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.
Расчет параметров сети WiFi
Допустим в паспорте выбранной вами точки доступа написано, что она может работать на скорости 150 Мбит/сек.
Эту скорость принято делить на два — именно такая скорость как правило будет в реальной среде.
То есть остается 75 Мбит/сек.
Допустим в вашем офисе эта точка доступа будет обслуживать 10 беспроводных рабочих станций (т.е. 10 абонентов) берем еще +20% на случай, если кто-то забежит со своим IPad’ом, итого = 12
Получается, что при загрузке сети, реальная скорость для каждого абонента будет составлять 75/12 = 6,25 Мбит/сек.
Такой расчет необходимо произвести для каждой точки доступа на этаже.
2) Необходимо определить суммарное усиление системы (2)
— мощность передатчика, дБмВт (Берется из паспорта, выбранной вами точки доступа)
— коэффициент усиления передающей антенны, дБи (Берется из паспорта, выбранной вами точки доступа)
— коэффициент усиления приемной антенны, дБи (Берется из паспорта, выбранной вами встроенной беспроводной сетевой карте абонента)
— чувствительность приемника на данной скорости, дБмВт (определяется из таблицы ниже)
— потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах передающего тракта, дБ (эти значения как правило стандартизированы, предлогаю вам найти их самостоятельно);
— потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах приемного тракта, дБ (эти значения как правило стандартизированы, предлогаю вам найти их самостоятельно);
. Расчет необходимо произвести для каждого абонента и каждой точки доступа.
3) Учет Margin — запаса в энергетике радиосвязи
Смысл Margin (запаса) заключается в следующем: у вас есть мощность системы связи и этот запас можно «тратить» на дальность распространения сигнала. Но всю мощность системы тратить нельзя, потому-что если некоторые факторы, которые отнимают полезную мощность, в таким факторам относится: температурный дрейф чувствительности приемника, или плохая видимость (туман, снег, дождь), или СТЕНА, или рассогласование антенны приемника и передатчика с антенно-фидерным трактом.
Margin можно объяснить так:
1) Представьте, что человек херачит на скутере по воде.
2) Он выключает мотор, но у него остается запас мощности который позволяет ему проехать еще какое-то расстояние, и нам надо узнать это расстояние
3) Margin — запас, в данном случае это та, часть мощности которая НУ ПАЛЮБОМУ тратится, а тратится она на сопротивление воды, встречный ветер и т.д.
4) В Margin также учитываю те факторы, которые периодически появляются. Допустим если радиосигнал распространяется в тумане, то он теряет часть мощности, и его нужно отобразить в запасе Margin. Это как если бы чувак на скутере наехал на дельфина и потерял часть мощности.
Margin в радиосвязи = потери в тумане + потери на препятствиях + тепловой шум + рассогласование и .тд.
Margin при езде на скутере = трение с водой + встречный ветер + наезд на дельфина
Поэтому в конечном итоге мощность сигнала Sl (Space loss) — потери в пространстве будет рассчитано как
В курсовом проекте укажите какие факторы, влияющие на Margin вы бы учли и чему равно их значение (google в помощь). p.s.: Margin Берется порядка 10 дБ.
В результате выполнения этого пункта вы должны предоставить таблицу со значениями для каждой станции
4) Расчет параметров сети Wi—Fi
Для каждой установленной точки доступа рассчитайте потерю мощности сигнала в свободном пространстве (1). Расчет производится для одного этажа, т.к. планировка этажей и количество абонентов на них выбирается примерно одинаковым.
— расстояние от точки доступа в километрах
— частота радиоканала в мегагерцах (учитывать планирование радиочастот, проведенное ранее!)
— коэффициент, зависящий от типа помещения, количества препятствий и их материала. В курсовой чтобы упростить жизнь, берем n равное среднему количеству стен от точки доступа до абонента.
Вы должны подобрать такое значение 
— радиуса распространения сигнала точки доступа, чтобы соблюдалось условие 
. Ну это же логично, что запас мощности сигнала должен быть больше чем потери.
5) Составить карту этажа на которой указать радиусы действия сигнала от всех точек доступа.
«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