ميزانية الربط

ميزانية الربط هي حساب لجميع مكاسب وخسائر الطاقة التي تتعرض لها إشارة الاتصال في نظام الاتصالات ؛ بدءًا من جهاز الإرسال، مرورًا بوسيط اتصال مثل الموجات الراديوية أو الكابلات أو الموجهات الموجية أو الألياف الضوئية ، وصولًا إلى جهاز الاستقبال. وهي معادلة تُعطي الطاقة المُستقبلة من طاقة جهاز الإرسال، بعد مراعاة توهين الإشارة المُرسلة نتيجة الانتشار، بالإضافة إلى مكاسب الهوائي وخسائر خط التغذية وغيرها، وتضخيم الإشارة في جهاز الاستقبال أو أي مُكررات تمر بها. تُعد ميزانية الربط أداة تصميم مساعدة، تُحسب أثناء تصميم نظام الاتصالات لتحديد الطاقة المُستقبلة، لضمان استقبال المعلومات بوضوح وبنسبة إشارة إلى ضوضاء كافية . في معظم الأنظمة العملية، يجب تقدير الخسائر إلى حد ما، وقد تختلف. لذلك، يُحدد هامش الربط كهامش أمان بين الطاقة المُستقبلة والحد الأدنى من الطاقة التي يحتاجها جهاز الاستقبال لاكتشاف الإشارة بدقة. يتم اختيار هامش الارتباط بناءً على شدة انقطاع الاتصالات المتوقعة ويمكن تقليله باستخدام تقنيات التخفيف مثل تنوع الهوائي أو الإدخال المتعدد والإخراج المتعدد (MIMO).

تبدو معادلة ميزانية الربط البسيطة كالتالي:

القدرة المستلمة (ديسيبل ميلي واط) = القدرة المرسلة (ديسيبل ميلي واط) + المكاسب (ديسيبل) - الخسائر (ديسيبل)

يتم التعبير عن مستويات الطاقة بوحدة ( dBm )، ويتم التعبير عن مكاسب وخسائر الطاقة بوحدة الديسيبل (dB)، وهو قياس لوغاريتمي ، لذا فإن إضافة الديسيبل تعادل ضرب نسب الطاقة الفعلية.

قد تبدو معادلة ميزانية الارتباط التي تتضمن التأثيرات الرئيسية لنظام الإرسال اللاسلكي، معبرًا عنها لوغاريتميًا، كما يلي: ^{[ 1 ]}

${\displaystyle P_{\text{RX}}=P_{\text{TX}}+G_{\text{TX}}-L_{\text{TX}}-L_{\text{FS}}-L_{M}+G_{\text{RX}}-L_{\text{RX}}\,}$

أين:

${\displaystyle P_{\text{RX}}}$القدرة المستلمة (ديسيبل ميلي واط)

${\displaystyle P_{\text{TX}}}$، قدرة خرج جهاز الإرسال (ديسيبل ميلي واط)

${\displaystyle G_{\text{TX}}}$، كسب هوائي جهاز الإرسال (ديسيبل)

${\displaystyle L_{\text{TX}}}$خسائر جهاز الإرسال (الكابل المحوري، الموصلات...) (ديسيبل)

${\displaystyle L_{\text{FS}}}$فقدان المسار ( ديسيبل)

${\displaystyle L_{\text{M}}}$، خسائر متنوعة ( هامش التلاشي ، فقدان الجسم، عدم تطابق الاستقطاب، خسائر أخرى، ...) (ديسيبل)

${\displaystyle G_{\text{RX}}}$، كسب هوائي جهاز الاستقبال (ديسيبل)

${\displaystyle L_{\text{RX}}}$خسائر جهاز الاستقبال (الكابل المحوري، الموصلات، ...) (ديسيبل)

يُعرف فقد المسار بأنه الفقد الناتج عن انتشار الإشارة بين هوائي الإرسال وهوائي الاستقبال، وهو عادةً المساهم الأكبر في إجمالي الفقد، كما أنه أكبر عامل مجهول. عند الإرسال عبر الفضاء الحر ، يمكن التعبير عنه بصيغة لا بُعدية عن طريق معايرة المسافة بالنسبة للطول الموجي.

${\displaystyle L_{\text{FS}}{\text{(dB)}}=20\log _{10}\left(4\pi {{\text{distance}} \over {\text{wavelength}}}\right)}$(حيث تكون المسافة والطول الموجي بنفس الوحدات)

عند استبدالها في معادلة ميزانية الربط أعلاه، تكون النتيجة هي الشكل اللوغاريتمي لمعادلة انتقال فريس .

في بعض الحالات، يكون من الأنسب دراسة الفقد الناتج عن المسافة والطول الموجي بشكل منفصل، ولكن في هذه الحالة، من المهم تتبع الوحدات المستخدمة، حيث أن كل اختيار يتضمن إزاحة ثابتة مختلفة. ترد بعض الأمثلة أدناه.

${\displaystyle L_{\text{FS}}}$(ديسيبل) ≈ 32.45 ديسيبل + 20 log10[التردد (ميجاهرتز)] + 20 log10[المسافة (كم)] ^{[ 2 ]}

${\displaystyle L_{\text{FS}}}$(ديسيبل) ≈ −27.55 ديسيبل + 20 log10[التردد (ميجاهرتز)] + 20 log10[المسافة (م)]

${\displaystyle L_{\text{FS}}}$(ديسيبل) ≈ 36.6 ديسيبل + 20 log10[التردد (ميجاهرتز)] + 20 log10[المسافة (ميل)]

يمكن اشتقاق هذه الأشكال البديلة عن طريق استبدال الطول الموجي بنسبة سرعة الانتشار ( c ، تقريبًا).3 × 10 ⁸  م/ث ) مقسومة على التردد، وبإدخال عوامل التحويل المناسبة بين الكيلومترات أو الأميال والمتر، وبين الميغاهرتز والهرتز.

يتأثر كسب كل من هوائي الإرسال والاستقبال بتوجيهية الهوائي . فعلى سبيل المثال، يمكن أن تكون الهوائيات متساوية الخواص، أو شاملة الخواص، أو موجهة، أو قطاعية، وذلك تبعاً لطريقة توجيه طاقة الهوائي.

• تشع الهوائيات متساوية الإشعاع الطاقة بالتساوي في جميع الاتجاهات.
• توزع الهوائيات متعددة الاتجاهات الطاقة بالتساوي في جميع اتجاهات المستوى، لذا يكون نمط الإشعاع على شكل كرة محصورة بين سطحين مستويين متوازيين. وهي تُستخدم على نطاق واسع في العديد من التطبيقات، مثل نقاط الوصول اللاسلكية (واي فاي).
• تركز الهوائيات الاتجاهية الطاقة في اتجاه محدد، يسمى اتجاه الرؤية ، وتستخدم على نطاق واسع في تطبيقات نقطة إلى نقطة، مثل الجسور اللاسلكية والاتصالات عبر الأقمار الصناعية.
• تعمل هوائيات القطاع على تركيز الطاقة في منطقة أوسع، تشمل عادةً 45 درجة أو 60 درجة أو 90 درجة أو 120 درجة. ويتم نشرها بشكل روتيني في أبراج الاتصالات الخلوية.

تتميز الوسائط الموجهة مثل الكابلات الكهربائية المحورية والملتوية وموجات الترددات الراديوية بخسائر تتزايد بشكل أسي مع المسافة.

يُقاس فقد الإشارة بوحدة ديسيبل لكل وحدة مسافة. وهذا يعني وجود مسافة تقاطع تتجاوز عندها قيمة الفقد في الوسط الموجه قيمة الفقد في مسار خط البصر ذي الطول نفسه.

تُعرَّف ميزانية القدرة الضوئية (وتُسمى أيضًا ميزانية وصلة الألياف الضوئية وميزانية الفقد ) في وصلة اتصالات الألياف الضوئية بأنها توزيع القدرة الضوئية المتاحة (التي يُطلقها مصدر معين إلى ليف ضوئي محدد) بين آليات الفقد المختلفة، مثل فقد اقتران الإطلاق، وتوهين الألياف ، وفقد الوصلات، وفقد الموصلات ، وذلك لضمان توفر قوة إشارة كافية (قدرة ضوئية) عند جهاز الاستقبال. في ميزانيات القدرة الضوئية، يُحدد التوهين بالديسيبل (dB) والقدرة الضوئية بالديسيبل ميلي واط (dBm ) .

تعتمد كمية الطاقة الضوئية المُرسلة إلى ليف ضوئي معين من جهاز إرسال معين على طبيعة مصدره الضوئي النشط ( صمام ثنائي باعث للضوء أو ليزر ) ونوع الليف ، بما في ذلك معايير مثل قطر اللب والفتحة العددية . في بعض الأحيان، يحدد المصنّعون ميزانية الطاقة الضوئية لليف الأمثل لأجهزتهم فقط، أو يكتفون بتحديد أن أجهزتهم ستعمل على مسافة معينة دون ذكر خصائص الليف. يجب على المستخدم أولاً التأكد، من المصنّع أو عن طريق الاختبار، من خسائر الإرسال لنوع الليف المستخدم، وقوة الإشارة المطلوبة لمستوى أداء معين.

بالإضافة إلى فقدان الإرسال ، بما في ذلك فقدان أي وصلات وموصلات، يجب مراعاة فقدان هامش الطاقة الضوئية بما لا يقل عن عدة ديسيبل ، وذلك للتعويض عن تقادم المكونات وللسماح بإجراء وصلات مستقبلية في حالة قطع الكابل .

L _T = αL + L _c + L _s

التعريفات:

• خسارة _كلية​
• ألفا - توهين الألياف
• L - طول الألياف
• L _c - فقدان الموصل
• فقدان الربط L _s

تستخدم الشبكات الضوئية السلبية مقسمات ضوئية لتقسيم الإشارة الواردة إلى ما يصل إلى 32 مسارًا، وغالبًا ما يكون ذلك من مضاعفات العدد اثنين. كل تقسيم إلى نصفين يقلل من الطاقة المرسلة إلى النصف، وبالتالي يتسبب في حد أدنى من التوهين يبلغ 3  ديسيبل.${\displaystyle {\tfrac {1}{2}}}$≈ 10 ^−0.3 ).

لم يصبح الاتصال عبر الألياف الضوئية لمسافات طويلة عمليًا إلا مع تطوير الألياف الزجاجية فائقة الشفافية. يبلغ متوسط ​​فقد الإشارة في الألياف أحادية النمط 0.2  ديسيبل/كم، ^{[ 5 ]} وهو أقل بكثير من أي وسط نقل آخر.

• نسبة كسب الهوائي إلى درجة حرارة الضوضاء
• معادلة انتقال فريس
• مشع متساوي الخواص
• انتشار متعدد المسارات
• ميزانية الطاقة الضوئية
• نمط الإشعاع
• تخطيط الترددات اللاسلكية

 تتضمن هذه المقالة موادًا متاحة للعموم من المعيار الفيدرالي 1037C ، إدارة الخدمات العامة . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 22 يناير 2022.

• حاسبة ميزانية الربط لشبكة LAN اللاسلكية
• حاسبة ميزانية الربط من نقطة إلى نقطة
• حاسبة/مخطط ميزانية MUOS Link
• "ميزانية وصلة الترددات اللاسلكية" . easycalculator.org .
• حاسبة ميزانية الربط للأقمار الصناعية باستخدام لغة بايثون
• ميزانية ربط الأقمار الصناعية الصغيرة (مع أمثلة بلغة بايثون)
• حاسبة ميزانية الطاقة للألياف الضوئية