1. مشخصات لینک (Link Budget)
بودجه لینک یک مفهوم حیاتی در طراحی لینک‌های رادیویی است که شامل محاسبه تمامی عوامل تأثیرگذار بر توان سیگنال از لحظه ارسال تا دریافت آن است. این عوامل شامل توان ارسال فرستنده، تلفات مسیر، بهره آنتن‌های فرستنده و گیرنده، و حساسیت گیرنده می‌باشد.
محاسبات و عوامل: در ابتدا، توان ارسالی از فرستنده تعیین می‌شود که به صورت دسی‌بل میلی‌وات (dBm) بیان می‌شود. سپس باید تلفات مسیر که شامل تلفات آزاد (Free Space Path Loss)، تلفات به علت جذب توسط موانع، و تلفات ناشی از آب و هوا است، محاسبه شود. بهره آنتن‌ها نیز بهبود عملکرد سیگنال را تضمین می‌کند و در نهایت، حساسیت گیرنده (حداقل توان سیگنالی که گیرنده می‌تواند با آن کار کند) محاسبه می‌شود.
مثال: فرض کنید در یک لینک نقطه به نقطه (Point-to-Point) بین دو برج مخابراتی با فاصله 20 کیلومتر، از فرکانس 6 گیگاهرتز استفاده می‌شود. توان ارسالی فرستنده 30 dBm و بهره آنتن‌ها هر کدام 25 dBi است. تلفات مسیر، براساس مدل تلفات آزاد، محاسبه شده و برابر با 130 dB می‌باشد. با در نظر گرفتن این عوامل، باید بودجه لینک به‌گونه‌ای باشد که توان سیگنال دریافتی در گیرنده بیش از حساسیت گیرنده (مثلاً -85 dBm) باشد.
2. مدل انتشار (Propagation Model)
مدل‌های انتشار برای پیش‌بینی نحوه انتشار امواج رادیویی در محیط‌های مختلف استفاده می‌شوند. انتخاب مدل مناسب به نوع محیط (شهری، روستایی، داخل ساختمان)، فرکانس کار و شرایط آب و هوایی بستگی دارد.
مدل‌های مختلف: مدل‌های مختلفی مانند Free Space، Hata، COST-231، و ITU-R برای شرایط مختلف وجود دارند. به عنوان مثال، مدل Free Space برای محیط‌های باز و بدون مانع مناسب است، در حالی که مدل Hata برای محیط‌های شهری که موانع زیادی مانند ساختمان‌ها وجود دارند، مناسب‌تر است.
مثال: در طراحی یک لینک رادیویی در محیط شهری با موانع زیاد، مدل COST-231 Hata استفاده می‌شود. این مدل تلفات سیگنال را با در نظر گرفتن ارتفاع آنتن‌ها، فاصله بین فرستنده و گیرنده، و تأثیر موانع شهری پیش‌بینی می‌کند. در این مدل، برای یک لینک 5 کیلومتری در فرکانس 900 مگاهرتز، تلفات مسیر می‌تواند به 120 dB برسد.
3. خط دید (Line of Sight - LOS)
برای عملکرد بهینه لینک‌های رادیویی، وجود خط دید مستقیم بین فرستنده و گیرنده ضروری است. خط دید به این معناست که هیچ مانعی بین دو آنتن وجود ندارد که باعث تضعیف یا از بین رفتن سیگنال شود.
چالش‌ها و راه‌حل‌ها: موانعی مانند ساختمان‌ها، درختان، یا کوه‌ها می‌توانند خط دید را مسدود کنند. در صورت عدم وجود خط دید، سیگنال ممکن است از طریق پدیده‌های انکسار (Refraction)، پراکندگی (Scattering)، یا انعکاس (Reflection) به گیرنده برسد، اما این پدیده‌ها تلفات قابل‌توجهی را به سیگنال وارد می‌کنند.
مثال: در یک لینک بین دو ساختمان بلند در یک شهر، ارتفاع آنتن‌ها باید به گونه‌ای باشد که هیچ مانعی در مسیر سیگنال وجود نداشته باشد. اگر ساختمان‌های دیگری در مسیر وجود داشته باشند، ممکن است نیاز به استفاده از رله‌های واسط یا لینک‌های انعکاسی باشد تا بتوان سیگنال را به گیرنده هدایت کرد.
4. انتخاب فرکانس (Frequency Selection)
انتخاب فرکانس مناسب برای یک لینک رادیویی، تأثیر زیادی بر عملکرد و پوشش لینک دارد. فرکانس‌های پایین‌تر مانند 2.4 گیگاهرتز معمولاً برد بیشتری دارند و می‌توانند از موانع عبور کنند، اما پهنای باند کمتری ارائه می‌دهند. در مقابل، فرکانس‌های بالاتر مانند 28 گیگاهرتز پهنای باند بیشتری دارند اما برد کوتاه‌تری دارند و به شدت تحت تأثیر موانع قرار می‌گیرند.
تداخلات و قوانین طیفی: انتخاب فرکانس باید با توجه به تداخلات موجود و قوانین طیفی هر کشور انجام شود. همچنین، فرکانس‌های مجاز برای استفاده عمومی یا خصوصی باید در نظر گرفته شوند.
مثال: در یک لینک نقطه به نقطه در یک منطقه شهری، فرکانس 60 گیگاهرتز (که به عنوان فرکانس میلی‌متری شناخته می‌شود) ممکن است انتخاب شود. این فرکانس به دلیل داشتن پهنای باند بالا برای انتقال داده‌های حجیم مناسب است، اما باید دقت شود که تلفات به دلیل رطوبت هوا و موانع محیطی بسیار زیاد است و باید آنتن‌ها در مسیر کاملاً مستقیم قرار گیرند.
5. بهره آنتن و نوع آنتن (Antenna Gain and Type)
آنتن‌ها یکی از اجزای کلیدی در لینک‌های رادیویی هستند و انتخاب مناسب آن‌ها تأثیر مستقیمی بر کیفیت و برد لینک دارد. بهره آنتن نشان‌دهنده توانایی آن در تمرکز سیگنال در یک جهت خاص است و به طور مستقیم بر برد لینک تأثیر می‌گذارد.
انواع آنتن‌ها: آنتن‌های جهت‌دار (Directional) مانند آنتن‌های پارابولیک برای لینک‌های نقطه به نقطه مناسب هستند زیرا می‌توانند سیگنال را به یک جهت خاص متمرکز کنند. آنتن‌های غیرجهت‌دار (Omni-directional) برای پوشش گسترده در تمام جهات مناسب‌اند، اما بهره کمتری دارند.
مثال: در یک لینک نقطه به نقطه طولانی که نیاز به پوشش مسافت 50 کیلومتر دارد، از آنتن‌های پارابولیک با بهره بالا (مثلاً 40 dBi) استفاده می‌شود. این آنتن‌ها سیگنال را در یک پرتو باریک متمرکز می‌کنند و تلفات را به حداقل می‌رسانند.
6. تداخل (Interference)
تداخل از دیگر منابع رادیویی می‌تواند به طور قابل‌توجهی کیفیت لینک‌های رادیویی را تحت تأثیر قرار دهد. منابع تداخل شامل لینک‌های رادیویی دیگر، دستگاه‌های الکترونیکی، و حتی پدیده‌های طبیعی می‌توانند باشند.
مدیریت تداخل: برای کاهش تداخل، می‌توان از تکنیک‌هایی مانند انتخاب فرکانس مناسب، استفاده از فیلترهای باندپهن (Band-pass Filters)، و بهره‌برداری از تکنیک‌های کدینگ و مدولاسیون مقاوم استفاده کرد.
مثال: در یک منطقه شهری با ترافیک بالای فرکانسی، تحلیل طیف انجام می‌شود تا فرکانس‌هایی با کمترین تداخل انتخاب شوند. همچنین، می‌توان از مدولاسیون OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) استفاده کرد که به طور خاص برای مقابله با تداخل و چندمسیره بودن سیگنال طراحی شده است.
7. شرایط محیطی و آب و هوا (Environmental and Weather Conditions)
شرایط محیطی و آب و هوا تأثیر زیادی بر کیفیت سیگنال‌های رادیویی دارند. پدیده‌هایی مانند باران، برف، مه، و حتی تغییرات دمایی می‌توانند باعث تضعیف سیگنال شوند.
اثر باران و مه: در فرکانس‌های بالا (مانند 10 گیگاهرتز و بالاتر)، باران و مه می‌توانند سیگنال را به شدت تضعیف کنند. این پدیده به عنوان تضعیف بارانی (Rain Fade) شناخته می‌شود.
مثال: در یک لینک رادیویی در مناطق استوایی که بارش‌های سنگین رایج است، از فرکانس‌های پایین‌تر مانند 4 گیگاهرتز استفاده می‌شود تا از تضعیف ناشی از باران جلوگیری شود. همچنین، در صورت استفاده از فرکانس‌های بالا، تجهیزات با توان ارسال بالا و آنتن‌های با بهره بیشتر انتخاب می‌شوند.
8. مدولاسیون و کدینگ (Modulation and Coding)
تکنیک‌های مدولاسیون و کدینگ نقش مهمی در بهره‌وری طیفی و مقاومت لینک در برابر نویز و تداخل دارند. انتخاب مدولاسیون مناسب بستگی به شرایط محیطی و کیفیت سیگنال دارد.
مدولاسیون‌های مختلف: برای لینک‌های با سیگنال قوی و نویز کم، مدولاسیون‌هایی مانند 64-QAM استفاده می‌شود که بهره‌وری طیفی بالایی دارند. اما در شرایط نویزی یا لینک‌های طولانی‌تر، مدولاسیون‌های مقاوم‌تر مانند BPSK یا QPSK استفاده می‌شوند که با وجود بهره‌وری طیفی کمتر، پایداری
