موفقیت در طراحی یک شبکه سلولی به شدت به محاسبات دقیق Link Budget وابسته است. این محاسبات تعیین می‌کنند که آیا سیگنال ارسالی با کیفیت قابل قبول به مقصد می‌رسد یا خیر. Path Loss یا اتلاف مسیر مهم‌ترین عامل در این محاسبات است. در این مقاله به بررسی جامع مدل‌های Path Loss و نحوه محاسبه Link Budget می‌پردازیم.

Path Loss چیست؟

Path Loss به کاهش توان سیگنال رادیویی در طول مسیر از فرستنده به گیرنده گفته می‌شود. این کاهش توان ناشی از پخش امواج در فضا، جذب توسط محیط (هوا، درخت، دیوار) و پراش (Diffraction) در اطراف موانع است. Path Loss بر حسب دسیبل بیان می‌شود و با افزایش فاصله و فرکانس افزایش می‌یابد.

Free Space Path Loss (FSPL)

ساده‌ترین مدل Path Loss برای فضای باز است. فرمول FSPL: PL(dB) = 20×log10(d) + 20×log10(f) + 92.45 که در آن d فاصله بر حسب کیلومتر و f فرکانس بر حسب گیگاهرتز است. به عنوان مثال، برای فاصله ۱ کیلومتر و فرکانس ۱ گیگاهرتز، FSPL تقریباً ۹۲ dB است. FSPL فقط کاهش توان ناشی از پخش در فضای آزاد را در نظر می‌گیرد و در محیط‌های واقعی باید مدل‌های پیچیده‌تر استفاده شوند.

مدل Okumura-Hata

یکی از پرکاربردترین مدل‌های تجربی برای محیط‌های شهری است. این مدل بر اساس اندازه‌گیری‌های تجربی Okumura در توکیو توسط Hata به فرم ریاضی درآمده است. معتبر برای فرکانس ۱۵۰ تا ۱۵۰۰ مگاهرتز و فاصله ۱ تا ۲۰ کیلومتر. فرمول شهری: L50(dB) = 69.55 + 26.16×log10(f) – 13.82×log10(hb) – a(hm) + (44.9 – 6.55×log10(hb))×log10(d). این مدل برای شبکه‌های GSM هنوز هم استفاده می‌شود.

مدل 3GPP TR 38.901 برای 5G

استاندارد 3GPP برای شبکه‌های 5G NR مدل‌های جدیدتری معرفی کرده است. مدل UMa (Urban Macro) و UMi (Urban Micro) برای محیط‌های شهری و RMa (Rural Macro) برای محیط‌های روستایی طراحی شده‌اند. این مدل‌ها تا فرکانس ۱۰۰ گیگاهرتز معتبر هستند. هر مدل برای شرایط LoS (Line of Sight) و NLoS (Non-Line of Sight) جداگانه فرمول دارد.

Shadowing و Fade Margin

مدل‌های Path Loss میانگین اتلاف را محاسبه می‌کنند. اما در واقعیت، به دلیل موانع تصادفی مثل ساختمان‌ها و درختان، اتلاف واقعی حول این میانگین پراکنده است. این پراکندگی Shadowing نامیده می‌شود و توزیع لگاریتمی-نرمال دارد. برای حساب‌کردن تاثیر Shadowing، در Link Budget یک Fade Margin به عنوان حاشیه ایمنی اضافه می‌شود. این مقدار معمولاً ۵ تا ۱۰ دسیبل است.

Link Budget: گام‌به‌گام

محاسبه Link Budget مرحله‌ای است. ابتدا توان ارسال BTS (مثلاً 43 dBm) تعیین می‌شود. سپس گین آنتن BTS (مثلاً 18 dBi) اضافه می‌شود. اتلاف کابل و کانکتور (مثلاً 2 dB) کسر می‌شود. EIRP = 43 + 18 – 2 = 59 dBm. حساسیت گیرنده UE (مثلاً -102 dBm) و گین آنتن UE (0 dBi) و اتلاف بدن (3 dB) در نظر گرفته می‌شوند. Fade Margin (8 dB) کسر می‌شود. MAPL = 59 – (-102) + 0 – 3 – 8 = 150 dB.

با MAPL به دست آمده و مدل Path Loss مناسب، شعاع سلول قابل محاسبه است. این فرآیند بارها برای Uplink و Downlink جداگانه انجام می‌شود و شعاع سلول توسط محدودتر بودن آن دو تعیین می‌گردد.

نتیجه‌گیری

درک صحیح Path Loss و Link Budget ستون فقرات طراحی رادیویی شبکه‌های سلولی است. این محاسبات تعیین می‌کنند که سایت‌ها کجا قرار گیرند، ارتفاع آنتن چه باشد و چه تجهیزاتی انتخاب شوند. اشتباه در این محاسبات هزینه‌های گزاف استقرار بیهوده یا پوشش ناکافی را به دنبال دارد.

ندارسانان پیشرو به عنوان اولین ارائه کننده خدمات POC در ایران با ارائه سکوی ارتباطی آواک ایکس با حذف تأخیر و ساده‌سازی ارتباط، از ایجاد خسارت‌های مالی و عملیاتی جلوگیری می‌کنند. برای ارتباط با کارشناسان و مشاوره با شماره 02192001218 تماس حاصل نمایید.