calcoliamo l'attenuazione, uguale in entrambi i versi della comunicazione (da Nanostation ad AP e viceversa). L'attenuazione dello spazio libero è:

ASL = 32,5 + 74 - 26 = 80,8 dB

Dobbiamo aggiungere inoltre l'attenuazione del muro perimetrale dell'appartamento, in pietra di elevato spessore. Una ricerca su internet fornisce un intervallo di valori tra 10 dB e 20 dB. Scegliamo il caso peggiore, ottenendo un'attenuazione complessiva di circa 101 dB.

Nei fogli tecnici della NanoStation leggiamo che:

La potenza del segnale trasmesso dall'access point e ricevuto dalla NanoStation è:

Pr = 18 - 101 + 13 + 2 = -68 dBm

Tale valore è superiore alla sensibilità della NanoStation, anche nel caso peggiore, e quindi il canale sarà operavo alla massima velocità, corrispondente a MCS15 (nota 5).

Nel verso opposto, la potenza del segnale trasmesso dalla NanoStation e ricevuto all'access point è:

Pr = 17 - 101 + 13 + 2 = -69 dBm

Tale valore è superiore alla sensibilità dell'access point e quindi il canale sarà operavo alla massima velocità.

Tale collegamento è effettivamente stato realizzato; la velocità reale è limitata dal fatto che la connessione cablata della NanoStation è Fast Ethernet (100 Mbit/s lordo, circa 94 Mbit/s di traffico TPC).

Esercizio 5

Una coppia di dispositivi NanoStation 5 AC collega due edifici; la fotografia di apertura mostra uno di tali apparati. Calcolare la potenza del segnale ricevuto.

[-51 dBm. Nella realtà il segnale ricevuto è di soli -58 dBm a causa della presenza di un paio di conufere piuttosto rigogliose lungo la tratta RF]

Esercizio 6

Si vuole utilizzare una coppia di (vecchi) airGrid M HP modello AG-HP-5g23 per un ponte radio tra l'ospedale Niguarda di Milano e Casatenovo. Valutare la fattibilità del progetto e le prestazioni attese.

La fotografia di apertura mostra in basso a destra l'apparato usato per la sperimentazione.

Note

  1. Questo intervallo è enorme, quattro ordini di grandezza, e dipende dalla tecnologia impiegata e dalla velocità di comunicazione
  2. Segnali a frequenza molto bassa, poco usati nei moderni sistemi di trasmissione dati ordinari, possono aggirare gli ostacoli grazie alla rifrazione e alla riflessione del segnale radio
  3. Spesso l'assenza di ostacoli fisici tra trasmettitore e ricevitore è indicata come trasmissione LOS (Line of sight)
  4. Non abbiamo i dati reali sulla sensibilità dell'access point e sulla potenza di trasmissione. Quelli indicati sono comunque realistici.
  5. MSC15 corrisponde ad una velocità fino a 144 Mbit/s su canale da 20 MHz e 300 Mbit/s su canale a 40 MHz


Pagina creata nel febbraio 2021
Ultima modifica: 24 febbraio 2021


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