Bilancio di collegamento — ingegnerismo.it

Il bilancio di collegamento (link budget) è il conto di potenza che verifica se un segnale arriva al ricevitore con livello sufficiente rispetto alla sensibilità richiesta. Invece di moltiplicare attenuazioni e guadagni in forma lineare, si lavora quasi sempre in decibel: i guadagni si sommano, le perdite si sottraggono.

La forma operativa più comune è:

P_{rx,\mathrm{dBm}} =P_{tx,\mathrm{dBm}} +G_{tx,\mathrm{dB}} +G_{rx,\mathrm{dB}} -L_{tot,\mathrm{dB}}

dove $P_{tx}$ è la potenza trasmessa, $G_{tx}$ e $G_{rx}$ sono i guadagni effettivi di trasmissione e ricezione, e $L_{tot}$ raccoglie tutte le perdite della tratta.

Termini del bilancio

Termine	Segno nel bilancio	Significato operativo
Potenza trasmessa	$\displaystyle +P_{tx,\mathrm{dBm}}$	livello disponibile all’uscita del trasmettitore o all’ingresso della catena RF
Guadagno antenna TX	$\displaystyle +G_{tx,\mathrm{dB}}$	direttività utile nella direzione del ricevitore
Guadagno antenna RX	$\displaystyle +G_{rx,\mathrm{dB}}$	capacità dell’antenna ricevente di raccogliere potenza dalla direzione utile
Perdite di tratta	$\displaystyle -L_{tot,\mathrm{dB}}$	spazio libero, cavi, connettori, puntamento, atmosfera, pioggia, fading e ostacoli

Se si esplicitano alcune perdite:

L_{tot}=L_{fs}+L_{cavi}+L_{conn}+L_{pol}+L_{atm}+L_{fade}

La perdita di spazio libero è spesso il termine dominante nei collegamenti radio in campo aperto:

L_{fs,\mathrm{dB}} =32{,}44+20\log_{10}d_{\mathrm{km}}+20\log_{10}f_{\mathrm{MHz}}

Margine di collegamento

Il collegamento non basta che arrivi “appena” sopra soglia. Deve mantenere una riserva contro variazioni del canale, invecchiamento degli apparati, pioggia, disallineamenti e interferenze. Il margine di collegamento si calcola come:

M_{\mathrm{dB}} =P_{rx,\mathrm{dBm}}-P_{sens,\mathrm{dBm}}

dove $P_{sens}$ è la sensibilità minima del ricevitore per il servizio richiesto. Se il progetto impone un margine minimo $M_{min}$ , la condizione di chiusura diventa:

P_{rx,\mathrm{dBm}} \ge P_{sens,\mathrm{dBm}}+M_{min,\mathrm{dB}}

Esempio numerico

Supponiamo di avere:

P_{tx}=20\ \mathrm{dBm},\quad G_{tx}=12\ \mathrm{dB},\quad G_{rx}=8\ \mathrm{dB},\quad L_{tot}=112\ \mathrm{dB}

Allora:

P_{rx}=20+12+8-112=-72\ \mathrm{dBm}

Se la sensibilità del ricevitore è $P_{sens}=-90\ \mathrm{dBm}$ , il margine è:

M=-72-(-90)=18\ \mathrm{dB}

Il collegamento è quindi chiuso con una riserva di $18\ \mathrm{dB}$ rispetto alla sensibilità.

Errori comuni

Un errore frequente è invertire il segno delle perdite: una perdita di cavo da $3\ \mathrm{dB}$ si sottrae, non si somma. Un secondo errore è mescolare dBm e dB: il dBm esprime un livello assoluto di potenza, mentre il dB esprime un rapporto, un guadagno o una perdita. Un terzo errore è usare un guadagno d’antenna massimo anche quando il puntamento reale cade fuori dal lobo principale.

Il bilancio di collegamento è una verifica deterministica di primo livello. In un progetto reale si affianca a modelli statistici di fading, disponibilità, interferenza, rumore e capacità del canale.

Vedi anche: Decibel, Perdita di spazio libero, Formula di Friis, Margine di collegamento, Antenna, Rumore, capacità di Shannon e bilancio di collegamento: esercizi svolti.