Power budget-beregning for indendørs jamming-dækning: sådan dimensionerer du effekten

Dækning afhænger af signalstyrken ved modtageren, ikke af watt-tallet på kassen. Her er metoden: linkbudget i dB, indendørs path loss-eksponent og det nødvendige J/S-margin.

Hvad beregner et power budget for indendørs jamming egentlig?

Et power budget – eller linkbudget – er i bund og grund et regnskab over alle de forstærkninger og tab, der ligger mellem sender og modtager, og det hele opgøres i dB. Hensigten er at få et bud på, hvor meget effekt der egentlig når frem, og så holde det op imod modtagerens følsomhed. For en jammer betyder det helt konkret, at du ikke kan tage udgangspunkt i, hvor mange watt der står på forstærkeren. Det afgørende er i stedet, hvor stærkt jammer-signalet er ved den ramte håndsætning, når du bevæger dig ud til den radius, du gerne vil dække. Og det er faktisk den pointe, der går igen i næsten alle de kilder, jeg har været igennem i arbejdet med den her artikel.

Grundligningen ser sådan ud: Modtaget effekt = sendeeffekt + sendtantenneforstærkning + modtagerantenneforstærkning − path loss − systemtab. Linkmarginen finder du ved at trække modtagerfølsomheden fra den modtagne effekt. Det smarte ved at regne alt i dB er, at gain og tab blot bliver addition og subtraktion — så slipper du for at gange og dividere hele tiden. Og når du først kender den modtagne jammer-effekt og har besluttet, hvilken J/S-margin du sigter efter, kan du isolere afstanden i ligningen og dermed regne dig frem til den dækningsradius, som effektbudgettet reelt kan bære.

Den jammingspecifikke version af regnestykket finder man i everything RF's artikel om counter-UAS: Pj,rx = Pamp - Lfeed + Gj,tx + G..., altså forstærkereffekten minus feedtab, plus jammerens sendtantenneforstærkning og eventuelle yderligere led. Grundlæggende er det præcis samme logik som et almindeligt RF-linkbudget — det er bare jammeren, der optræder som sender, og den ramte modtager, der står i modtagerenden.

Hvilke forstærkninger og tab hører med i jamming-linkligningen?

Alle led skal med, ellers bliver radius hurtigt for optimistisk. På sendsiden tæller vi forstærkereffekten i dBm, tab i feedkabel og stik samt sendtantennens forstærkning med. På modtagesiden har vi modtagerantennens forstærkning, og så skal vi kende modtagerens støjtal og følsomhed. Og i midten ligger selve path loss for den konkrete indendørs geometri, plus eventuelle bygnings- og vægtab. Cadence og vizmonet beskriver faktisk samme opbygning, bare for henholdsvis RF-linkbudgetter og udendørs trådløse links.

Et konkret eksempel på, hvordan virkeligheden ser ud for hardwaren: et 5 m RG-58-kabel med to N-stik koster cirka 3 dB ved 868/915 MHz. Til sammenligning ligger RG-58 på omkring 0,45-0,55 dB/m, LMR-240 på 0,25 dB/m og LMR-400 på 0,13 dB/m, og hvert stik lægger yderligere 0,1-0,5 dB til. Antenner er heller ikke nogen garanti for databladets tal i alle retninger — chipantenner ligger typisk på -2 til 0 dBi, PCB-trace på 0-2 dBi, whip/stub på 2-3 dBi, mens eksterne omniantenner kommer op på 3-8 dBi.

Hvordan ændrer indendørs path loss og path loss-eksponent radius?

Indendørs regner man typisk med log-distance-modellen: Path Loss (dB) = FSPL(d0) + 10*n*log10(d/d0). Her afhænger path loss-eksponenten n af omgivelserne – den ligger på 2,0 i frit rum, 2,5-3,0 i forstadsmiljø, 2,7-3,5 i bymiljø og 3,0-4,0 i tæt by. Indendørs på samme etage lander man også på 3,0-4,0, mens man over flere etager må op på 4,0-6,0. En betonvæg koster typisk 10-15 dB, og det skal man altså lige huske at trække fra. Selve FSPL i dB beregnes som 20log10(d) + 20log10(f) - 147,55, hvor d er i meter og f i Hz; ved 868 MHz og 1 km giver det cirka 91,5 dB.

De høje eksponenter er ikke bare teoretiske størrelser – de hænger faktisk sammen med det, man ser i virkeligheden. I en undersøgelse fra 2022, offentliggjort i Sensors, målte forskerne large-scale path loss i en indendørs korridor ved både 28 GHz og 38 GHz, og det gjaldt for både LOS og NLOS med vertikal-vertikal og vertikal-horisontal polarisation. Den højeste path loss-eksponent, de fandt, var 3,33 ved 38 GHz i V-H-polarisation under NLOS-forhold. Og det er netop pointen: forfatterne understreger selv, at den slags målinger er nyttige, når man skal lave power budget-beregninger i indendørs 5G-design.

Det har en helt konkret betydning for jamming: går du fra n = 3,0 til n = 4,0, stiger tabet hurtigere med afstanden, og den radius, hvor J/S-marginen stadig kan holdes, bliver markant mindre. Vælg derfor eksponenten ud fra den faktiske rumtype — og lad være med bare at genbruge et udendørs tal, for det passer sjældent inden for.

Til sammenligning bliver det tydeligt, hvor stor spredningen faktisk er, når man kigger på 5G/6G Academy's gennemregnede eksempel. Her indgår parametre som gNB-sendeeffekt, kabeltab, antenneforstærkning, EIRP, UE-støjtal, termisk støjtæthed, shadow fading-margin, bygningspenetrationstab og interferensmargin — og netop derfor er det værd at se nærmere på, hvordan de enkelte led påvirker resultatet.

Med MAPL = EIRP - modtagerfølsomhed + systemforstærkninger - samlede tab landede eksemplet på 126,7 dB MAPL, hvilket gav en celleradius på cirka 600 m ved 3,5 GHz med indendørs dækning. Til sammenligning gav 133,3 dB MAPL cirka 250 m ved 26 GHz udendørs. Det er værd at bemærke, at UE-sendeeffekten er begrænset til 23 dBm i Power Class 3, og at termisk støjtæthed typisk sættes til -174 dBm/Hz. Tabellen illustrerer netop, hvorfor bygningspenetration og shadow fading ikke kan udelades, når dækningstersklen beregnes indendørs.

Hvilket J/S-margin kræver den ramte modtager?

J/S-forholdet er forholdet i dB mellem jammer-signalets styrke og målsignalets styrke ved modtageren. J udledes af en envejs-range-ligning, S af en tovejs-range-ligning, og det ønskede resultat er et positivt tal. Burn-through range er der, hvor målets retursignal først kan detekteres gennem ECM, typisk lidt længere ude end crossover range, hvor J = S.

Den vigtige forbehold: effektivitet er ikke en direkte matematisk funktion af J/S. Den krævede størrelse afhænger af ECM-teknikken og af den ramte radar eller modtager. For meget J/S kan få en sofistikeret processor til at ignorere jammingen eller aktivere anti-jamming-tilstande. Mere effekt betyder dog, at målet kan komme tættere på, før burn-through indtræder.

I praksis bør du derfor behandle det nødvendige J/S-margin som en designparameter, du fastlægger ud fra modtagerens art og den ønskede effekt, ikke som en universel konstant. Selve beregningen af dækningsradius bliver først meningsfuld, når marginen er valgt eksplicit.

Hvordan påvirker antenneforstærkning, placering og refleksioner den reelle dækning?

Højforstærkende omniantenner leverer ikke den oplyste forstærkning i alle retninger, og det ændrer dækningsbilledet i et lokale. Placering betyder mere end watt: en jammer tæt på gulv, bag metalreoler eller i et hjørne får et andet dækningsmønster end samme enhed centralt i rummet. Kilder, der planlægger dækning til forelæsningssale og eksamenslokaler, peger netop på signalstyrken ved håndsætningen frem for effekten på kassen, og diskuterer, hvordan lav-effekts jammere opfører sig indendørs, og hvor mange enheder et lokale kræver.

Refleksioner gør præcis dækning svær at garantere. RF-energi respekterer ikke ejendomsgrænser, og refleksioner sender interferens ud i områder, du ikke havde tænkt dig at dække. Kunder beder nogle gange om jamming begrænset til en radius på 5 meter eller et enkelt lille lokale, men præcis afgrænsning er sjældent opnåelig. Planlæg derfor med marginer og gennemtænkt placering.

Reelle grænser som basestationstæthed og miljøfaktorer spiller også ind. Jo flere nære sendere og jo mere kompleks geometrien er, jo mere usikkert bliver det at oversætte et linkbudget til en garanteret radius.

Hvilke juridiske og praktiske grænser begrænser indendørs jamming?

Den juridiske side er ikke en detalje. Kilden om klasseværelses-jamming fastslår, at amerikansk føderal lov gør jamming i klasseværelser til en alvorlig risiko. Jeg anbefaler derfor, at du altid afklarer det lokale regelsæt, før du overhovedet regner på effekt. Et korrekt power budget hjælper ikke, hvis anvendelsen er ulovlig.

Praktisk set bør du også forholde dig til forstærkerens faktiske specifikationer. ZR HiTechs guide til bredbåndede RF-effektforstærkermoduler dækker hundreder af MHz til flere GHz, eksempelvis 2-18 GHz, med forstærkning typisk 15-50 dB, støjtal under 5 dB, PAE på 30-50 %, P1dB eller Psat på 10-100 W afhængigt af krav, gain flatness på plus/minus 2 dB, IMD3 under -30 dBc, VSWR under 1,5:1, harmonisk dæmpning over 40 dBc og driftstemperatur fra -40 til +85 C.

Et konkret eksempel: 0 dBm ind ved 5 GHz forstærket til +33 dBm (2 W) med 33 dB forstærkning. Sådanne tal skal ind i budgettet sammen med feedtab og antenneforstærkning, før du konkluderer noget om radius.

Samlet set er svaret på, hvordan man beregner jamming-dækning indendørs: regn baglæns fra den krævede J/S-margin ved håndsætningen, medtag alle tab i dB, vælg en realistisk path loss-eksponent for rummet, og verificér med måling. Dækningsradius er et resultat af linkbudgettet, ikke et watt-tal.

Ofte stillede spørgsmål

Hvordan beregner man power budget for indendørs jamming-dækning?

Medtag hver forstærkning og hvert tab i dB: jammerens sendeeffekt, feed- og stiktab, jammer- og modtagerantennens forstærkning, indendørs path loss og modtagerens følsomhed. Den modtagne jammer-effekt skal overstige målsignalet med det krævede J/S-margin på den ønskede radius, hvorefter du isolerer afstanden i linkligningen.

Hvad er J/S-forholdet, og hvorfor er det vigtigt for jamming?

J/S er forholdet i dB mellem jammer-signalets styrke og målsignalets styrke ved modtageren. J skal normalt overstige S med et vist beløb for at være effektivt, og den krævede størrelse afhænger af ECM-teknikken og den ramte modtager, ikke af en fast formel. For høj J/S kan udløse anti-jamming-tilstande.

Hvilken path loss-eksponent bør jeg bruge til indendørs jamming-planlægning?

Log-distance-modeller bruger n på cirka 3,0-4,0 indendørs på samme etage og 4,0-6,0 over flere etager, mod 2,0 i frit rum. Målte korridorstudier ved 28 og 38 GHz rapporterer path loss-eksponenter op til 3,33 i NLOS med vertikal-horisontal polarisation, så vælg efter rumtype.

Hvorfor er præcis indendørs jamming-dækning svær at garantere?

RF-energi respekterer ikke ejendomsgrænser, og refleksioner sender interferens ind i områder, du ikke havde til hensigt at dække. Kunder beder nogle gange om jamming begrænset til en radius på 5 meter eller et enkelt lille lokale, men præcis afgrænsning er sjældent opnåelig, så planlæg med marginer og omhyggelig placering.