Calcolo del power budget per la copertura di un jammer indoor

Il raggio di disturbo indoor non dipende dai watt scritti sulla scatola, ma dal livello di segnale che arriva al terminale vittima. Ecco come impostare un link budget di jamming in dB, stimare la perdita di percorso indoor e dimensionare la potenza per il raggio desiderato.

Che cosa calcola davvero un power budget per il jamming indoor?

Un power budget per la copertura di un jammer indoor non serve a misurare la potenza del trasmettitore, quanto piuttosto il livello di segnale che arriva al terminale da disturbare. In pratica si tratta di una contabilità in dB di tutti i guadagni e di tutte le perdite lungo il percorso radio: potenza del jammer, perdite di alimentazione e dei connettori, guadagno delle antenne, attenuazione di propagazione e sensibilità del ricevitore vittima. Il risultato che conta non è quindi un numero di watt, ma un margine rispetto alla soglia di ricezione, verificato alla distanza obiettivo. È lo stesso approccio che sta alla base dei link budget RF descritti in guide tecniche come quelle di Cadence e 5G/6G Academy, e serve proprio a confrontare configurazioni diverse prima di comprare o installare l'hardware.

Quali guadagni e perdite entrano nell'equazione del jamming link budget?

La formula classica del link budget è questa: Potenza ricevuta = Potenza TX + Guadagno antenna TX + Guadagno antenna RX − Perdita di percorso − Perdite di sistema. Per ottenere il margine di collegamento basta sottrarre alla potenza ricevuta la sensibilità del ricevitore. Quando però si passa al jamming, la faccenda cambia un po': l'articolo di everything RF sui sistemi counter-UAS riporta la variante Pj,rx = Pamp − Lfeed + Gj,tx + altri termini, vale a dire la potenza dell'amplificatore meno le perdite di alimentazione, più il guadagno dell'antenna trasmittente del jammer (e altri contributi ancora). La differenza sostanziale rispetto a un collegamento utile è che qui il segnale da battere è quello della rete vittima, non un segnale noto in partenza: proprio per questo il parametro su cui si concentra l'attenzione diventa il rapporto J/S.

Come si calcola il rapporto J/S e perché non è una formula fissa?

Il rapporto J/S non è altro che la differenza, espressa in dB, tra la potenza del disturbo e quella del segnale utile, misurate entrambe al ricevitore della vittima. Per ottenerlo si mettono insieme l'equazione di portata a una via valida per il jammer e quella a due vie per il segnale utile; l'obiettivo è che il risultato sia un numero positivo. Il punto in cui J = S prende il nome di crossover range, mentre il burn-through range indica la distanza alla quale il bersaglio torna a essere rilevabile nonostante la contromisura elettronica, in genere poco oltre il crossover. C'è però una cosa da tenere a mente: l'efficacia non dipende in modo matematico e diretto dal J/S. Quanto debba essere grande questo rapporto varia a seconda della tecnica ECM impiegata e del radar che ci troviamo davanti; un J/S troppo elevato, anzi, può portare un processore sofisticato a scartare il disturbo o ad attivare le proprie modalità anti-jamming. Piuttosto, è più potenza che permette al bersaglio di avvicinarsi prima di raggiungere il burn-through.

Come cambiano il raggio con la perdita di percorso indoor e l'esponente n?

Il modello log-distanza è probabilmente lo strumento più usato nella pratica: Perdita (dB) = FSPL(d0) + 10·n·log10(d/d0). L'esponente n vale 2,0 in spazio libero, 2,5–3,0 in ambiente suburbano, 2,7–3,5 in urbano, 3,0–4,0 in urbano denso, 3,0–4,0 indoor sullo stesso piano e 4,0–6,0 indoor su più piani. Occhio a un dettaglio che spesso si sottovaluta: un muro di cemento costa 10–15 dB, il che significa che due pareti possono pesare più di un raddoppio di potenza. Quanto alla formula FSPL(dB) = 20·log10(d) + 20·log10(f) − 147,55, con d in metri e f in hertz, a 868 MHz e 1 km si ottengono circa 91,5 dB. Vale poi la pena citare uno studio pubblicato su Sensors nel 2022, che ha misurato la perdita di percorso su un corridoio indoor a 28 e 38 GHz, in LOS e NLOS con polarizzazione verticale-verticale e verticale-orizzontale: l'esponente più alto, 3,33, è emerso a 38 GHz in NLOS con polarizzazione V-H, un dato che gli autori indicano come utile per i power budget del 5G indoor.

Quale margine J/S richiede il ricevitore vittima?

Non esiste un valore universale di J/S: la soglia dipende dal tipo di segnale vittima, dal suo ricevitore e dalla tecnica ECM impiegata. In fase di progetto, quindi, conviene partire da un margine conservativo e poi verificarlo sul campo, anche perché un J/S troppo alto può rivelarsi controproducente. La guida sulle power budget calculations ricorda che la soglia di copertura si ottiene sommando al livello isotropico del terminale il margine di slow fading e, per l'interno, la perdita di penetrazione dell'edificio. Nei casi 5G citati da 5G/6G Academy si usano margini di shadow fading di 8,3 dB in FR1 e 7,2 dB in FR2, perdite di penetrazione di 20 dB e 35 dB, margini di interferenza di 4 dB e 2 dB, con figure di rumore UE di 7 dB e 10 dB e densità di rumore termico di −174 dBm/Hz.

Come si imposta un esempio numerico di MAPL per la copertura indoor?

Il MAPL, cioè Maximum Allowable Path Loss, si ottiene con la formula EIRP − sensibilità del ricevitore + guadagni di sistema − perdite totali, e in pratica indica qual è l'attenuazione massima che il collegamento può sopportare tra trasmettitore e terminale. Prendiamo i parametri di riferimento di 5G/6G Academy: in FR1 abbiamo 46 dBm di potenza al gNB, 3,0 dB di perdita sui cavi e 25 dBi di guadagno d'antenna, che portano a un EIRP di 68 dBm; in FR2 invece si parte da 35 dBm, con 0,5 dB di perdita e 30 dBi di guadagno, per un EIRP di 64,5 dBm. Il terminale, dal canto suo, è limitato a 23 dBm in Power Class 3. Con questi valori si arriva a circa 126,7 dB di MAPL, che corrispondono a un raggio di cella di circa 600 m a 3,5 GHz con copertura indoor, mentre a 26 GHz in esterno si hanno 133,3 dB e circa 250 m.

La tabella chiarisce bene perché in banda millimetrica il margine si assottigli così in fretta: la perdita di penetrazione nell'edificio schizza da 20 a 35 dB e il raggio utile, di conseguenza, crolla. Lo stesso discorso vale per un jammer. Ogni dB che se ne va in connettori, cavi o muri va tolto dal raggio, non dalla potenza nominale dell'amplificatore: è lì che sta il punto, e spesso lo si dimentica guardando solo il dato di targa.

Come influiscono guadagno d'antenna, posizionamento e riflessioni sulla copertura reale?

Le antenne omnidirezionali ad alto guadagno non erogano il guadagno dichiarato in tutte le direzioni, e questo è il primo errore di dimensionamento. Le antenne a chip valgono da −2 a 0 dBi, le piste su PCB 0–2 dBi, le whip/stub 2–3 dBi, le omnidirezionali esterne 3–8 dBi. A 868/915 MHz il cavo RG-58 perde circa 0,45–0,55 dB/m, il LMR-240 0,25 dB/m e il LMR-400 0,13 dB/m, mentre ogni connettore aggiunge 0,1–0,5 dB: una tratta di 5 m in RG-58 con due connettori N costa circa 3 dB. La guida ZR HiTech sui moduli amplificatori RF a banda larga descrive moduli da centinaia di MHz a diversi GHz, con guadagno 15–50 dB, figura di rumore sotto 5 dB, PAE 30–50%, P1dB o Psat da 10 a 100 W, planarità ±2 dB, IMD3 sotto −30 dBc, VSWR sotto 1,5:1, soppressione armoniche oltre 40 dBc e temperatura operativa da −40 a +85 °C. Un ingresso a 0 dBm a 5 GHz amplificato a +33 dBm richiede 33 dB di guadagno: utile per capire quanta catena serve davvero.

Perché è difficile garantire una copertura indoor precisa e quali limiti legali esistono?

L'energia RF non rispetta i confini di proprietà e le riflessioni spingono l'interferenza oltre le aree previste. La letteratura sulla pianificazione per aule e sale d'esame arriva alla stessa conclusione: conta l'intensità di segnale al terminale, non la potenza dichiarata, e il numero di unità necessarie dipende dalla planimetria. La densità delle stazioni base e i fattori ambientali sono limiti reali, e clienti che chiedono un raggio limitato a 5 metri o a una singola stanza raramente ottengono una copertura precisa. Sul piano normativo, la fonte sul jamming nelle aule segnala che negli Stati Uniti la legge federale rende il disturbo delle comunicazioni un rischio legale serio: prima di qualsiasi progetto va verificata la normativa locale e l'autorizzazione all'uso dello spettro.

Come si dimensiona la potenza del jammer partendo dal raggio obiettivo?

Il metodo pratico parte dal fondo: si fissa il raggio desiderato, si stima la perdita di percorso con il modello log-distanza usando un n adeguato all'ambiente, si aggiungono le perdite di cavi e connettori e si sottrae il guadagno reale delle antenne. Il risultato è la potenza minima all'antenna necessaria per superare il segnale vittima del margine J/S richiesto. Conviene poi aggiungere un margine di fading e verificare la configurazione con misure sul posto, perché riflessioni e muri spostano il risultato di diversi dB. In sintesi: il raggio non è un numero di watt, è il risultato di un'equazione in dB verificata sperimentalmente.

Quali termini tecnici servono per leggere un jamming link budget?

Il vocabolario ricorrente comprende link budget, power budget, MAPL, FSPL, path loss exponent (PLE), rapporto J/S, burn-through range, EIRP, ERP, sensibilità del ricevitore, margine di fading o shadow, perdita di penetrazione dell'edificio e soglia di copertura. Conoscere questi termini permette di confrontare datasheet e studi senza confondere la potenza nominale dell'amplificatore con la potenza effettivamente irradiata. È lo stesso principio che vale per i link LoRaWAN o per i collegamenti outdoor: ogni componente della catena va conteggiato in dB, e il margine finale è ciò che determina se il collegamento funziona o no.

Domande frequenti sul power budget per jammer indoor

Come si calcola il power budget per la copertura di un jammer indoor?

Si contano in dB tutti i guadagni e le perdite: potenza di trasmissione del jammer, perdite di alimentazione e connettori, guadagno delle antenne del jammer e della vittima, perdita di percorso indoor e sensibilità del ricevitore. La potenza ricevuta di disturbo deve superare il segnale utile del margine J/S richiesto al raggio obiettivo, quindi si risolve l'equazione del collegamento rispetto alla distanza.

Che cos'è il rapporto J/S e perché conta nel jamming?

Il rapporto J/S è la differenza in dB tra la potenza del segnale di disturbo e quella del segnale utile al ricevitore. In genere J deve superare S di una certa quantità per essere efficace, ma l'entità richiesta dipende dalla tecnica ECM e dal ricevitore vittima, non da una formula fissa. Un J/S troppo alto può persino attivare le difese anti-jamming.

Quale esponente di perdita di percorso conviene usare per la pianificazione indoor?

I modelli log-distanza usano n intorno a 3,0–4,0 per ambienti indoor sullo stesso piano e 4,0–6,0 per ambienti su più piani, contro 2,0 in spazio libero. Studi misurati su corridoi indoor a 28 e 38 GHz riportano esponenti fino a 3,33 in NLOS con polarizzazione verticale-orizzontale.

Perché è difficile garantire una copertura indoor precisa?

L'energia RF non rispetta i confini di proprietà e le riflessioni spingono l'interferenza in zone non previste. I clienti a volte chiedono un disturbo limitato a 5 metri o a una singola stanza, ma una copertura precisa è raramente ottenibile: conviene pianificare margini e posizionamento con attenzione e verificare con misure sul campo.