Link Bütçesi Formülü ve Kenar Payı
RF mühendisliği temel referansı · LTE / 5G NR hücresel sistemler
1. Link Bütçesİ — Formül ve Açıklaması
1Temel Tanım
Link bütçesi, bir radyo bağlantısında verici ile alıcı arasındaki tüm kazanç ve kayıpların dB cinsinden toplanmasıyla alıcıya ulaşan sinyal gücünün hesaplandığı yöntemdir. Bağlantının kurulup kurulamayacağını, güvenilir çalışıp çalışmayacağını ve ne kadar sistem rezervi (kenar payı) bulunduğunu gösterir.
2Aşağı Yön (DL — Downlink) Formülü
Genel DL Link Bütçesİ
PRX = EIRPBTS − FSPL + Ganten − Lkablo − Lkonnektör
= (PTX,BTS + GBTS) − FSPL + Ganten − Lkablo − Lkonnektör
PRX: alınan sinyal gücü (dBm) |
EIRPBTS: baz istasyonu etkin yayın gücü (dBm) |
FSPL: serbest uzay yol kaybı (dB) |
Ganten: alıcı anten kazanımı (dBi) |
Lkablo: kablo kaybı (dB) |
Lkonnektör: konnektör kaybı (dB)
BTS TX Gücü
+43 dBm
+43 dBm
+
BTS Anten
+17 dBi
+17 dBi
=
EIRP
60 dBm
60 dBm
−
FSPL
~93 dB
~93 dB
+
Anten
+10 dBi
+10 dBi
−
Kablo
~5 dB
~5 dB
−
Konnektör
0,5 dB
0,5 dB
=
PRX
~−28,5 dBm
~−28,5 dBm
Örnek değerler: 1800 MHz, 300 m, XPOL-2-5G-V3 (10 dBi), 10 m HDF-195 kablo
3Yukarı Yön (UL — Uplink) Formülü
Genel UL Link BÜTÇESİ
PRX,BTS = EIRPmodem − FSPL
EIRPmodem = PTX,modem + Ganten − Lkablo − Lkonnektör
PTX,modem: modem verici gücü (tipik 23 dBm) |
Ganten: anten kazanımı (dBi) |
Kablo ve konnektör kayıpları net EIRP'i düşürür
4Alt Formüller
EIRP — Etkİn İzotropİk Yayın Gücü
EIRP (dBm) = PTX (dBm) + Ganten (dBi)
Verici gücü ile anten kazanımının toplamıdır. Bir izotropik antenden (her yöne eşit yayan ideal anten)
kaç dBm eşdeğeri güç yayıldığını gösterir. Kablo ve konnektör varsa bunlar düşülür:
EIRPnet = PTX + Ganten − Lkablo − Lkonnektör
FSPL — Serbest Uzay Yol Kaybı
FSPL (dB) = 20 · log10(d) + 20 · log10(f) − 147,55
d = mesafe (metre) | f = frekans (Hz) |
−147,55 sabiti SI birimlerinden kaynaklanır (4π/c terimi)
Pratik form (f MHz, d km cinsinden):
Pratik form (f MHz, d km cinsinden):
FSPL (dB) = 20 · log10(dkm) + 20 · log10(fMHz) + 32,44
Örnek: 1800 MHz, 300 m (0,3 km) →
20·log₁₀(0,3) + 20·log₁₀(1800) + 32,44 = −10,46 + 65,10 + 32,44 = 87,1 dB
Termal Gürültü Tabanı ve Alıcı Duyarlılığı
N0 (dBm) = −174 + 10 · log10(BW) + NF
−174 dBm/Hz: 290 K (oda sıcaklığı) termal gürültü yoğunluğu (kT) |
BW: alıcı bant genişliği (Hz) | NF: gürültü figürü (dB)
Örnek: BW = 10 MHz, NF = 7 dB → −174 + 70 + 7 = −97 dBm minimum duyarlılık
Örnek: BW = 10 MHz, NF = 7 dB → −174 + 70 + 7 = −97 dBm minimum duyarlılık
Kablo Kaybı
Lkablo (dB) = α (dB/m) × uzunluk (m)
α: kablo tipine ve frekansa bağlı kayıp katsayısı (dB/m) |
Frekans arttıkça kayıp artar — her kablo tipi için üretici datasheetine başvurulmalıdır
HDF-195 örnekleri: 0,362 dB/m @ 900 MHz | 0,514 dB/m @ 1800 MHz | 0,603 dB/m @ 3000 MHz
HDF-195 örnekleri: 0,362 dB/m @ 900 MHz | 0,514 dB/m @ 1800 MHz | 0,603 dB/m @ 3000 MHz
5Sembol Tablosu
| Sembol | Açıklama | Birim / Tipik Değer |
|---|---|---|
| PTX,BTS | BTS verici gücü | dBm | Makro: 43–46 dBm |
| GBTS | BTS anten kazanımı | dBi | Sektörel: 15–20 dBi |
| EIRPBTS | BTS etkin izotropik yayın gücü | dBm | PTX + GBTS |
| FSPL | Serbest uzay yol kaybı | dB | Mesafe ve frekanstan hesaplanır |
| Ganten | Alıcı anten kazanımı | dBi | XPOL-2-5G-V3: 9–11 dBi |
| Lkablo | Kablo kaybı (toplam) | dB | α (dB/m) × uzunluk |
| Lkonnektör | Konnektör geçiş kaybı | dB | SMA: 0,2–0,3 dB/adet |
| PRX | Alınan sinyal gücü | dBm | Hesaplanır |
| Smin | Minimum alıcı duyarlılığı | dBm | Modem: −97 ile −102 dBm |
| NF | Gürültü figürü | dB | Tipik modem: 6–9 dB |
| BW | Alıcı bant genişliği | Hz | LTE 10 MHz → 10×10⁶ Hz |
| Msistem | Sistem kenar payı | dB | PRX − Smin |
2. Kenar Payı (System Margin) — Formül ve Yorumu
1Tanım ve Formül
Kenar payı, alınan sinyal gücü ile alıcı minimum duyarlılığı arasındaki dB farkıdır. Bağlantının ne kadar "rezervi" olduğunu gösterir: pozitif değer bağlantının kurulabileceğini, yüksek değer ise fading ve ortam bozulmalarına karşı ne kadar dayanıklı olduğunu ifade eder.
DL Kenar Payı
MDL (dB) = PRX − Smin,modem
PRX: link bütçesiyle hesaplanan alınan sinyal gücü (dBm) |
Smin,modem: modem minimum alıcı duyarlılığı (dBm)
UL Kenar Payı
MUL (dB) = EIRPmodem − FSPL − Smin,BTS
EIRPmodem = PTX,modem + Ganten − Lkablo − Lkonnektör |
Smin,BTS: BTS minimum alıcı duyarlılığı (tipik −110 dBm)
2Kenar Payı Yorumu
≥ 10 dB
Güvenilir bağlantı
Fading, yağmur, bina girişi ve araç içi kullanım koşullarına karşı yeterli rezerv.
Sabit dış mekan kurulumu için hedef değer. Yüksek erişilebilirlik (%99+) beklenir.
0 – 9 dB
Sınırda senaryo
Teorik bağlantı kurulabilir; ancak hafif fading olayları, yoğun trafik
veya olumsuz hava koşullarında kopma yaşanabilir. Sabit kurulumda önerilmez;
anten konumu veya yönü gözden geçirilmeli.
< 0 dB
Yetersiz
Alıcı minimum duyarlılığının altında — bağlantı kurulamaz veya çok yüksek
hata oranıyla çalışır. Anten konumu, yön, kablo uzunluğu ve anten kazanımı
mutlaka gözden geçirilmeli.
3Ek Ortam Kayıpları (Gerçek Ortam Düzeltmesi)
FSPL serbest uzay modelidir; gerçek ortamda ek yayılım kayıpları link bütçesine ilave edilmelidir. Aşağıdaki değerler standart mühendislik kabullerine dayanmaktadır:
| Ortam / Durum | Tipik Ek Kayıp | Açıklama |
|---|---|---|
| Bina dış cephe girişi | 10 – 20 dB | Beton/çelik yapılarda üst sınır geçerli |
| Ahşap / hafif yapı girişi | 5 – 10 dB | Prefabrik, ahşap çerçeveli binalar |
| Araç içi kullanım | 5 – 10 dB | Metal gövde zayıflatması |
| Ağaç / yoğun bitki örtüsü | 3 – 5 dB | Yapraklı dönemde daha yüksek |
| Yağmur zayıflaması | < 1 dB | 6 GHz altında ihmal edilebilir |
| Çok-yollu fading (şehir içi) | 5 – 15 dB | Rayleigh fading; MIMO/diversity ile azaltılır |
| İnsan gölgesi (vücut kaybı) | 3 – 5 dB | El terminali kullanımında geçerli |
4Kenar Payını Etkileyen Faktörler
↑ Kenar payını artıran faktörler
- Yüksek kazanımlı anten (dBi ↑)
- BTS TX gücü artışı
- Düşük frekanslı band (700/800 MHz)
- Kısa kablo uzunluğu
- Düşük kayıplı kablo tipi (LMR-600 vs HDF-195)
- Az sayıda konnektör
- BTS'e yakın konumlama
↓ Kenar payını azaltan faktörler
- BTS'e uzak mesafe (FSPL ↑)
- Yüksek frekans bandı (3,5 GHz)
- Uzun kablo / yüksek kayıplı kablo
- Çok sayıda konnektör / splitter
- Bina içi kurulum (penetrasyon kaybı)
- Anten yanlış yönlendirmesi
- Yüksek gürültü figürlü alıcı (NF ↑)
Pratik tasarım kuralları
- Sabit dış mekan kurulumunda en az 10 dB kenar payı hedeflenmeli
- Hareketli/araç uygulamalarında 15–20 dB hedeflenebilir
- DL ve UL kenar payları ayrı ayrı hesaplanmalı; zincirin zayıf halkası belirleyicidir
- Kablo uzadıkça kazanım gerektiren anten ile dengeleme yapılmalıdır
- FSPL'nin mesafe ile 20 dB/dekad arttığı unutulmamalı: mesafeyi 10× artırmak 20 dB ek kayıp demektir