射频链路预算

RF Link Budget（Link Budget）也称无线链路预算、功率预算、链路裕量、link margin、radio link budget

射频链路预算在统一参考面和对数单位下逐项累计发射功率、天线增益、传播损耗、实现损耗与接收门限，判断链路是否保有足够裕量。

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约 1 分钟

链路预算像一张功率收支表：发射机给出功率，天线提供方向增益，电缆、匹配、空间传播、遮挡和衰落逐项扣除，最后得到接收机输入功率；它与灵敏度之差就是链路裕量。

系统理解

约 3 分钟

链路预算遵守能量守恒与统一参考面。在dB域中，发射功率和各项增益相加，各项损耗相减，得到接收机端口的预计功率；再减去规定业务条件下的接收灵敏度或所需载噪比门限，得到链路裕量。EIRP把发射端口功率、馈线损耗和发射天线增益组合成等效各向同性辐射功率，但它不能替代接收天线、传播与接收机预算。

自由空间Friis关系来自球面扩散与接收天线有效孔径，路径损耗随距离和频率的对数增加。它适用于远场、视距、阻抗与极化定义清楚的理想条件；近地传播会叠加地面反射，室内和城市环境还含遮挡、穿透、多径、阴影衰落、人体和天气损耗。把自由空间结果直接称为实际覆盖距离会系统性高估可靠性。

可靠预算不仅给出一个标称值，还应分配实现损耗与统计裕量。连接器、馈线、天线效率、极化失配、制造偏差、温度、电池电压、安装方向、干扰和模型误差都要有明确归属；上行与下行的发射功率、天线和灵敏度不同，必须分别计算。法规限制通常约束EIRP、频带与占空比，不能仅通过提高PA功率解决负裕量。

链路裕量大于零只表示在所列假设下接收功率超过门限，不等于任意时间、地点和业务都可靠。最终需要用场景化传播模型、覆盖概率、衰落统计、共信道干扰和实地测量闭环；测量中还应把天线参考点、校准、包方向、数据率、重传和成功率口径记录下来。

承接PA、LNA、接收机灵敏度和天线接口，向后连接无线覆盖、射频法规、现场测试和系统容量规划。

公式提示

常用dB预算为Pr=Pt−Ltx+Gt−Lpath−Lmisc+Gr−Lrx，Margin=Pr−Psens。自由空间损耗FSPL=20log10(4πd/λ)，仅在远场视距等假设下成立。

关键参数

关键参数
参数	单位	含义
发射功率与EIRP	dBm	规定发射端口功率、馈线损耗和天线方向增益
路径损耗与附加损耗	dB	覆盖自由空间、遮挡、穿透、多径、天气和实现损耗
收发天线增益与极化	dBi / dB	描述方向性、效率及极化失配
接收功率与灵敏度	dBm	在同一接收参考面上比较可用功率和门限
链路裕量与覆盖概率	dB / %	分别描述预算余量和统计可靠性，二者不能混作同一量

常见误区

认为发射功率减去灵敏度就是包含所有损耗的完整链路预算
认为自由空间路径损耗可以直接预测室内或城市可靠覆盖
认为天线标称增益可以脱离方向、极化、效率和安装环境使用
认为正链路裕量等于百分之百通信成功率
认为上行和下行只需复制同一张预算表

工程深入

16 条结论 · 1 道例题

功率收支与参考面

定义

链路预算是所有增益和损耗的功率账本

链路预算从规定发射参考面出发，把天线增益、馈线、传播、遮挡和接收损耗逐项累计到接收机输入参考面。^{1, 2}

成立条件 所有项目必须使用一致方向和符号；dBm是绝对功率而dB、dBi是比值或增益

公式

dB域可以把乘除关系改写为加减

发射功率依次减发射损耗、加发射天线增益、减路径和附加损耗、加接收天线增益、减接收损耗，得到接收端口功率。^{1, 2}

Pr=Pt−Ltx+Gt−Lpath−Lmisc+Gr−Lrx

Pr: 接收机输入功率，单位 dBm
Pt: 发射端口功率，单位 dBm
Gt,Gr: 收发天线方向增益，单位 dBi
Ltx,Lrx,Lpath,Lmisc: 馈线、传播及其他损耗，单位 dB

成立条件 每个损耗只计一次；天线增益方向必须对应实际指向

定义

EIRP只合并发射端而不是整条链路

EIRP等于发射端口功率减发射馈线和匹配损耗再加发射天线增益，表示相对理想各向同性天线的辐射尺度。^{1, 2}

EIRP=Pt−Ltx+Gt

EIRP: 等效各向同性辐射功率，单位 dBm
Pt: 发射端口功率，单位 dBm
Ltx: 发射馈线与匹配损耗，单位 dB
Gt: 发射天线增益，单位 dBi

成立条件 必须指定天线方向和极化；法规可能限制EIRP而非PA管脚功率

射频功率放大器前置：PA输出只是EIRP预算起点，仍需扣除发射损耗并加入天线方向增益。

传播模型

公式

自由空间损耗来自Friis远场关系

理想视距远场中，接收功率随距离平方下降；把波长写成频率后，FSPL随距离和频率的对数增加。^{1, 2}

FSPL=20log10(4πd/λ)=20log10(4πdf/c)

d: 收发距离，单位 m
λ: 自由空间波长，单位 m
f: 载波频率，单位 Hz
c: 光速，单位 m/s

成立条件 天线处于远场且有清晰视距；阻抗、极化和方向增益需单独正确计入

公式

链路预算应保留每一项和最终裕量

逐项列出收发功率、天线、馈线和路径损耗，比只给最终距离更容易发现重复计数与错误参考面。^{1, 2}

Pr=Pt−Ltx+Gt−FSPL+Gr−Lrx；Margin=Pr−Psens

Pr: 接收机输入功率，单位 dBm
FSPL: 自由空间路径损耗，单位 dB
Margin: 链路裕量，单位 dB

成立条件 教学例采用自由空间视距；天线增益沿收发方向且极化匹配

例题：动手算一次教学假设，可复算

教学假设：2.4 GHz、100 m自由空间链路，Pt=10 dBm，Gt=Gr=2 dBi，收发馈线各损耗1 dB，接收灵敏度−95 dBm，链路裕量是多少？

已知

f=2.4 GHz
d=100 m
Pt=10 dBm
Gt=Gr=2 dBi
Ltx=Lrx=1 dB
Psens=−95 dBm

步骤

FSPL≈20log10(4π·100·2.4×10⁹/c)≈80.05 dB，计算理想自由空间传播损耗。
Pr≈10−1+2−80.05+2−1=−68.05 dBm，在同一接收参考面累计功率、增益和损耗。
Margin=−68.05−(−95)=26.95 dB，接收功率减去规定条件下的灵敏度。

结果理想自由空间链路裕量约27 dB。

这27 dB可用于吸收部分附加损耗和衰落，但尚未分配到具体风险项目。

不能外推到 未计入遮挡、多径、阴影衰落、极化、天线安装、干扰、人体、天气、制造偏差和法规限制，不能直接宣称100 m现场覆盖。

边界

频率更高的FSPL比较必须固定天线口径

在相同dBi天线增益和距离下，FSPL随频率升高；若固定物理孔径而非固定dBi，天线增益也随频率变化，结论不能只看路径损耗一项。^{1, 2}

成立条件 比较时说明固定的是天线增益、尺寸还是效率；近场和波导场景不适用自由空间点源模型

边界

Friis公式不覆盖近场、遮挡和复杂散射

自由空间关系假设远场视距传播；收发距离过近、天线耦合、建筑物、人体和散射体会改变场分布与损耗。^{1, 2}

成立条件 近场边界与天线最大尺寸及波长有关；复杂环境应选场景化模型并以实测校准

机制

地面反射会与直达波相干相加

近地链路中的反射波因路径差和反射系数产生频率、距离、高度和极化相关的相长或相消，形成深衰落点。^{1, 2}

成立条件 简化双径模型只包含一个理想反射面；移动物体和粗糙地面会形成更多时变路径

天线、损耗与方向

定义

天线增益是方向性与效率的合并结果

dBi增益相对理想各向同性天线，并随方向、频率和极化变化；数据手册峰值增益不能代表任意安装方向。^{1, 2}

成立条件 必须使用目标方向的实现增益；外壳、PCB、线缆和人体会改变效率与方向图

机制

极化失配会减少接收有效功率

接收天线只能有效耦合到与其极化匹配的电场分量；姿态变化、交叉极化和多径都会改变可用功率。^{1, 2}

成立条件 圆极化与线极化、旋向和轴比需按实际天线定义；不能用单一固定损耗覆盖所有姿态

边界

上行与下行必须分别建表

双向系统两端的PA功率、馈线、天线、接收NF、带宽和调制可能不同，一侧有裕量不能证明反向链路也成立。^{1, 2}

成立条件 时分双工仍需分别计算方向；确认ACK或控制信道的数据率和功率设置

裕量与可靠性

公式

链路裕量是接收功率超过门限的差值

在同一参考面和业务条件下，预计接收功率减接收灵敏度得到标称链路裕量；正值只说明预算项相加后越过门限。^{1, 2}

Margin=Pr−Psens

Margin: 链路裕量，单位 dB
Pr: 预计接收功率，单位 dBm
Psens: 规定条件下接收灵敏度，单位 dBm

成立条件 灵敏度必须匹配数据率、波形和误码目标；裕量尚未等同覆盖概率

接收机灵敏度前置：链路裕量的接收端门限必须来自同一波形与误码条件下的灵敏度。

边界

衰落裕量需要与覆盖概率和场景绑定

阴影和多径具有统计分布，预留多少dB应来自目标地点、时间、移动状态和成功概率，而不是任意添加一个固定安全数。^{1, 2}

成立条件 传播模型参数需由频段和环境校准；可靠性指标需定义包成功、可用时间或覆盖面积口径

边界

干扰受限链路不能只用热噪声预算

共信道、邻道和带外阻塞可能使接收机所需信干噪比无法满足；即使接收功率高于灵敏度，链路仍可能失败。^{1, 2}

成立条件 需加入干扰功率、频谱占用、选择性和调度；噪声受限与干扰受限场景应分开判断

边界

提高PA功率受法规、功耗、热与线性共同限制

负裕量不能无条件靠增大发射功率补偿，因为EIRP、频谱模板、占空比、电池、PAE、EVM和温升都可能先到边界。^{1, 2}

成立条件 按目标地区频谱法规核定；天线增益变化会同时改变EIRP与覆盖方向

数字调制与EVM 影响：PA增功率进入压缩后可能先破坏EVM和邻道发射。

边界

链路签核需要模型、台架与现场三层闭环

先用可审计预算找出主导项，再用传导和OTA台架验证收发参考面，最后以目标安装环境的覆盖统计校准传播模型。^{1, 2}

成立条件 测试记录频点、功率、姿态、数据率、包数和环境

出处

2 份资料 · 2 处引用

1
SWRA479A: Achieving Optimum Radio Range
Richard Wallace · 2017
- SWRA479A §2.2 Link Budget与§2.4 Friis-Equation 支持：链路预算是所有增益和损耗的功率账本；dB域可以把乘除关系改写为加减；EIRP只合并发射端而不是整条链路；自由空间损耗来自Friis远场关系；链路预算应保留每一项和最终裕量；频率更高的FSPL比较必须固定天线口径；Friis公式不覆盖近场、遮挡和复杂散射；地面反射会与直达波相干相加；天线增益是方向性与效率的合并结果；极化失配会减少接收有效功率；上行与下行必须分别建表；链路裕量是接收功率超过门限的差值；衰落裕量需要与覆盖概率和场景绑定；干扰受限链路不能只用热噪声预算；提高PA功率受法规、功耗、热与线性共同限制；链路签核需要模型、台架与现场三层闭环
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2
Radio Link-Budget Calculations for ISM-RF Products
Maxim Integrated Applications Engineering · 2002
- Propagation Path Loss与Using the Spreadsheet网页段落 支持：链路预算是所有增益和损耗的功率账本；dB域可以把乘除关系改写为加减；EIRP只合并发射端而不是整条链路；自由空间损耗来自Friis远场关系；链路预算应保留每一项和最终裕量；频率更高的FSPL比较必须固定天线口径；Friis公式不覆盖近场、遮挡和复杂散射；地面反射会与直达波相干相加；天线增益是方向性与效率的合并结果；极化失配会减少接收有效功率；上行与下行必须分别建表；链路裕量是接收功率超过门限的差值；衰落裕量需要与覆盖概率和场景绑定；干扰受限链路不能只用热噪声预算；提高PA功率受法规、功耗、热与线性共同限制；链路签核需要模型、台架与现场三层闭环
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公式提示

关键参数

常见误区

功率收支与参考面

#链路预算是所有增益和损耗的功率账本

#dB域可以把乘除关系改写为加减

#EIRP只合并发射端而不是整条链路

传播模型

#自由空间损耗来自Friis远场关系

#链路预算应保留每一项和最终裕量

已知

步骤

#频率更高的FSPL比较必须固定天线口径

#Friis公式不覆盖近场、遮挡和复杂散射

#地面反射会与直达波相干相加

天线、损耗与方向

#天线增益是方向性与效率的合并结果

#极化失配会减少接收有效功率

#上行与下行必须分别建表

裕量与可靠性

#链路裕量是接收功率超过门限的差值

#衰落裕量需要与覆盖概率和场景绑定

#干扰受限链路不能只用热噪声预算

#提高PA功率受法规、功耗、热与线性共同限制

#链路签核需要模型、台架与现场三层闭环

SWRA479A: Achieving Optimum Radio Range

Radio Link-Budget Calculations for ISM-RF Products

链路预算是所有增益和损耗的功率账本

dB域可以把乘除关系改写为加减

EIRP只合并发射端而不是整条链路

自由空间损耗来自Friis远场关系

链路预算应保留每一项和最终裕量

频率更高的FSPL比较必须固定天线口径

Friis公式不覆盖近场、遮挡和复杂散射

地面反射会与直达波相干相加

天线增益是方向性与效率的合并结果

极化失配会减少接收有效功率

上行与下行必须分别建表

链路裕量是接收功率超过门限的差值

衰落裕量需要与覆盖概率和场景绑定

干扰受限链路不能只用热噪声预算

提高PA功率受法规、功耗、热与线性共同限制

链路签核需要模型、台架与现场三层闭环