Кіріспе

Байланыс сигналының күшінің өзгеруін есепке алу

Байланыс бюджеті – телекоммуникациялық жүйедегі байланыс сигналының күшеюі мен жоғалтуының тікелей есебі; радио толқындары, кабель, толқын жетектері немесе оптикалық талшықтар сияқты байланыс ортасы арқылы, бергіштен қабылдағышқа дейін. Бұл – сигналдың таралу кезіндегі әлсіреуінен, сондай-ақ антеннаның күшінен, беру желісінің және басқа да жоғалтулардан, ал сигналдың қабылдағышта немесе одан өтетін қайталағыштарда күшеюінен кейін, берілген қуаттан алынатын қуатты көрсететін теңдеу. Байланыс бюджеті – байланыс жүйесін жобалау кезінде алынатын қуатты анықтауға, ақпараттың жеткілікті сигнал/шу қатынасымен түсінікті қабылдануын қамтамасыз етуге арналған жобалау құралы. Кездейсоқ өзгеретін канал күші, мысалы, сигналдың жоғалуы, күтілетін әсеріне қарай белгілі бір қосымша ескеріледі. Антеннаның әртүрлілігі немесе көп кіріс-көп шығыс (MIMO) сияқты әсерін азайту тәсілдерін қолдану арқылы қажетті қосымша ескерілу мөлшерін азайтуға болады. Қарапайым байланыс бюджеті теңдеуі мынадай көрінеді:

Алынған қуат (dBm) = берілген қуат (dBm) + күшею (dB) – жоғалту (dB)

Қуат деңгейлері (dBm) бірліктерінде, ал күшею мен жоғалту децибелдерде (dB) көрсетіледі, бұл логарифмдік өлшем, сондықтан децибелдерді қосу – нақты қуат қатынастарын көбейтумен тең.

Радио жүйелерде

Көздік радиолокациялық жүйеде сигнал жоғалтудың басты себебі – сигнал қуатының таралу аймағының өсуімен бірге азаюы, бұл қашықтықтың квадратына пропорционалды түрде жүреді (геометриялық таралу). Антенналар қуатты бағыттау тәсіліне қарай, толық бағытты, бағытталған немесе секторлық болуы мүмкін. Толық бағытты антенна қуатты жазықтықтағы барлық бағытта тең бөледі, сондықтан сәулелену диаграммасы екі параллель жазық беттер арасында сығылған шар пішіндес болады. Олар көптеген қолданыстарда кеңінен қолданылады, мысалы, WiFi кіріс нүктелерінде. Бағытталған антенналар қуатты белгілі бір бағытта шоғырландырады, ол бағыт осі деп аталады, және сымсыз көпірлер мен спутниктік байланыс сияқты нүктеден нүктеге қолданыстарда кеңінен қолданылады. Секторлық антенналар қуатты кеңірек аймаққа шоғырландырады, әдетте 45°, 60°, 90° немесе 120° қамтиды. Олар ұялы байланыс мұнараларында жиі қолданылады.

Қажетті жеңілдетулер

Бос кеңістіктегі сигнал жоғалуы Фридің тарату теңдеуі арқылы оңай есептеледі, ол жоғалудың қашықтықтың квадратына және жиіліктің квадратына пропорционалды екенін көрсетеді. Сонымен қатар, көптеген радиобайланыстарда атмосфералық газдар, жаңбыр, тұман және бұлттардың әсерінен болатын әлсіреу сияқты қосымша жоғалтулар кездеседі. Каналдың өзгеруіне, көп жолды таралуға және антеннаның бұрыс бағытталуына байланысты сигналдың әлсіреуі де мүмкін. Тікелей байланыс жолы болмаған жағдайда, сызықтан тыс байланыстарда дифракция және шағылысу жоғалтулары ең маңызды болып табылады.

Берілім желісі мен поляризациялық жоғалту

Практикалық жағдайларда (астро кеңістіктегі телекоммуникация, әлсіз сигналдарды ұстау сияқты) сигналдың жоғалуына себеп болатын басқа да факторларды ескеру қажет. Таратушы және қабылдаушы антенналар жартылай өзара поляризацияланған болуы мүмкін. Радиостанциялар мен антенналар арасындағы кабельдер қосымша айтарлықтай сигнал жоғалтуға әкелуі мүмкін. Көру сызығының толық еместігінен туындаған Френель аймағындағы сигнал жоғалтуы. Қабылдағыштағы Доплер эффектісінен туындаған сигнал қуатының төмендеуі.

Ойынның соңы

Егер күтілетін қабылданған қуат жеткілікті деңгейде болса (әдетте қабылдағыштың сезімталдығына шаққанда), бұл қолданылып жатқан байланыс протоколына байланысты болуы мүмкін, онда байланыс деректерді жіберуге жарамды болады. Қабылданған қуаттың қабылдағыштың сезімталдығынан басымдығы байланыс резерві деп аталады.

Көзге көрінбейтін радио

Қабырғалар мен төбелер сияқты құрылыс кедергілерінің салдарынан, үй ішіндегі сигнал таралуындағы жоғалтулар айтарлықтай жоғары болуы мүмкін. Бұл қабырғалар мен төбелердің сигналды әлсіретуімен, сондай-ақ жабдықтар, жиһаз және тіпті адамдардың кедергісінен туындайды. Мысалы, екі жағынан гипсокартонмен жабылған "2x4" (5x10 см) ағаш қаңқасы бар қабырға 2,4 ГГц жиілігінде шамамен 6 дБ жоғалтуға себеп болады. Ескі ғимараттар материалдары мен тікелей көру сызығының мәселелеріне байланысты жаңа ғимараттарға қарағанда ішкі сигнал жоғалтуларының жоғары болуы мүмкін. Тәжірибе көрсеткендей, тікелей көру сызығы бойынша таралу шамамен алғашқы 3 метрге ғана қатысты. 3 метрден асып кеткенде, тығыз кеңсе ортасында үй ішіндегі сигнал жоғалтуы 30 метрге 30 дБ-ға дейін жетеді. Бұл ереже сақтықпен қарастырылғандықтан (көп жағдайда сигнал жоғалтуын жоғары бағалайды) пайдалы. Шындығындағы сигнал жоғалтуы ғимараттың құрылысына және орналасуына байланысты айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Сигналдың әлсіреуі оның жиілігіне тікелей байланысты.

Толқын жетектері мен кабельдерде

Коаксиалды және бұрылған жұп электр кабелі, радиожиіліктік толқын жетектері және оптикалық талшықтар сияқты бағытталған орталардың жоғалтулары қашықтыққа пропорционалды экспоненциалды түрде өседі. Жол жоғалтуы бірлік қашықтыққа шаққанда децибелмен (dB) өлшеніп көрсетіледі. Бұл, бағытталған ортадағы жоғалту, бірдей ұзындықтағы тікелей көру сызығындағы жоғалтудан асып түсетін белгілі бір қашықтық бар екенін білдіреді. Ұзақ қашықтыққа оптикалық талшықтар арқылы байланыс, тек өте мөлдір шыны талшықтардың дамуымен ғана мүмкін болды. Бір режимді талшық үшін қалыпты жол жоғалтуы 0,2 дБ/км құрайды, бұл басқа бағытталған орталарға қарағанда едәуір төмен.

Жер-ай байланыс жүйесі

Байланыс бюджеттері Жер-Ай-Жер байланысында маңызды рөл атқарады. Айдың альбедосы өте төмен (көбінесе 7%-ға жуық, ең жоғарысы 12%), ал 770 000 километрлік қашықтықтағы сигналдың әлсіреуі өте зор (қолданылатын VHF/UHF жолағына, модуляция түріне және Доплер эффектісіне байланысты 250-ден 310 дБ-ға дейін). Сондықтан, жоғары қуатты (100 ваттан астам) және жоғары күшейткіштік антенналарды (20 дБ-дан астам) қолдану қажет. Іс жүзінде, бұл техниканы VHF және одан жоғары жиіліктерде қолданумен шектейді. ЕМЕ байланысы үшін Ай көкжиектің үстінде болуы тиіс.

"Вояджер" бағдарламасы

Voyager бағдарламасының ғарыш кемелері кез келген телекоммуникациялық тізбектегі ең жоғары жол жоғалтуына (2002 жылы 308 дБ) және ең төменгі байланыс бюджеттеріне ие. Deep Space Network желісі бірқатар жақсартулар арқылы, мысалы, антеннаның мөлшерін 64 м-ден 70 м-ге дейін ұлғайтып 1,2 дБ пайдаға қол жеткізіп, және 2000–2001 жылдары төмен шулы электрониканы жаңартып 0,5 дБ пайдаға қол жеткізу арқылы күтілгеннен жоғары битттік жылдамдықпен байланысты сақтап тұра алды. Нептун маңынан өтетін кезінде 70 м антеннадан өзге, екі 34 м антенна және жиырма жеті 25 м антенна пайданы 5,6 дБ-ға арттыру үшін қолданылды, бұл битттік жылдамдықты 4 есе арттыруға қосымша байланыс резервін қамтамасыз етті.