リンクバジェット

リンクバジェットとは、通信信号が送信機から電波、ケーブル、導波管、光ファイバーなどの通信媒体を経て受信機に至るまで、通信システム内で経験するすべての電力利得と損失を計算したものです。これは、送信機の電力から、伝搬による送信信号の減衰、アンテナ利得、給電線損失、その他の損失、受信機または通過する中継器での信号増幅を差し引いた後の受信電力を表す式です。リンクバジェットは、通信システムの設計時に受信電力を決定し、情報が適切な信号対雑音比で明瞭に受信されるようにするための設計補助ツールです。実際のシステムでは、損失はある程度推定する必要があり、変動する可能性があります。そのため、受信電力と受信機が信号を正確に検出するために必要な最小電力との間の安全マージンとして、リンクマージンが指定されます。リンクマージンは、通信途絶の深刻度を予測して選択され、アンテナダイバーシティやMIMO（多入力多出力）などの緩和技術を用いることで低減できる。

単純なリンク予算式は次のようになります。

受信電力（dBm）＝送信電力（dBm）＋利得（dB）－損失（dB）

電力レベルは ( dBm )で表され、電力の利得と損失はデシベル(dB)で表されます。デシベルは対数単位なので、デシベルを足すことは実際の電力比を掛けることと同じです。

無線伝送システムの主要な影響を含むリンクバジェット方程式を対数的に表すと、次のようになります。^{[ 1 ]}

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

どこ：

${\displaystyle P_{\text{RX}}}$受信電力（dBm）

${\displaystyle P_{\text{TX}}}$送信機出力電力（dBm）

${\displaystyle G_{\text{TX}}}$送信アンテナ利得（dBi）

${\displaystyle L_{\text{TX}}}$、送信機損失（同軸ケーブル、コネクタなど）（dB）

${\displaystyle L_{\text{FS}}}$、パスロス（dB）

${\displaystyle L_{\text{M}}}$、その他の損失（フェージングマージン、ボディ損失、偏波ミスマッチ、その他の損失など）（dB）

${\displaystyle G_{\text{RX}}}$受信アンテナ利得（dBi）

${\displaystyle L_{\text{RX}}}$受信機損失（同軸ケーブル、コネクタなど）（dB）

経路損失とは、送信アンテナと受信アンテナ間の伝搬による損失であり、通常は損失の最も大きな要因であり、同時に最大の未知数でもあります。自由空間を伝送する場合、距離を波長で正規化することで無次元形式で表すことができます。

${\displaystyle L_{\text{FS}}{\text{(dB)}}=20\log _{10}\left(4\pi {{\text{距離}} \over {\text{波長}}}\right)}$（距離と波長は同じ単位で表される）

上記のリンクバジェット方程式に代入すると、フリース伝送方程式の対数形式が得られます。

場合によっては、距離と波長による損失を別々に考慮すると都合が良いことがありますが、その場合は、どの単位を使用しているかを把握しておくことが重要です。なぜなら、それぞれの選択によって定数オフセットが異なるからです。以下にいくつかの例を示します。

${\displaystyle L_{\text{FS}}}$(dB) ≈ 32.45 dB + 20 log10[周波数 (MHz)] + 20 log10[距離 (km)] ^{[ 2 ]}

${\displaystyle L_{\text{FS}}}$(dB) ≈ −27.55 dB + 20 log10[周波数 (MHz)] + 20 log10[距離 (m)]

${\displaystyle L_{\text{FS}}}$(dB) ≈ 36.6 dB + 20 log10[周波数 (MHz)] + 20 log10[距離 (マイル)]

これらの代替形式は、波長を伝搬速度の比 ( c、約)で置き換えることによって導出できます。3 × 10 ⁸  m/s ) を周波数で割って、km またはマイルとメートル、および MHz と Hz の間の適切な変換係数を挿入します。

送信アンテナと受信アンテナの両方の利得は、アンテナの指向性によって影響を受けます。例えば、アンテナの電力の向きによって、アンテナは等方性、無指向性、指向性、またはセクター型になります。

• 等方性アンテナは、あらゆる方向に均等に電力を放射する。
• 全方向性アンテナは、平面上のあらゆる方向に均等に電力を分配するため、放射パターンは2枚の平行な平面に挟まれた球体のような形状になります。これらは、例えばWi-Fiアクセスポイントなど、多くの用途で広く使用されています。
• 指向性アンテナは、ボアサイトと呼ばれる特定の方向に電力を集中させることができ、無線ブリッジや衛星通信などのポイントツーポイントのアプリケーションで広く使用されています。
• セクターアンテナは、一般的に45度、60度、90度、または120度の広い範囲に電力を集中させます。これらは携帯電話基地局によく設置されています。

同軸ケーブルやツイストペアケーブル、無線周波数導波管などの導波媒体は、距離に対して指数関数的に損失が増加する。

伝送損失は単位距離あたりのdB値で表されます。つまり、導波路における損失が、同じ長さの見通し線における損失を上回るクロスオーバー距離が必ず存在するということです。

光ファイバー通信リンクにおける光パワーバジェット（光ファイバーリンクバジェット、損失バジェットとも呼ばれる）とは、受信側で十分な信号強度（光パワー）が得られるように、受信側で適切な光パワー（光パワー）が得られるよう、受信側で適切な光パワー（光パワー）が得られるように、受信側で適切な光パワー（光パワー）が得られるように、受信側で特定の光源から特定の光ファイバーに入射される光パワーを、入射結合損失、ファイバー減衰、スプライス損失、コネクタ損失などの様々な損失発生メカニズムに割り当てることです。光パワーバジェットでは、減衰はデシベル（dB）で、光パワーはdBmで表されます。

特定の送信機から特定の光ファイバーに入射される光パワーの量は、そのアクティブ光源（LEDまたはレーザーダイオード）の種類と、コア径や開口数などのパラメータを含む光ファイバーの種類によって決まります。メーカーによっては、自社機器に最適な光ファイバーのみの光パワーバジェットを指定したり、光ファイバーの特性に言及せずに、機器が特定の距離で動作することだけを指定したりすることがあります。ユーザーはまず、メーカーから、またはテストによって、使用する光ファイバーの種類における伝送損失と、所定の性能レベルに必要な信号強度を確認する必要があります。

伝送損失（接続部やコネクタの損失を含む）に加えて、部品の経年劣化を補償し、ケーブルが切断された場合の将来の接続に対応するために、少なくとも数dBの光パワーマージン損失を考慮する必要があります。

L _T = αL + L _c + L _s

定義:

• L _T - 全損
• α - ファイバー減衰
• L - 繊維の長さ
• L _c - コネクタ損失
• L _s - スプライス損失

パッシブ光ネットワークは光スプリッタを使用して、ダウンストリーム信号を最大 32 ストリームに分割します。多くの場合、2 のべき乗です。2 に分割するたびに送信電力は半分になり、したがって 3  dB の最小減衰が発生します ($\displaystyle {\tfrac {1}{2}}}$≈ 10 ^−0.3 )。

長距離光ファイバー通信は、超透明ガラスファイバーの開発によって初めて実用化されました。シングルモードファイバーの典型的な経路損失は0.2  dB/kmであり、^{[ 5 ]}他のどの導波媒体よりもはるかに低くなっています。

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 この記事は、連邦規格1037C（一般調達局）からのパブリックドメイン資料を組み込んでいます。 2022年1月22日にオリジナルからアーカイブされました。

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