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.
- Всенаправленные антенны – устанавливаются на все дешёвые роутеры и имеют полный радиус действия на все 360 градусов;
- Секторные – такие антенны имеют пучок радиоволны с углом от 60 до 120 градусов;
- Узконаправленные – угол от 3 до 8 градусов.
Для устойчивой работы лучше установить хорошие антенны, а не повышать мощность передатчика.
Мощность передатчика Wi-Fi роутера: что такое dBm, mW, -dBm и dBi?
Всем привет! Сегодня мы пообщаемся о мощности передатчика WiFi роутера. Зачастую при выборе маршрутизатора производители могут писать два значения: mW и dBm. Причем разные производители пишут по-разному. Перевести одно значение в другое достаточно просто, и в интернете есть много калькуляторов. Можно просмотреть зависимость этих двух величин в таблице ниже.
Как видите, чем больше мощность в dBm, тем больше прирост в мВт. Например, если мы увеличим мощность всего на десять dBm, то и мВт вырастет в 10 раз. Но если показатель первого значения будет 20, то прирост второго уже будет 100.
Тут сразу встает вопрос: а если увеличить этот показатель в роутере, он будет бить дальше и лучше? И да, и нет. Дело в том, что расстояние, на которое будет бить луч радиоволны, действительно будет лететь дальше, но это только на открытом пространстве без массивных препятствий.
Именно поэтому если выкрутить на максимальную мощность, можно навредить своей же сети. Сигнал будет настолько сильный, что начнет частично отражаться от препятствий и создавать себе помехи. Также он будет создавать помехи соседским роутерам. Если разность мощности приёмника и передатчика будут слишком велики, то это может повлиять на чистоту передачи данных.
Чувствительность приёмника
Этот показатель напрямую влияет на качество связи, как и мощность. Чувствительность, если говорить простым языком — это показатель, при котором приёмник может расшифровать слабый сигнал. Если чувствительность низкая, то приемник относительно слабый сигнал с шумами просто не сможет прочитать.
В результате роутеру придётся отправлять сигнал повторно. Тут нужно также брать во внимание шумы, естественное затухание, а также затухание от препятствий. К ним относятся стены, металлические конструкции и зеркала, которые могут полностью тушить сигнал. Чувствительность обычно имеет обозначение в -dBm и в программах пишется по-английски – RX Power. Там нужно смотреть на значение, и чем оно меньше (с учетом знака минуса), тем хуже связь (так как весь смысл этой истории в том, насколько слабым может быть сигнал на приемнике). Например, -30 dBm в несколько раз лучше чем -85 dBm.
Некоторые зададутся вопросом, а почему здесь стоит знак минус. Дело в том, что данная величина измеряется относительно мощности, но в отрицательном значении. Например, если мы увеличим мощность, то значение чувствительности увеличится, но в отрицательную сторону – как на картинке ниже.
Но если вы когда-нибудь встретитесь с таблицами чувствительности и мощности маршрутизаторов, то вы можете заметить, что чувствительность будет расти со скоростью передачи данных. Чем выше чувствительность (учитывая знак минус), тем лучше связь и больше скорость. Давайте взглянем на пример таблицы снизу.
Также вы можете заметить три буквы MCS, которые при расшифровке обозначают «Modulation and Coding Scheme». Если перевести дословно, то получится: «Кодированный схема с использованием модуляции». В общем, это один из вариантов увеличить скорости передачи данных, когда на частоту радиоволны накладывается информационный сигнал. При этом может использоваться несколько антенн или для увеличения скорости более широкий канал.
Например, большинство роутеров работают с MCS 15 на стандарте 802.11n. При этом чувствительность -75 dBm, а мощность 23 dBm. Скорость передачи данных может варьироваться от ширины канала. Если ширина будет 20 МГц, то скорость будет 150 Мбит в секунду. При задействовании ширины канала в 40 МГц скорость пропорционально вырастает в два раза.
Ширина канала
И тут к нам приходит новое понятие – ширина канала. Если вы когда-нибудь настраивали роутер, то могли заметить в разделе «Wi-Fi» такое понятие. Чаще всего на частоте 2.4 ГГц ширина одного канала равняется 20-40 МГц. Многие маршрутизаторы могут сразу работать с двумя полосами, автоматически их меняя.
Если говорить просто – то ширина канала даёт возможность передавать за раз определенное количество информации. Это как дорога – на однополосной дороге при постоянном движении может проехать не так много машин. Но если добавить ещё несколько полос, то поток машин будет увеличен. И тут так же.
Выше представлены варианты ширины канала для частоты 5 ГГц: 20, 40, 80, 160 Mhz. Скорость передачи, как вы уже поняли, сильно вырастает, но при этом вырастает и шумность полосы. То есть приёмник будет ловить все шумы на всех каналах, что может сказаться на скорости.
Например, если у вас очень много соседей, которые сидят на 2.4 ГГц, то при использовании 40 МГц канала, можно ловить сигналы и от них. Проблемой 2.4 ГГц является распространенность этого стандарта, так как на нём сидят почти все, а также маленькое количество каналов: всего 11. А при использовании ширины канала в 40 МГц, приёмник может начать ловить помехи от соседних каналов.
Посмотрите на картинку выше, где используется ширина канала в 20 МГц. Если мы будем использовать 40 МГц, то дуга будет покрывать почти 6 каналов. А если на этих каналах сидят соседи, то связь будет хуже, будут лаги, прерывания, потери пакетов и в результате – падение скорости.
Коэффициент усиления антенны
КУА не измеряется в мощности, так как не может потреблять электроэнергию, но в качестве параметра используется dBi. Но при этом, как ни странно, КУ можно увеличить, за счет уменьшения радиуса покрытия одного луча. Расскажу на примере лампочки. Если мы включим лампочку, то она будет рассеивать свет во все стороны.
Теперь мы берём лампочку и вкручиваем в фонарик, который начинает за счет стенок отражать пучок в одну сторону. Если мы сузим выходное отверстие, то луч будет бить дальше, но радиус окружности самого освещения будет меньше. А если отверстие сделать ещё меньше, то получится лазер, который сможет бить ещё дальше.
Сила всего передатчика, в нашем случае роутера, будет складываться от мощности (dBm) и усиления антенны (dBi). В результате мы получим dBm. Например, для улучшения сигнала в дорогих роутерах используется несколько антенн. Каждая такая антенна имеет увеличенный коэффициент усиления. Но как вы уже знаете, при это падает диапазон покрытия. Именно поэтому таких антенн ставится несколько.
Разделяют несколько видов:
Чаще всего узконаправленные используют для построения вай-фай моста на несколько километров. В таком случае на пути не должно быть почти никаких препятствий, а две антенны должны быть четко направлены друг на друга.
«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