Link Bütçesi (Link Budget)
Link bütçesi, vericiden çıkan işaretin alıcıya güvenilir haberleşme için yeterli seviyede ulaşıp ulaşmadığını gösteren kazanç ve kayıp hesabıdır.
Link bütçesi nedir?
Link bütçesi, bir verici (baz istasyonu ya da mobil cihaz) ile alıcı arasındaki radyo bağlantısında, güvenilir haberleşme için yeterli işaret bulunup bulunmadığını denetler.
Hesap bir gelir gider tablosu gibi kurulur: vericinin gücü ve anten kazançları gelir, kablo, konnektör ve yol kayıpları giderdir. Kalan değer, alıcının çalışabildiği en düşük işaret seviyesiyle (duyarlılık) karşılaştırılır.
Link bütçesi hangi kalemlerden oluşur?
- +Verici gücü ve anten kazancıdBm ve dBiVericinin çıkış gücü ile verici anten kazancı. İkisinin toplamından kablo kayıpları düşüldüğünde EIRP (eşdeğer izotropik yayılan güç) elde edilir.
- −Kablo ve konnektör kayıplarıdBVerici ile anten arasındaki ve anten ile alıcı arasındaki koaksiyel kablo ve konnektörlerde kaybedilen güç.
- −Yol kaybıdBİşaretin havada yol alırken uğradığı zayıflama. Serbest uzay yol kaybı (FSPL) ya da Okumura-Hata gibi modellerle hesaplanır ve bütçenin en büyük gider kalemidir.
- +Alıcı anten kazancıdBiAlıcı tarafındaki antenin işarete kattığı kazanç.
- −Alıcı duyarlılığıdBmAlıcının çalışabildiği en düşük işaret seviyesi. GSM için tipik olarak -102 dBm dolayındadır.
- −Sönümlenme payı (fade margin)dBGölgeleme ve çok yollu sönümlenme için bırakılan emniyet payı.
900 MHz, 5 km için link bütçesi
Aynı bağlantıyı iki yol kaybı modeliyle hesaplayalım: önce engelsiz görüş hattını varsayan serbest uzay modeliyle, sonra kentsel ortam için Okumura-Hata modeliyle (baz istasyonu anteni 30 m, mobil anten 1,5 m yükseklikte).
| Kalem | Serbest uzay (FSPL) | Okumura-Hata (kentsel) |
|---|---|---|
| Verici çıkış gücü | +43,0 dBm | +43,0 dBm |
| Verici kablo ve konnektör kaybı | −3,0 dB | −3,0 dB |
| Verici anten kazancı | +17,0 dBi | +17,0 dBi |
| EIRP | 57,0 dBm | 57,0 dBm |
| Yol kaybı (900 MHz, 5 km) | −105,5 dB | −151,0 dB |
| Alıcı anten kazancı | 0,0 dBi | 0,0 dBi |
| Alıcı kablo kaybı | 0,0 dB | 0,0 dB |
| Alınan işaret seviyesi | −48,5 dBm | −94,0 dBm |
| Alıcı duyarlılığı | −102,0 dBm | −102,0 dBm |
| Sönümlenme payı | −10,0 dB | −10,0 dB |
| Kalan pay | +43,5 dB | −2,0 dB |
Serbest uzay modeli bağlantıyı fazlasıyla yeterli gösterirken, kentsel ortam modeli aynı bağlantının sönümlenme payını karşılamadığını gösterir. Yol kaybı modelinin seçimi sonucu belirler.
Downlink ve uplink link bütçesi
Bağlantı iki yönde de çalışmak zorundadır, bu yüzden bütçe iki kez hesaplanır. Downlink'te (DL) baz istasyonu verici, modem alıcıdır; uplink'te (UL) tersidir. Modemin verici gücü baz istasyonundan çok düşük olduğu için hücre kenarında sınırı çoğu zaman uplink belirler. İki yönden zayıf olanı bağlantının sınırıdır.
Downlink: modeme ulaşan işaret
Uplink: baz istasyonuna ulaşan işaret
Örnek: 1800 MHz, 5 km, harici anten
Modem tarafında Poynting XPOL-2-5G-V3 (1800 MHz'de 10 dBi) ve 10 m HDF-195 kablo olsun. Kablo kaybı 1800 MHz'de 0,514 dB/m ile 5,1 dB'dir; ayrıntı için anten kablosu kayıpları. Modem verici gücü Power Class 3 için 23 dBm alınmıştır.
| Kalem | Downlink | Uplink |
|---|---|---|
| Verici çıkış gücü | +43,0 dBm | +23,0 dBm |
| Verici anten kazancı | +17,0 dBi | +10,0 dBi |
| Kablo ve konnektör kaybı (modem tarafı) | −5,6 dB | −5,6 dB |
| Yol kaybı (FSPL) | −111,5 dB | −111,5 dB |
| Ek ortam kaybı (varsayım) | −20,0 dB | −20,0 dB |
| Alıcı anten kazancı | +10,0 dBi | +17,0 dBi |
| Alınan işaret seviyesi | −67,1 dBm | −87,1 dBm |
| Alıcı duyarlılığı (tipik) | −97,0 dBm | −110,0 dBm |
| Kenar payı | +29,9 dB | +22,9 dB |
Bu örnekte sınırı uplink belirler: baz istasyonunun daha iyi duyarlılığına rağmen kenar payı downlink'ten 7,0 dB düşüktür. Baz istasyonu tarafındaki kablo kaybı ihmal edilmiş, kablo ve konnektör kaybı 5,1 + 0,5 dB alınmıştır. Değerler yöntemi göstermek içindir; gerçek hesapta baz istasyonu ve modem verileri kullanılmalıdır.
Link bütçesi hesaplayıcı
- EIRP
- –
- Yol kaybı
- –
- Alınan işaret seviyesi
- –
- Kenar payı
- –
- Kalan pay (sönümlenme payından sonra)
- –
FSPL (dB) = 32,44 + 20·log₁₀(f MHz) + 20·log₁₀(d km). Okumura-Hata modeli 150 – 1500 MHz, 1 – 20 km, 30 – 200 m baz istasyonu ve 1 – 10 m mobil anten yüksekliği için geçerlidir; küçük ve orta ölçekli şehir düzeltmesi kullanılmıştır.
Uplink için verici alanlarına modemi (örneğin 23 dBm), alıcı alanlarına baz istasyonunu (örneğin 17 dBi, −110 dBm) girin.
Link bütçesi sonucu ne söyler?
Kalan pay sıfırın üzerindeyse bağlantı güvenilir kapsama sağlar. Pay ne kadar büyükse bağlantı, hava ve ortam değişimlerine o kadar dayanıklıdır.
Kalan pay sıfırın altındaysa işaret kaybı ya da düşük hizmet kalitesi beklenir. Bütçeyi dengelemek için bir kalemin iyileştirilmesi gerekir.
Eksi çıkan bir bütçeyi düzeltmenin en ekonomik yolu çoğu zaman anten tarafıdır: daha yüksek kazançlı bir anten, daha kısa ya da daha düşük kayıplı bir kablo, antenin daha yükseğe ve baz istasyonunu gören bir noktaya alınması. Her biri bütçeye doğrudan dB olarak yansır. Anten seçenekleri için Poynting ürünlerine ve Poynting çok sorulan sorular sayfasına bakabilirsiniz.
Link bütçesi işaretin gücünü hesaplar, kalitesini değil. Güç yeterli olduğu hâlde bağlantı kötüyse sorun büyük olasılıkla girişimdir; bunun için 4G 5G sinyal kalitesi notuna bakın.
Kenar payı kaç dB olmalı?
Kenar payı (system margin), alınan işaret seviyesi ile alıcı duyarlılığı arasındaki farktır: Kenar payı = PRX − Smin. Sönümlenme payı bu rezervden karşılanır. DL ve UL için ayrı ayrı bakılır.
Sabit dış ortam kurulumu için hedef değer. Sönümlenme ve hava değişimlerine karşı yeterli rezerv.
Bağlantı kurulabilir, ancak sönümlenme ve yoğun trafikte kopabilir. Anten konumu ve yönü gözden geçirilmelidir.
İşaret duyarlılığın altındadır. Anten, kablo ve konum değişmeden güvenilir bağlantı beklenmez.
Araç gibi hareketli uygulamalarda 15–20 dB hedeflenebilir. İlk örnekteki kentsel senaryoda kenar payı −94 − (−102) = 8 dB'dir, yani sınırdadır; 10 dB sönümlenme payı düşülünce kalan pay −2 dB olur.
Yol kaybına eklenen ortam kayıpları
FSPL engelsiz görüş hattını varsayar. Serbest uzay modeliyle hesap yapıyorsanız aşağıdaki kayıpları ayrıca ekleyin. Okumura-Hata gibi ölçüme dayalı modeller çevre etkisinin bir bölümünü zaten içerir.
| Ortam / durum | Tipik ek kayıp | Açıklama |
|---|---|---|
| Bina dış cephesinden giriş | 10 – 20 dB | Beton ve çelik yapılarda üst sınıra yakın |
| Ahşap / hafif yapı | 5 – 10 dB | Prefabrik ve ahşap çerçeveli binalar |
| Araç içi kullanım | 5 – 10 dB | Metal gövde zayıflatması |
| Ağaç ve yoğun bitki örtüsü | 3 – 5 dB | Yapraklı dönemde daha yüksek |
| Çok yollu sönümlenme (şehir içi) | 5 – 15 dB | MIMO ve çeşitleme ile azaltılır |
| İnsan gövdesi | 3 – 5 dB | El terminali kullanımında |
| Yağmur | < 1 dB | 6 GHz altında ihmal edilebilir |
Link bütçesi hakkında 5 soru
EIRP nedir?
Eşdeğer izotropik yayılan güçtür: verici çıkış gücünden kablo ve konnektör kayıpları çıkarılır, verici anten kazancı eklenir. Antenin en güçlü yönünde yayılan gücü, her yöne eşit yayan ideal bir antene göre ifade eder.
FSPL ile Okumura-Hata arasındaki fark nedir?
FSPL yalnızca frekans ve mesafeye bağlıdır ve verici ile alıcı arasında engel olmadığını varsayar. Okumura-Hata ölçümlere dayalı bir modeldir; binaların ve anten yüksekliklerinin etkisini de hesaba katar, bu yüzden kentsel ortamda çok daha yüksek kayıp verir.
Downlink ve uplink ayrı mı hesaplanır?
Evet. Verici gücü, anten kazancı ve alıcı duyarlılığı iki yönde farklıdır. Modemin verici gücü baz istasyonundan çok düşük olduğu için sınırı çoğu zaman uplink belirler; bağlantı iki yönden zayıf olanı kadar çalışır.
Kenar payı ile sönümlenme payı aynı şey mi?
Hayır. Kenar payı, alınan işaret ile alıcı duyarlılığı arasındaki farktır. Sönümlenme payı ise gölgeleme ve çok yollu sönümlenme için bu farktan ayrılan emniyet payıdır. Sabit dış ortam kurulumunda en az 10 dB kenar payı hedeflenir.
Sönümlenme payı ne kadar olmalı?
Ortama ve beklenen güvenilirliğe bağlıdır. Pay büyüdükçe bağlantı gölgelemeye ve çok yollu sönümlenmeye karşı daha dayanıklı olur, ama aynı kapsama için daha fazla güç ya da kazanç gerekir.