Link Budget (16)

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11. Juntando o quebra-cabeças

Você deve se lembrar que no inicio do tutorial eu havia dito que não entraríamos em detalhes teóricos. Bem nem tanto ao céu nem tanto à terra...Para podermos entender e principalmente saber o que estamos fazendo foi preciso lembrar alguns conceitos teóricos sem realmente entrarmos nos detalhes de cada conceito. Agora é o momento de juntarmos todos os conceitos obtidos e passarmos do complexo para o real!

Você deve se lembrar que um dos principais objetivos era balancear o downlink com o uplink determinando o máximo path loss permitido. Colocaremos agora a equação de balanceamento em uma tabela. Quem deseja pode colocar esta tabela em uma planilha excel. Isto facilita os cálculos.

A tabela abaixo mostra um exemplo para móveis de classe I.

Link Direto (downlink)			Link Reverso (uplink)
Potencia TX ERB (dBm)	46,53	34,77	Potencia RX móvel (dBm)
Componentes RF e perdas cabo (dB)	6,00	2,00	Cabo RF móvel (dB)
Ganho antena ERB (dBd)	10,00	5,00	Ganho antena móvel (dB)
ERP da ERB (dBm)	50,53	37,77	ERP do móvel (dBm)
Ganho antena móvel (dB)	5,00	10,00	Ganho antena ERB (dBd)
Cabo RX móvel (dB)	2,00	3,00	Cabo RF da ERB (dB)
Ganho Diversidade móvel (dB)	0	4,00	Ganho Diversidade ERB (dB)
Sensibilidade RX móvel (dBm)	-116,00	-121,00	Sensibilidade RX da ERB
Máxima perda permitida downlink(dB)	169,53	169,77	Máxima perda permitida downlink (dB)
Pior Caso link budget	169,77	0,24	Balanceamento (dB)

Lembrando, as equações que devemos utilizar são:

PLup = PAm - RXb - DUP - Lm + Gm + Gb - Lbr + Gdiv - FM - Outras

PLdown = PAb - RXm - COMB - DUP - Lm + Gm + Gb - Lbt - FM - Outras

Aplicando as equações nas linhas da tabela:

PLup = 1 - 2 + 3 + 5 - 6 + 7 + 8

PLdown = 1 - 2 + 3 + 5 - 6 + 7 + 8

Obs:
1 - Os números nas equações acima refere-se às linhas da tabela.
2 - Veja que a linha 4 não entra nos cálculos. Está citada na tabela apenas para referencia.

Note também que é interessante que os links direto e reverso estejam balanceados dentro de 1 dB. Um path loss maior em uma direção em uma ligação telefônica não ajudará ajustar o path loss em outra direção. No exemplo, os dois links estão balanceados dentro de um quarto de dB.

Atualmente é mais comum termos usuários utilizando móveis portáteis, assim vamos estudar um caso onde mostra a análise de link bugdet para móveis de classe III (portáteis) para cobertura de sinal ao nível da rua, ou seja, on street coverage. Casos onde se pretende atender portáteis dentro de edifícios devem-se somar as respectivas perdas.

A idéia aqui é detalhar um pouco mais os componentes de RF considerados na análise de link budget e que mencionamos durante o texto.

Colocamos as hipóteses iniciais na tabela abaixo:

Comprimento cabo RF principal ERB (m)	40,00
Tipo cabo RF principal	LDF 5-50A
Perda Cabo RF /100 metros (Freq. TX) (dB)	4,03
Perda Cabo RF /100 metros (Freq. RX) (dB)	3,85
Perda bottom/top jumper /100 metros (dB)	6,90
Comprimento bottom jumper (m)	5,00
Comprimento top jumper (m)	1,00
Ganho antena ERB (dBi)	15,15
Altura da antena ERB (m)	40,00
Ganho Diversidade espaço (dB)	6,50
Classe estação móvel ( 1, 2 ou 3)	3
Tecnologia (TDMA, AMPS, GSM, etc)	TDMA
Perda combinador	3,50
Perda Duplexador	1,00
Perda corpo	3,00
Nível de ruído (dBm) – piso de ruído	-105,00

De posse das informações acima partimos então para a análise de link budget.

Link Direto (downlink)			Link Reverso (uplink)
Potencia TX ERB (dBm) @ P.A	43,00	27,78	Potencia RX móvel (dBm)
Perda cabo (PA p/ combinador) (dB)	0,18	-	Perda duplexador móvel
Perdas combinador (dB)	3,50	-	Ganho antena móvel (dBi)
Perda cabo (combinador p/ duplexador) (dB)	0,20	6,50	Ganho diversidade espaço ERB (dB)
Perda Inserção duplexador (dB)	1,00	15,15	Ganho antena ERB (dBi)
Perda bottom jumper (dB)	0,35	0,07	Perda top jumper (dB)
Perda Inserção protetor surto (dB)	0,01	1,54	Perda Cabo RF – LDF 5-50A
Perda Cabo RF – LDF 5-50A	1,61	0,01	Perda Inserção protetor surto (dB)
Perda top jumper (dB)	0,07	0,35	Perda bottom jumper (dB)
Ganho antena (dBi)	15,15	0	Perda Inserção duplexador (dB)
Sensibilidade Rx móvel (dBm)	-104,1	-102,5	Sensibilidade Rx da ERB @ porta do duplexador
Perda corpo	3,00	3,00	Perda corpo (dB)
Max. Perda de propagação permitida (dB)	152,33	146,96	Max. Perda de propagação permitida (dB)
Path loss balanceado (dB)	146,96	146,96	Path loss balanceado (dB)
Ajuste Pot. PA ERB p/ link budget balanceado	37,63	27,78	Ajuste Pot. PA móvel p/ link budget balanceado
EIRP da ERB p/ link budget balanceado	43,98	27,78	EIRP do móvel p/ link budget balanceado

Apenas lembrando um sistema celular deve ser projetado de tal forma que haja um desempenho adequado em ambas as direções downlink e uplink. A distancia a qual uma boa qualidade de serviço pode ser suportada deve ser igual para ambas as direções. Quando o path loss, i.e., a perda de propagação são iguais dizemos que o link está balanceado ou como costumamos ouvir path balanced.

Como foi dito os fatores que afetam o path loss são a potência transmitida, ganho da antena, as perdas nos cabos, diversidade das antenas, sensibilidade do receptor tanto da ERB quanto do móvel. Se você observar estes fatores foram considerados na tabela de link budget. Vemos então que o link budget é usado para calcularmos a máxima perda de propagação dos links direto e reverso. Lembre-se que sempre escolhemos o pior caso, ou seja, o máximo path loss permitido que tenha o menor valor entre o link direto e reverso. Neste caso 146,96 dB. O link com path loss em excesso deve ser "balanceado" com o link limitante, no nosso exemplo o uplink. Neste caso, o excesso no link direto é reduzido diminuindo-se a potencia no PA da ERB.

Quando fazemos o balanceamento como feito acima estamos calculando o MAPL para distribuição log-normal com 50% de cobertura da célula para portáteis on-street. Ainda é necessário calcular a margem de confiança para o grau de serviço desejado. Suponha que desejamos um grau de serviço de 90% de cobertura na célula, assim como vimos anteriormente somente precisamos de 75% cobertura na borda. Então consultando a tabela Margem de fading (reproduzida aqui por conveniência), temos:

Terreno	Desvio Padrão (dB)	Propagation Law	P(n) na Borda celula para 90% Cobertura	Margem de desvanecimento (Fade Margin) dB
Urbano	6	3.5-3.75	70%	4 a 6
Suburbano	8	3.0-3.5	76%	6
Rural	12	2.5-3.0	82%	10

Link Direto (downlink)			Link Reverso (uplink)
Potencia TX ERB (dBm) @ P.A	43,00	27,78	Potencia RX móvel (dBm)
Perda cabo (PA p/ combinador) (dB)	0,18	-	Perda duplexador móvel
Perdas combinador (dB)	3,50	-	Ganho antena móvel (dBi)
Perda cabo (combinador p/ duplexador) (dB)	0,20	6,50	Ganho diversidade espaço ERB (dB)
Perda Inserção duplexador (dB)	1,00	15,15	Ganho antena ERB (dBi)
Perda bottom jumper (dB)	0,35	0,07	Perda top jumper (dB)
Perda Inserção protetor surto (dB)	0,01	1,54	Perda Cabo RF – LDF 5-50A
Perda Cabo RF – LDF 5-50A	1,61	0,01	Perda Inserção protetor surto (dB)
Perda top jumper (dB)	0,07	0,35	Perda bottom jumper (dB)
Ganho antena (dBi)	15,15	0	Perda Inserção duplexador (dB)
Sensibilidade Rx móvel (dBm)	-104,1	-102,5	Sensibilidade Rx da ERB @ porta do duplexador
Perda corpo	3,00	3,00	Perda corpo (dB)
Grau confiança para 50% cobertura	-101,1	-119,18	Grau confiança para 50% cobertura
Fade Margin	6	6	Fade Margin
Grau confiança para 90% área	-95,1	-113,18	Grau confiança para 90% área
Max. Perda de propagação permitida (dB)	146,33	140,96	Max. Perda de propagação permitida (dB)
Path loss balanceado (dB)	140,96	140,96	Path loss balanceado (dB)
Ajuste Pot. PA ERB p/ link budget balanceado	37,63	27,78	Ajuste Pot. PA móvel p/ link budget balanceado
EIRP da ERB p/ link budget balanceado	45,86	27,78	EIRP do móvel p/ link budget balanceado

É importante observar que o link budget é uma análise que determina o balanceamento e não determina as perdas de propagação nem as perdas ao longo do caminho de propagação (path loss), agindo como um indicador das máximas perdas suportadas para uma dada qualidade de serviço (QoS - Quality of Service). Isto significa que este processo dever ser feito para a classe de móvel a ser utilizada (I, II, III), o clutter (urbano denso, urbano, suburbano, rural) e o tipo de ambiente (in building, incar, on street).

Finalmente o nível de detalhe, ou seja, os fatores a serem considerados podem ser detalhados na planilha como se desejar ou mesmo considerar outras alternativas (técnicas de diversidade p.ex.) que melhorem o sistema, só não pode deixar de ser levados em consideração. Por exemplo, a sensibilidade de recepção pode ser detalhada na planilha colocando a figura de ruído, Eb/N0 (se for para sistemas digitais), largura de banda do ruído ou ser colocada como um único item como foi feito acima, mas de uma forma ou de outra não pode deixar de entrar no link budget.

12. Conclusões

De toda nossa análise podemos tirar algumas conclusões.

Os benefícios de termos o path balancing (link balanceado) são:

ü       Garantir a cobertura de ambos os links
ü       Minimizar o excesso de RF
     o        Aumenta a vida da bateria do móvel no link reverso.
     o        Reduz o excesso de RF no link direto.
     o        Reduz a interferência, permitindo reuso de freqüências mais próximo. Por exemplo, microcélulas.

Reduz a interferência, permitindo reuso de freqüências mais próximo. Por exemplo, microcélulas.

Por outro lado, se não temos o path balanced temos um dos links maior que o outro. Isto pode não ser crítico para o sistema, mas pode resultar em:

ü       Desperdício de potencia transmitida, contribuindo para interferências em algum outro local no sistema.
ü       Registros no canal de controle e falha de acesso do móvel.
ü       O reuso de freqüências fica limitado para microcélulas, por exemplo.

Enfim procuramos colocar neste tutorial o fatores principais sem entrarmos em detalhes de tecnologia específica de um determinado fabricante. O Engenheiro quando fizer a análise de link budget deverá considerar os detalhes de cada fabricante e/ou tecnologias utilizadas no projeto do sistema.

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LINK BUDGET (18)
Webes Pacheco

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