Wi-Fi мост «точка-точка» — расчет дальности связи
В калькуляторе просчитывается максимальное расстояние между точками, при котором достигается устойчивая связь. Запас по энергетике должен составлять не менее 20dB для сохранения устойчивой связи при резком ухудшении условий прохождения радиоволн. Если уменьшить требования к надежности и скорости обмена данными, то дальность связи увеличивается.
Расчет ведется при следующих условиях:
- Предполагается, что антенны приемника и передатчика находятся в зоне оптической прямой видимости. В противном случае необходимо оценить дальность прямой видимости .
- Расчет не учитывает дифракцию и рассеяние радиоволн на препятствиях, находящихся поблизости от пути распространения сигнала. Определить, какое пространство должно быть свободным вокруг воображаемой оси между антеннами можно при помощи калькулятора зоны Френеля.
- Мощность передатчика можно найти в технических характеристиках оборудования. Если указана в mW, то используйте калькулятор mW -> dBm
- Чувствительность приемника для 802.11g:
6 Мбит/с: -90dBm
9 Мбит/с: -84dBm
11 Мбит/с: -85dBm
12 Мбит/с: -82dBm
18 Мбит/с: -80dBm
24 Мбит/с: -77dBm
36 Мбит/с: -73dBm
48 Мбит/с: -72dBm
54 Мбит/с: -72dBm - Потери в фидере зависят от его длины и частоты передаваемого сигнала. Можно рассчитать в онлайн калькуляторе потерь в коаксиальном кабеле .
- Потери в ВЧ разъемах обычно составляют не более 0.5 — 1dB на коннектор.
- Расчет справедлив для Wi-Fi сети работающей в инфраструктурном режиме, т.е. в режиме «клиент-точка доступа». Если же сеть работает в режиме Ad-Hoc, когда компьютеры взаимодействуют напрямую без применения точек доступа, то скорость соединения ограничена 11 Мбит/с.
Для устойчивой работы лучше установить хорошие антенны, а не повышать мощность передатчика.
«Математический расчет дальности Wi-fi сигнала»
Для того чтобы рассчитать дальность беспроводного канала связи нужно ввести некоторые понятия:
Без вывода приведем формулу расчета дальности. Она берется из инженерной формулы расчета потерь в свободном пространстве:
FSL (Free Space Loss) — потери в свободном пространстве (дБ); F- центральная частота канала, на котором работает система связи (МГц); D — расстояние между двумя точками (км).
FSL определяется суммарным усилением системы. Оно считается следующим образом:
где 
— мощность передатчика; 
— коэффициент усиления передающей антенны; 
— коэффициент усиления приемной антенны; 
— чувствительность приемника на данной скорости; 
— потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах передающего тракта; 
— потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах приемного тракта.
Предполагается, что антенны приемника и передатчика находятся в зоне оптической прямой видимости. В противном случае необходимо
оценить дальность прямой видимости
Расчет не учитывает дифракцию и рассеяние радиоволн на препятствиях, находящихся поблизости от пути распространения сигнала. Определить, какое пространство должно быть свободным вокруг воображаемой оси между антеннами можно при помощи расчёта зоны Френеля
Радиоволна в процессе распространения в пространстве занимает объем в виде эллипсоида вращения с максимальным радиусом в середине пролета, который называют зоной Френеля. Естественные (земля, холмы, деревья) и искусственные (здания, столбы) преграды, попадающие в это пространство, ослабляют сигнал.
Радиус первой зоны Френеля над предполагаемой преградой может быть рассчитан с помощью формулы:
, где R — радиус зоны Френеля (м); S, D — расстояние от антенн до самой высшей точки предполагаемого препятствия (км); f — частота (ГГц).
Обычно блокирование 20% зоны Френеля вносит незначительное затухание в канал. При блокировании свыше 40% затухание сигнала будет уже значительным, следует избегать попадания препятствий на пути распространения.
Этот расчет сделан в предположении, что земля плоская. Он не учитывает кривизну земной поверхности.
Мощность передатчика можно найти в технических характеристиках оборудования. Если указана в mW, то используйте таблицу перевода mW в dBm
Потери в фидере зависят от его длины и частоты передаваемого сигнала. Можно рассчитать в профильных программах или онлайн-калькуляторах
Потери в ВЧ разъемах обычно составляют не более 0.5 — 1dB коннектор
Для устойчивой работы лучше установить хорошие антенны, а не повышать мощность передатчика
Зависимость чувствительности от скорости передачи данных
Для каждой скорости приемник имеет определенную чувствительность. Для небольших скоростей (например, 1-2 Мегабита) чувствительность наименьшая: от -90 дБмВт до -94 дБмВт. Для высоких скоростей чувствительность намного выше. В качестве примера в таблице выше приведены несколько характеристик обычных точек доступа 802.11a,b,g.
FSL вычисляется по формуле:
где SOM(System Operating Margin) — запас в энергетике радиосвязи (дБ). Учитывает возможные факторы, отрицательно влияющие на дальность связи, такие как:
— температурный дрейф чувствительности приемника и выходной мощности передатчика;
— всевозможные атмосферные явления: туман, снег, дождь;
— рассогласование антенны, приемника, передатчика с антенно-фидерным трактом.
Параметр SOM обычно берется равным 10 дБ. Считается, что 10-децибельный запас по усилению достаточен для инженерного расчета.
Центральная частота канала F берется из таблицы ниже:
Вычисление центральной частоты
Практические работы / Практическая работа №7 ПДБС
Ознакомиться со стандартами IEEE 802.11 и используемыми диапазонами частот. Научиться определять дальность работы канала связи 802.11 в зависимости от требуемой скорости передачи и используемого частотного канала.
1. Для технологии 802.11g (2,4 ГГц) для каждого из заданных 20 МГц каналов рассчитать дальности работы для всех возможных скоростей передачи
Pmin_2_4 = np.array ([—87, —86, —85, —83, —80, —76, —71, —66])
Pmin_5 = np.array([—96, —95, —92, —90, —86, —83, —77, —74])
D_2_4_1 = np.zeros(8,)
for i in range(8):
Y = Pt + Gt + Gr — Pmin_2_4[i]
D_2_4_1[i] = (10**((((FSL—33)/20))—math.log10(F1)))*1000
Получаем следующие значения:
D_2_4_2 = np.zeros(8,)
for i2 in range(8):
Y = Pt + Gt + Gr — Pmin_2_4[i2]
D_2_4_2[i2] = (10**((((FSL—33)/20))—math.log10(F2)))*1000
Получаем следующие значения:
2. Для технологии 802.11n (5 ГГц) для каждого из заданных 40 МГц каналов рассчитать дальности работы для всех возможных скоростей передачи
D_5_1 = np.zeros(8,)
for i3 in range(8):
Y = Pt + Gt + Gr — Pmin_5[i3]
D_5_1[i3] = (10**((((FSL—33)/20))—math.log10(F3)))*1000
Получаем следующие значения:
D_5_2 = np.zeros(8,)
for i4 in range(8):
Y = Pt + Gt + Gr — Pmin_5[i4]
D_5_2[i4] = (10**((((FSL—33)/20))—math.log10(F4)))*1000
Получаем следующие значения:
3. По полученным значениям дальности построить графики зависимости расстояния передачи от скорости передачи. Все четыре графика должны быть построены на одной плоскости координат.
Рисунок 1. Графики зависимости расстояния передачи от скорости передачи.
С увеличением скорости, расстояние передачи уменьшается