بودجه پیوند رادیویی MANET: سود، ضرر، و حاشیه محو شدن

الف پیوند رادیویی MANET ممکن است روی کاغذ قابل اجرا به نظر برسد، اما با حرکت گره‌ها، تغییر موانع، یا بدتر شدن شرایط سیگنال، ناپایدار شود. سؤال کلیدی صرفاً این نیست که آیا گیرنده می تواند سیگنال را تشخیص دهد، بلکه این است که آیا پس از از دست دادن مسیر، تلفات سخت افزاری و محو شدن انرژی کافی برای پشتیبانی از حالت عملیاتی مورد نیاز به طور قابل اعتماد باقی می ماند یا خیر.

بودجه پیوند عملی باعث می شود که فضای اصلی قابل مشاهده باشد. با در نظر گرفتن توان انتقال، افزایش آنتن، تلفات انتشار، حساسیت گیرنده و حاشیه محو شدن، مهندسان می‌توانند تخمین بزنند که آیا هر هاپ برای شرایط واقعی MANET انعطاف‌پذیری کافی دارد یا خیر - و تشخیص دهند که کدام بخش از پیوند قبل از استقرار نیاز به بهبود دارد.

 

با اعدادی شروع کنید که در واقع پیوند را می‌بندند

از توان انتقال تا توان دریافتی

حسابرسی بودجه پیوند زمانی آسان‌تر است که سیگنال را به همان ترتیبی که سخت‌افزار انجام می‌دهد دنبال کند. با توان خروجی فرستنده بر حسب dBm شروع کنید، بهره آنتن فرستنده را بر حسب dBi اضافه کنید، و هر خط تغذیه، اتصال یا سایر تلفات سمت فرستنده را کم کنید. پس از کسر تلفات انتشار، افزایش آنتن دریافتی را اضافه کنید و تلفات سخت افزاری سمت گیرنده را کم کنید. نتیجه توان دریافتی پیش‌بینی‌شده است که معمولاً بر حسب dBm بیان می‌شود.

EIRP یک چک میانی راحت است. این نشان دهنده قدرت فرستنده پس از تلفات سمت فرستنده و بهره آنتن است و به مهندسان کمک می کند آنچه را که آنتن را ترک می کند از آنچه در مسیر انتشار اتفاق می افتد جدا کنند. در یک بودجه استاندارد RF، توان دریافتی را می توان به صورت توان فرستنده به اضافه افزایش آنتن منهای فرستنده، انتشار و تلفات گیرنده بیان کرد.

واحدها اهمیت دارند زیرا قابل تعویض نیستند. dBm سطح توان مطلق را بیان می کند، در حالی که dBi افزایش آنتن را نسبت به یک رادیاتور همسانگرد و dB بیانگر نسبت افزایش یا تلفات است. هنگامی که توان به dBm تبدیل شد، بودجه پیوند تبدیل به یک تمرین جمع و تفریق می شود. 2 دسی بل از دست رفته در کابل، جهت آنتن یا اجزای دیگر همان 2 دسی بل را از حاشیه موجود در گیرنده حذف می کند.

از حساسیت گیرنده برای حالت عملیاتی مورد نیاز خود استفاده کنید

یک عدد توان دریافتی مثبت نسبت به حساسیت به طور خودکار به این معنی نیست که برنامه همانطور که در نظر گرفته شده است عمل خواهد کرد. حساسیت گیرنده حداقل توان دریافتی مربوط به عملکرد موفقیت آمیز تحت شرایط مشخص است و حاشیه پیوند معمولاً به عنوان توان دریافتی منهای حساسیت گیرنده محاسبه می شود..

جزئیات مهم این است که کدام مقدار حساسیت وارد محاسبه می شود. رادیو MANET ممکن است اتصال را با استفاده از یک مدولاسیون با نرخ پایین قوی حفظ کند در حالی که دیگر از پهنای باند یا توان عملیاتی مورد نیاز ویدئو، تله متری یا سایر ترافیک پشتیبانی نمی کند. بنابراین آستانه مربوطه، نیاز گیرنده برای پهنای باند کانال و حالت عملیاتی است که استقرار در واقع به آن نیاز دارد، نه فقط مطلوب ترین عدد موجود در برگه مشخصات.

 

جایی که دسی بل در یک مسیر MANET واقعی ناپدید می شود

FSPL خط مبنا را می دهد، نه پاسخ نهایی

از دست دادن مسیر فضای آزاد تمیزترین نقطه شروع را برای انتشار فراهم می کند:

FSPL (dB) = 32.44 + 20 log10 (فاصله بر حسب کیلومتر) + 20 log10 (فرکانس بر حسب مگاهرتز)

این رابطه بلافاصله دو واقعیت مفید طراحی را آشکار می کند. افزایش مسافت باعث افزایش تلفات می شود و افزایش فرکانس نیز باعث افزایش تلفات فضای آزاد در زمانی که فاصله بدون تغییر باقی می ماند. هنگامی که از واحدهای فاصله یا فرکانس مختلف استفاده می شود، ثابت تغییر می کند، بنابراین واحدها باید در طول محاسبه ثابت باقی بمانند.

FSPL برای بررسی امکان سنجی ارزشمند است زیرا گسترش هندسی را از قسمت های آشفته تر یک استقرار میدانی جدا می کند. با این حال، نباید به عنوان وعده سیگنال دریافتی واقعی تلقی شود. مدل فضای آزاد یک محیط انتشار بدون مانع را فرض می کند. زمین، بدنه خودرو، پوشش گیاهی، خطاهای پلاریزاسیون، تداخل، یا تغییر جهت آنتن را در نظر نمی گیرد.

پاکسازی فرنل یکی دیگر از دلایلی است که خط دید قابل مشاهده می تواند گمراه کننده باشد. یک اپراتور ممکن است بتواند گره دیگر را در حالی که زمین، ساختارها یا پوشش گیاهی هنوز در ناحیه انتشار RF در اطراف مسیر مستقیم نفوذ می کنند، ببیند. نتیجه می تواند پراش، بازتاب و تضعیف اضافی باشد که هرگز در شکل اصلی FSPL ظاهر نمی شود.

زیان هایی که با شبکه حرکت می کنند را اضافه کنید

برخی از ضررها نسبتاً پایدار هستند. تضعیف خط تغذیه، اتصال دهنده ها، آداپتورها و تلفات نصب ثابت معمولاً می توانند یک بار تخمین زده شوند و مستقیماً در صفحه گسترده وارد شوند. دیگران با حرکت شبکه تغییر می کنند. خودرویی که از یک تقاطع می‌پیچد ممکن است جهت آنتن را تغییر دهد، یک پهپاد می‌تواند الگوی تشعشع خود را نسبت به گره دیگری تغییر دهد، و یک مانع متحرک می‌تواند ناگهان مسیری که قبلا تمیز بوده را تحت الشعاع قرار دهد.

چند مسیری سزاوار توجه ویژه است زیرا نسخه های منعکس شده، پراکنده و پراکنده یک انتقال می توانند به طور سازنده یا مخرب در گیرنده ترکیب شوند. محو شدن چند مسیری می تواند نوسانات قابل توجهی در قدرت سیگنال ایجاد کند، در حالی که از دست دادن مسیر طولانی مدت و سایه زدن کیفیت پیوند را در فواصل و مقیاس های زمانی بزرگتر تغییر می دهد. تداخل و کف نویز محلی بعد دیگری می‌افزایند: اگر SNR خراب شده باشد، یک RSSI قوی لزوماً به معنای یک پیوند قابل استفاده قوی نیست.

برای اکثر برنامه ریزی های MANET، این اثرات بهتر به عنوان کمک هزینه انتشار واقعی نشان داده می شوند تا نادیده گرفته شوند زیرا پیش بینی دقیق آنها دشوار است. تلفات تخصصی مانند باران یا جذب جوی زمانی که فرکانس، مسافت و محیط عملیاتی آنها را مرتبط می سازد، می توانند اضافه شوند. در غیر این صورت، بودجه باید روی زیان هایی متمرکز شود که به احتمال زیاد حاشیه قابل توجهی را در استقرار مورد نظر مصرف می کنند.

 

یک MANET متحرک به چه مقدار حاشیه محو شدن نیاز دارد؟

حاشیه لینک و حاشیه محو به سوالات مختلف پاسخ می دهند

حاشیه پیوند به شما می گوید که سیگنال دریافتی پیش بینی شده چقدر بالاتر از آستانه گیرنده قرار دارد. اگر محاسبه ای 80- دسی بل را در گیرنده پیش بینی کند و سطح عملیاتی مورد نیاز 100 دسی بل باشد، حاشیه اسمی 20 دسی بل است. این عدد پاسخ می دهد که آیا پیوند برنامه ریزی شده روی کاغذ بسته می شود یا خیر، اما به شما نمی گوید که سیستم در طول حرکت چه میزان تخریب را تجربه خواهد کرد.

حاشیه محو شدن بخشی از فضای ورودی سیگنال است که برای جذب خرابی موقت قبل از عبور از آستانه عملیاتی مورد نیاز در دسترس است. از نظر عملی:

حاشیه محو شدن = سطح دریافتی پیش بینی شده - سطح عملیاتی مورد نیاز

هیچ هدفی با حاشیه محو شدن وجود ندارد که متناسب با هر استقرار رادیویی MANET باشد. یک پیوند ثابت با هندسه بدون مانع و نیازمندی‌های در دسترس بودن کم، مانند رادیوهای متصل به وسایل نقلیه متحرک، هواپیما، روبات‌ها یا پرسنل، با تغییرپذیری مواجه نیست. زمین، فرکانس کاری، تداخل، الگوهای آنتن، احتمال انسداد، و مدولاسیونی که باید حفظ شود، همگی بر میزان مفید بودن فضای سر تأثیر می‌گذارند.

بنابراین هدف طراحی 'هیچ حاشیه مثبت' نیست. یک مازاد 2 دسی بل ممکن است در یک صفحه گسترده موفق به نظر برسد اما پس از یک تغییر جهت کوچک یا یک رویداد سایه کوتاه ناپدید شود. سوال بهتر این است که آیا حاشیه باقیمانده منعکس کننده شدت و فراوانی تغییراتی است که انتظار می رود شبکه با آن مواجه شود.

تحرک یک سطح سیگنال پیش بینی شده را به محدوده تبدیل می کند

یک بودجه ثابت یک سطح دریافتی پیش بینی شده را تولید می کند زیرا ورودی های آن ثابت هستند. یک MANET متحرک طیف وسیعی از سطوح ممکن را تولید می کند زیرا تعدادی از این ورودی ها به طور موثر با زمان تغییر می کنند. فاصله ممکن است افزایش یابد، تراز آنتن ممکن است کمتر مطلوب شود، فاصله Fresnel می تواند بدتر شود و موانع می توانند سایه ایجاد کنند. سپس چند مسیری می تواند نوسانات در مقیاس کوچکتر را در بالای آن تغییرات ایجاد کند.

میانگین SNR می‌تواند به عنوان یک معیار کیفیت پیوند طولانی‌مدت هنگام انتخاب یک اتصال بعدی مفید عمل کند، در حالی که تغییرات کانال کوتاه‌مدت در مقیاس زمانی سریع‌تر رخ می‌دهد. به همین دلیل است که بودجه پیوند رادیویی MANET نباید تنها به عنوان یک محاسبه محدوده در نظر گرفته شود: حاشیه موجود همچنین بر میزان ثابت ماندن یک همسایه خاص یک گزینه ارسال مفید تأثیر می‌گذارد.

پیوندی که بسیار نزدیک به آستانه طراحی شده است ممکن است به طور مکرر به حالت قوی تر تغییر کند، از ارسال مجدد رنج ببرد یا از توپولوژی موجود ناپدید شود. فضای سر محفوظ بیشتر به رادیو اجازه می دهد تا قبل از اینکه رفتار شبکه جبران کند، آن تغییرات را تحمل کند.

پهنای باند، مدولاسیون و MIMO بر حاشیه قابل استفاده تأثیر می گذارد

عملکرد گیرنده به پیکربندی عملیاتی مرتبط است. پهنای باند کانال باریک‌تر می‌تواند نویز گیرنده یکپارچه را کاهش دهد و ممکن است حساسیت بهتری را ایجاد کند، در حالی که مدولاسیون مرتبه بالاتر داده‌های بیشتری را حمل می‌کند اما به طور کلی کیفیت سیگنال بهتری را می‌طلبد. مدولاسیون تطبیقی ​​از این مبادله به صورت پویا استفاده می‌کند و زمانی که کیفیت کانال بدتر می‌شود به سمت طرح‌های قوی‌تر حرکت می‌کند و زمانی که شرایط اجازه می‌دهد به سمت طرح‌های با ظرفیت بالاتر حرکت می‌کند.

رادیو MANET دارای MIMO می‌تواند رفتار پیوند را از طریق تکنیک‌هایی مانند دریافت تنوع، کدگذاری فضا-زمان، شکل‌دهی پرتو، یا چندگانه‌سازی فضایی بهبود بخشد. این مزایا نباید به یک 'MIMO' ثابت فرضی تبدیل شوند و به طور تصادفی به بودجه اضافه شوند. بهبود تنوع، بهره شکل دهی پرتو، و ظرفیت چندگانه سازی اثرات متفاوتی هستند. فقط یک بهره سطح پیوند مستند شده یا اندازه گیری شده برای هندسه واقعی آنتن و حالت عملکرد باید به عنوان ورودی بودجه عددی در نظر گرفته شود.

 

یک بودجه پیوند MANET را با پارامترهای رادیویی واقعی اجرا کنید

از ورودی ها تا حاشیه باقیمانده یک پرش کار کنید

یک هاپ MANET 10 کیلومتری ساده شده را در نظر بگیرید که با فرکانس 2.4 گیگاهرتز کار می کند. برای مثال، یک شاخه انتقال 2 وات، آنتن‌های 8 دسی‌بی در هر دو انتها، 1 دسی‌بل تلفات سخت‌افزاری در هر طرف، و 8 دسی‌بل اضافی برای انتشار غیر ایده‌آل را فرض کنید. یک خروجی RF 2 واتی معادل تقریباً 33 دسی بل متر است. این مثال عمداً یک محاسبه تک پیوندی است نه تلاشی برای ترکیب دو زنجیره انتقال MIMO در یک رقم توان دلخواه.

با استفاده از معادله FSPL:

FSPL = 32.44 + 20 log10 (10) + 20 log10 (2400) ≈ 120.0 دسی بل

سپس سطح دریافتی تقریباً می شود:

33 + 8 - 1 - 120 - 8 + 8 - 1 = -81 دسی بل متر

اگر حالت عملکرد انتخاب شده از آستانه گیرنده 103-dBm استفاده کند، حاشیه اسمی باقی مانده حدود 22 دسی بل است . نتیجه عملکرد میدان دقیق را پیش بینی نمی کند. این نشان می دهد که چگونه هر فرض مهندسی در معرض دید قرار می گیرد و با تغییر فاصله، افزایش آنتن، کمک هزینه تلفات یا نیاز گیرنده، پاسخ چقدر سریع تغییر می کند.

از مشخصات MIMOmesh به عنوان ورودی استفاده کنید، نه به عنوان ادعاهای تبلیغاتی

WDS رادیوی هوابرد سبک وزن MANET از حساسیت دریافت -103 دسی بل در پهنای باند 5 مگاهرتز پشتیبانی می کند. پیکربندی های موجود شامل پهنای باند کانال 1.25، 2.5، 5، 10 و 20 مگاهرتز، با گزینه های 40 یا 80 مگاهرتز در انواع انتخاب شده است. مدولاسیون تطبیقی ​​TD-COFDM از BPSK و QPSK تا 16QAM، 64QAM، 256QAM و 1024QAM متغیر است. کنترل توان انتقالی و پیکربندی های خروجی چندگانه RF انعطاف بیشتری را هنگام تطبیق تنظیمات رادیویی با نیاز پیوند فراهم می کند.

برای عملیات MIMO، این سری از کدگذاری فضا-زمان، دریافت تنوع، شکل دهی/دریافت پرتو و مالتی پلکس فضایی پشتیبانی می کند. پیکربندی‌های فرکانس طیف‌های مختلف VHF/UHF، باند L، باند S و باند C را شامل می‌شوند، از جمله گزینه‌های 2.3-2.5 گیگاهرتز که 2.4 گیگاهرتز را به یک فرکانس توضیحی معقول برای مثال بالا تبدیل می‌کند.

این مقادیر ورودی های مفیدی هستند، اما حداکثر محدوده هرگز نباید جایگزین بودجه پیوند شود. محدوده به فرکانس انتخابی، پیکربندی توان RF واقعی، بهره و الگوی آنتن، پهنای باند، آستانه گیرنده، محیط مسیر، تداخل و حاشیه محو شده برای کارکرد بستگی دارد. حتی رادیویی که برای پیوندهای مسافت طولانی طراحی شده است، نمی تواند آن متغیرها را ناپدید کند.

همین احتیاط در مورد حساسیت نیز صدق می کند. مقدار -103 dBm استفاده شده در اینجا با پهنای باند 5 مگاهرتز مرتبط است. نباید به طور خودکار به هر پیکربندی کانال اختصاص داده شود. هنگام مهندسی یک پیوند رادیویی MANET واقعی، از نیاز گیرنده مربوط به پیکربندی در حال گسترش استفاده کنید و قبل از نهایی کردن بودجه، مقادیر خاص حالت را تأیید کنید.

 

نتیجه گیری

بودجه قابل اعتماد پیوند رادیویی MANET به چیزی بیش از دستیابی به سیگنالی بالاتر از حساسیت گیرنده بستگی دارد. مهندسان باید افزایش آنتن، مسیر و تلفات سخت افزاری، پهنای باند عملیاتی، نیازمندی های مدولاسیون، و حاشیه محو شدن کافی برای کنترل حرکت، انسداد، چند مسیر و تداخل در حال تغییر را در نظر بگیرند.

Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. راه حل های رادیویی MIMOmesh را ارائه می دهد که می تواند از این رویکرد برنامه ریزی با پارامترهای قابل تنظیم RF و قابلیت های شبکه مش پشتیبانی کند. تطبیق این تنظیمات با محاسبات واقعی بودجه پیوند به تیم ها کمک می کند تا پیوندهایی با پوشش قابل اعتمادتر، توان عملیاتی قابل استفاده و انعطاف پذیری در شرایط متغیر استقرار ایجاد کنند.

 

سوالات متداول

س: بودجه پیوند رادیویی MANET چیست؟

A: بودجه پیوند رادیویی MANET قدرت سیگنال دریافتی مورد انتظار را با ترکیب توان ارسال، افزایش آنتن، تلفات انتشار، تلفات سخت افزاری و حساسیت گیرنده برای هر پرش بی سیم محاسبه می کند.

س: چگونه توان دریافتی را در بودجه پیوند رادیویی محاسبه می کنید؟

پاسخ: توان فرستنده و بهره آنتن را اضافه کنید، سپس کابل، کانکتور، انتشار و سایر تلفات مربوطه را کم کنید. نتیجه سطح سیگنال پیش بینی شده در گیرنده است.

س: حاشیه محو شدن در پیوند رادیویی چیست؟

A: حاشیه محو شدن، فضای بالای سیگنال بین سطح دریافتی پیش بینی شده و آستانه گیرنده مورد نیاز است. این به تطبیق محو شدن، انسداد، تحرک و سایر کاهش موقت سیگنال کمک می کند.

س: افزایش آنتن چگونه بر محدوده پیوند رادیویی تأثیر می گذارد؟

A: بهره آنتن بالاتر می تواند قدرت سیگنال دریافتی و حاشیه لینک را با تمرکز انرژی RF بهبود بخشد، اگرچه جهت آنتن، جهت گیری و الگوی پوشش مورد نیاز نیز باید در نظر گرفته شود.

س: چرا حساسیت گیرنده در محاسبات بودجه پیوند مهم است؟

A: حساسیت گیرنده حداقل سطح سیگنال مورد نیاز برای یک حالت عملیاتی مشخص را تعیین می کند. استفاده از مقدار حساسیت صحیح به تعیین اینکه آیا پیوند می تواند عملکرد مورد نیاز را حفظ کند یا خیر کمک می کند.

س: چرا بودجه پیوند MANET می تواند با حرکت گره ها تغییر کند؟

A: تحرک فاصله، جهت آنتن، شرایط خط دید، سایه و چند مسیر را تغییر می دهد. این تغییرات می تواند حاشیه موجود را کاهش دهد حتی زمانی که محاسبه استاتیک اولیه یک اتصال قابل دوام را پیش بینی می کند.