Os enlaces ponto a ponto (PTP) via rádio são amplamente utilizados para fornecer conectividade sem fio entre dois pontos distantes. Para garantir um desempenho adequado, é essencial calcular a largura de banda disponível e a qualidade do sinal. Vamos explorar os principais fatores e fórmulas envolvidos nesse cálculo.

1. Fatores que Afetam a Largura de Banda e o Sinal

Antes de realizar os cálculos, é necessário considerar diversos fatores que influenciam a qualidade do enlace:

• Frequência de operação: Quanto maior a frequência, menor a penetração e maior a atenuação do sinal.

• Distância do enlace: Influencia diretamente a potência do sinal recebido.

• Zona de Fresnel: Obstáculos dentro dessa área podem causar interferências e perda de desempenho.

• Potência de transmissão (Tx): Determina a força do sinal enviado.

• Ganho das antenas: Quanto maior o ganho, melhor a recepção e transmissão do sinal.

• Perdas no enlace: Cabos, conectores e interferências podem reduzir a eficiência do sistema.

2. Cálculo do Orçamento de Link

O orçamento de link (Link Budget) é essencial para determinar se um enlace pode ser viável. A fórmula básica para o cálculo é:

P_Rx = P_Tx + G_Tx + G_Rx - L_Tx - L_Rx - L_FS

Onde:

• P_Rx = Potência do sinal recebido (dBm)

• P_Tx = Potência de transmissão (dBm)

• G_Tx = Ganho da antena transmissora (dBi)

• G_Rx = Ganho da antena receptora (dBi)

• L_Tx = Perdas na transmissão (cabos, conectores) (dB)

• L_Rx = Perdas na recepção (cabos, conectores) (dB)

• L_FS = Perda por espaço livre (dB), calculada como:

L_FS = 20 log10(d) + 20 log10(f) + 92.45

Onde:

• d = Distância entre os pontos (km)

• f = Frequência do sinal (GHz)

Se P_Rx estiver acima da sensibilidade do rádio receptor, o enlace é viável.

Exemplo de Cálculo do Orçamento de Link

Suponha um enlace com os seguintes parâmetros:

• P_Tx = 20 dBm

• G_Tx = 24 dBi

• G_Rx = 24 dBi

• L_Tx = 2 dB

• L_Rx = 2 dB

• d = 10 km

• f = 5 GHz

Cálculo da perda por espaço livre:

L_FS = 20 log10(10) + 20 log10(5) + 92.45

L_FS = 100 + 13.98 + 92.45 

L_FS  = 206.43 dB

Agora, calculamos P_Rx:

P_Rx = 20 + 24 + 24 - 2 - 2 - 206.43

P_Rx = -142.43 dBm

Se a sensibilidade do receptor for, por exemplo, -85 dBm, o enlace não será viável, pois P_Rx está abaixo do limite de recepção.

3. Cálculo da Largura de Banda

A capacidade de transmissão do enlace depende de fatores como:

• Modulação: Modulações mais altas oferecem maior throughput, mas exigem melhor qualidade de sinal.

• Largura de canal: Maior largura permite maior taxa de transmissão.

• Interferência: Ambientes ruidosos podem reduzir o throughput real.

Para estimar a capacidade do enlace, é possível utilizar a fórmula:

C = B × log2(1 + SNR)

Onde:

• C = Capacidade do canal (bps)

• B = Largura do canal (Hz)

• SNR = Relação sinal-ruído (linear)

O SNR pode ser obtido por:

SNR = P_Rx / N

Onde N é o nível de ruído no ambiente.

Exemplo de Cálculo da Largura de Banda

Suponha que:

• B = 20 MHz

• P_Rx = -65 dBm

• N = -90 dBm

Cálculo do SNR:

SNR = 10^(( -65 - (-90) ) / 10)

SNR = 10^(25/10)

SNR = 316.23

Cálculo da capacidade do canal:

C = 20 × 10^6 × log2(1 + 316.23)

C ≈ 20 × 10^6 × log2(317)

C ≈ 20 × 10^6 × 8.3 =

C ≈ 166 Mbps

4. Conclusão

Calcular corretamente a largura de banda e a qualidade do sinal de um enlace PTP via rádio é essencial para garantir um desempenho adequado. Com as fórmulas apresentadas e os exemplos de cálculo, é possível planejar enlaces eficientes, minimizar interferências e otimizar o desempenho da rede.