###
  • Интернет
  • Программы
  • Игры
  • Проблемы
  • Windows
  • Социальные сети
  • Android
  • Ios

    • Расчет дистанции беспроводной связи. Что такое dBi, dBm

    30.07.2019 Программы и сервисы

    Для начинающих несколько слов о не понятных для многих единицах измерения принятых в антенной технике и радиотехнике высоких частот.

      dBm (дБм). Иногда удобно какую либо величину принять за эталон (нулевой уровень) и относительно ее измерять уровень уже в децибелах. Так, если принять за нулевой уровень - 1мВт и относительно его измерять мощность по логарифмической децибельной шкале, то появляется такая единица измерения как дБм(1мВт = 0 дБм). Она уже имеет вполне весомый физический смысл, в отличии от безличных децибелов, dBm - это мера мощности. В ней измеряют уровень слабых сигналов (в том же «палкомере» модема), чувствительность приемников, мощность передатчиков и т.п. Например уровень в 50 мкВ на 50-омном входе приемника соответствует уровню мощности 5·10 -8 мВт или -73 дБм. Измерять чувствительность в единицах мощности более удобно, чем в единицах напряжения, так так нам приходится иметь дело с сигналами разной формы, в том числе шумовыми. К тому же, мы избавляемся от необходимости каждый раз уточнять, каково входное сопротивление приемника. Например, пороговая мощность большинства "свистков", при которой они еще коннектятся с базовой станцией около -110 dBm. Мощность передатчика тоже можно измерять в dBm. Например мощность Wi Fi роутера в 100 мВт равна 20 dbm. Можно воспользоваться нашим онлайн калькулятором для перевода мВт в дБм и обратно . Во многих устройствах вы обнаружите уровень сигнала в asu . Это еще одна единица измерения уровня сигнала, призваная вогнать в ступор анонима своей непонятностью. Расшифровывается - "Arbitrary Strength Unit" - усредненная единица уровня сигнала. Дело в том, что в разных диапазонах мы используем каналы с разной модуляцией, разной полосой частот и т.п. Поэтому равные dBm в 3G и 4G - не эквивалентны одинаковой чувствительности по отношению сигнал/шум в канале. Чтобы привести чувствительность к единому знаменателю придумали asu . Связь между asu и dBm для разных диапазонов следующая:

      • GSM : dBm = 2 × ASU - 113 , ASU в диапазоне значений 0..31 и 99 (сеть не определена).
      • UMTS : dBm = ASU - 116 , ASU в диапазоне значений -5..91 и 255 (сеть не определена).
      • LTE : (ASU - 141) ≤ dBm < (ASU - 140)

    • dBi (дБи). Единица измерения усиления антенн относительно «эталонной» антенны. За такую эталонную антенну принят так называемый изотропный излучатель - идеальная антенна, диаграмма направленности которой представляет собой сферу, коэффициент усиления которой равен единице и КПД которой равен 100%. Излучение сигнала таким излучателем происходит с равномерной интенсивностью во все стороны. Такой антенны в природе не существует, это виртуальный объект, однако, очень удобный в качестве эталона для измерения параметров реальных антенн. Существует еще одна единица: dBd - здесь за эталон принят полуволновой диполь. Однако, использование dBi предпочтительнее, т.к. в этом случае проще расчет энергетического баланса трассы радиосвязи. dBi - это относительная единица, ничем по сути от простого децибела не отличима, кроме определения эталона, относительно которого и идет отсчет. Принципиальной разницы между dBi и dBd нет - усиление в dBi = усилению в dBd + 2.15 dB . В старых радиолюбительских книжках и журналах усиление антенн измеряют просто в децибелах. В этом случае чаще всего имеется ввиду усиление относительно полуволнового вибратора, т.е. оно эквивалентно dBd . Измерение относительно изотропного излучателя изначально использовалось только в США, но в последнее время распространилось во всем мире, поэтому во избежании путаницы сейчас, если речь идет об усилении антенны, правилом хорошего тона считается использование децибела с суффиксом - dBi или dBd.

    В принципе за «нулевой уровень» можно принять любую величину. Так на свет появляются такие звери как "дБмкВ" (напряжение - отношение к одному микровольту), "дБВт" (мощность - отношение к одному ватту). В акустике за нулевой уровень звука принято звуковое давление 2·10 -5 Па - порог слышимости. При этом там не стали заморачиваться с довеском к «дБ», а прямо так и измеряют уровень звука в децибелах. Так сложилось исторически, потому что децибелы впервые применялись именно в области акустики. Но надо иметь ввиду - это как бы не «чистые» относительные децибелы, а «звуковые» - абсолютные. Например, шум реактивного самолета с расстояния 25 м равен 140 дБ, а 0 дБ - это порог слышимости. Часто можно встретить единицу под именем dBA . Она специально придумана для измерений интенсивности шумов. Величина дБА - уровень звукового давления, измеренный в "звуковых" децибелах при помощи шумомера, содержащего корректирующую цепочку, имитирующую чувствительность человеческого уха, что дает возможность получать отсчеты более соответствующие реальной слышимости шума.

    Вообще, люди начали использовать децибелы для измерения различных вещей не просто так. Еще в XIX веке психофизиологами Эрнстом Вебером и Густавом Фехнером было установлено, что “сила ощущения p пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя S”. Это относится к звуку, освещенности, тактильным ощущениям.
    В технике проводной связи используют другую единицу - Непер. Неперы определяются не через десятичный, а через натуральный логарифм. Может это и правильнее, ведь многие законы природы основаны на числе Эйлера, которое является основанием натурального логарифма. Но все-таки мы пользуемся децибелами. (1 непер = 8,686 дБ)

    При расчетах все эти dB, dBi, dBm по сути своей все являются децибелами, т.е. суммируются (если усиление) или вычитаются (если затухание), но dBm имеет приоритет как мера мощности сигнала. Например:

    Уровень на входе приемника(dBm) = Мощность передатчика(dBm) + Усиление антенн(dBi) - Ослабление сигнала(dB)

    Неискушенный аноним обычно теряется при виде такого изобилия разновидностей децибел. Но затем приходит понимание, что это приносит упрощение в расчетах. Например в расчете дальности связи Wi-Fi . Многим трудно наглядно представить себе «децибельную» шкалу, особенно в отрицательной области. На самом деле это легко сделать по аналогии с привычным всем термометром. Чем выше мощность в dBm, тем «теплее» цифра. Другими словами -75dBm больше (выше по шкале, «теплее»), чем -95dBm. Более отрицательная цифра в параметре чувствительностии означает, что приемник способен принять более слабый (холодный) сигнал.

    Вот так оно все запутано в этом децибельном царстве. И напоследок... Имейте ввиду, что децибел и имбецил совершенно разные понятия.

      Каждый диапазон имеет свои характеристики. Так, диапазон 5 ГГц имеет меньшую площадь покрытия, но при этом большую пропускную способность по сравнению с 2.4 ГГц. В разных странах есть свои ограничения на использования частотного спектра и мощность передатчика. Так появились разные регуляторные домены. Вот основные из них:

      У производителя есть обязанность производить продукцию, подходящую под законодательство разных стран, то есть сертификацию в определенных регуляторных доменах.

      В диапазоне 5 ГГц есть три поддиапазона:

      1.Полоса 5150-5250 МГц имеет следующие каналы:

      2. Полоса 5250-5350 МГц имеет следующие каналы:

      3. Полоса 5650-5825 МГц имеет следующие каналы:

      149: 5745 МГц

      153: 5765 МГц

      157: 5785 МГц

      161: 5805 МГц

      1. Основные термины и величины

      дБ (dB) . Децибел – это логарифмическое отношение сигнала к условной единице. Например, в таблице ниже происходит сравнение с 1 Вт

      дБм (dBm) . Децибел милиВатт – это логарифмическое отношение сигнала к 1 мВт

      При увеличении мощности на 9 дБм зона покрытия для помещения увеличивается примерно в 2 раза. Соответственно, при уменьшении мощности на 9 дБм – уменьшается примерно в 2 раза.

      дБи (dBi) . Единица измерения усиления антенн относительно «эталонной» антенны. За такую эталонную антенну принят так называемый изотропный излучатель – идеальная антенна, диаграмма направленности которой представляет собой сферу, коэффициент усиления которой равен единице и КПД которой равен 100%.

      Суммарная излучаемая мощность равняется сумме мощности передатчика и усиления антенны.

      Отсюда возникает ответ на один из интересующих многих вопрос: почему Cisco Systems поставляет точки доступа в Россию с ограничением мощности в 18 дБм (63мВт). Ответ заключается вот в чем. Коэффициент усиления антенн варьируется от 2 (у встроенных антенн) до 6 дБи (у направленных внешних антенн). То есть результирующая выходная мощность будет от 20 дБм (100мВт) до 24дБм (250мВт).

      При планировании не следует забывать особенность излучателя клиентского устройства: как правило, мощность передатчика сетевой карты клиента не превышает 50мВт. Соответственно, клиентское устройство будет отлично «слышать», но при этом его мощности не хватит для того чтобы точка доступа его «услышала». Таким образом, в общем случае, выставление мощности у точки доступа более 50мВт (17 dBm) не желательно.

      Помимо мощности передатчика, в дБм так же измеряется и чувствительность приемника, значения будут отрицательными числами. Чувствительность приемника – это минимальный уровень сигнала, при котором связь будет еще установлена на минимальной скорости.

      RSSI (Received Signal Strength Indicatio) – это переведенное в целые числа (от 0 до 255) значения мощности принимаемого сигнала. Для каждого производителя перевод может осуществляться по-своему.

      SNR (Signal-to-Noise Ratio) - отношение уровня сигнала к уровню шума, в Дб. Как правило, отношение сигнал-шум должно не превышать 5 дБ для передачи данных и 25 дБ для передачи голоса.

      2. Радиочастотное планирование Wi-Fi

      При разворачивании беспроводной сети нет общего шаблона, все индивидуально в каждой инсталляции. Однако есть набор основных правил, которых следует придерживаться. Ниже приведены основные вводные данные для радиочастотного планирования.

      При радиочастотном планировании следует учитывать следующие основные характеристики беспроводной сети:

      1. Выбор типа сети (передача данных, голоса или позиционирование)
      2. Плотность пользователей
      3. Требования к покрытию и скорости передачи данных
      4. Особенности клиентских устройств (мощности передатчика, поддерживаемые диапазоны и каналы, поддерживаемые скорости передачи данных)
      5. Требования к безопасности сети

      Эти характеристики могут быть выполнены при помощи манипулирования следующими физическим величинами:

      1. Диапазон (2.4 ГГц или 5ГГц)
      2. Используемые каналы выбранного диапазона
      3. Мощность передатчика
      4. Тип и коэффициент усиления антенны
      5. Разрешенные скорости передачи данных

      В диапазоне 5 ГГц большее число непересекающихся каналов и большая пропускная способность, но на данный момент не все клиентские устройства поддерживают этот диапазон. В диапазоне 2.4 ГГц имеется только 3 непересекающихся канала: 1, 6 и 11. Соответственно радиочастотное планирование должно быть проведено с учетом этого. Не следует размещать рядом две точки доступа, которые будут работать на одной и той же частоте, это приведет к высокому значению сигнал-шум. В местах высокой плотности пользователей (например, конференц-зал) можно установить до трех точек доступа в целях повышения пропускной способности сети, они будут работать на разных каналах и не мешать друг другу. Следует заметить, что радиус зоны покрытия в диапазоне 5 ГГц существенно меньше чем в диапазоне 2.4 ГГц.

      Для сети передачи данных необходимо определить минимальную скорость передачи данных на краях зоны покрытия и производить планирование сети с учетом этих данных. Так, например для одного и того же офиса может понадобится 6 точек доступа, чтобы покрыть со скоростью не ниже чем 11Мбит/с и 12 точек доступа чтобы покрыть со скоростью не ниже 24 Мбит/с. Если же необходимо ограничить радиус действия точки доступа, но при этом не уменьшать мощность и не проиграть в скорости, можно запретить ряд скоростей, например, с 1 по 11 Мбит/с на контроллере. Тогда на границах сети скорость будет не меньше 11 Мбит/с.

      Для голосовой сети необходимо перекрытие зон покрытия соседних точек доступа не менее чем 15-20 процентов при уровне сигнала не ниже чем -67дБм, это обеспечит непрерывную связь во время роуминга. При этом рекомендуемые значения мощности точек доступа лежат в диапазоне 35-50 мВт.

      Для систем позиционирования применяется более сложный подход к построению сети, так как здесь за основу берется не оптимальное радиопокрытие, а оптимальное расположение точек доступа.

      Антенны позволяют увеличить дальность связи, не прибегая к увеличению мощности передатчика точки доступа, а так же передатчика клиента. Таким образом, если есть задача покрытия достаточно большого пространства или длинного коридора с низкой плотностью пользователей, можно воспользоваться внешними антеннами с большим коэффициентом усиления, как направленными (для коридоров) так и всенаправленными (для больших помещений).

      Важно помнить, что следует планировать расстановку точек доступа с тем условием, что не рекомендуется одновременное подключение к одной точек доступа более 25 клиентов. В случае большой плотности клиентов или требований к высокой пропускной способности необходимо уменьшать мощность передатчиков и более плотно устанавливать точки доступа.

      3. Настройки радио интерфейса в WLC

      Переходим к практической части.

      На вкладке WIRELESS, меню 802.11b/g/n, пункт Network можно разрешить, запретить и сделать обязательными скорости передачи данных. В случае, когда необходимо ограничить радиус действия сети, которая бы не выходила за пределы офиса, можно запретить ряд низких скоростей, как на примере ниже.

      На вкладке WIRELESS, меню 802.11b/g/n, пункт TCP можно задать минимальную, максимальную мощность передатчика в случае если установлена автоматическая настройка мощности. А так же можно изменить параметр Power Threshold, который участвует в расчетах мощности передачи точки доступа. Параметр Power Threshold задает максимальный уровень мощности, при котором точки доступа могут слушать друг друга на пересекающихся каналах от трех точек доступа. Соответственно, мощность точки доступа будет увеличиваться до тех пор, пока не услышит соседа с мощностью, которая задана в параметре Power Threshold. Это сделано из соображений построения максимально большой зоны покрытия при оптимальном соотношения сигнал/шум.

      На вкладке WIRELWSS, меню 802.11b/g/n, пункт DCA можно управлять автоматическим назначением каналов. При аккуратном планировании и не больших размерах сети можно назначить каналы вручную, на точках доступа. При больших размерах сети гораздо удобнее возложить эту задачу на контроллер. На рисунке ниже показано что авто выбор каналов происходит каждые 10 минут, а список доступных каналов: 1, 6 и 11. Не стоит забывать включать технологию CleanAir, которая будет автоматически перестраивать каналы на аппаратном уровне в случае интерференций с посторонними устройствами.

      Для диапазона 5 ГГц это будет выглядеть следующим образом. Здесь так же есть возможность выбора разрешенных для использования каналов. Например, это будет актуально для OUTDOOR решений, где есть ограничения на используемые каналы. Здесть рекомендуется обратиться к законодательной базе РФ для уточнения разрешений на используемые диапазоны и каналы.

      Заключение

      Увеличение мощности передатчика не всегда приведет к увеличению зоны покрытия по причине ограниченной мощности передатчика у клиента. Клиент будет видеть сеть, но не будет способен отправить пакеты точке доступа

      Установка антенны с бо льшим коэффициентом усиления увеличит зону покрытия

      Увеличение зоны покрытия, а так же числа клиентов в ней приводит к уменьшению емкости беспроводной сети

      Увеличение емкости беспроводной сети достигается уменьшением мощности и увеличением количества точек доступа (уменьшение размеров микро сот)

      Радиус покрытия в диапазоне 5 ГГц примерно в 2 раза меньше

      Ограничение дальности соты достигается при помощи запрета использования минимальных скоростей

      Увеличение количества SSID ведет к сильному уменьшению емкости сети. Например, 8 SSID будут занимать 50% емкости сети, в то время как 2 SSID – менее 10% емкости сети. Причина в том, что вещание SSID ведется на минимальных скоростях. В связи с этим не рекомендуется создавать большое количество SSID


    Чтобы было удобно производить расчеты, используется специальная единица измерения, называемая дБм (децибел-милливатт).

    Это очень простая единица измерения, она показывает, во сколько раз измеряемая мощность больше или меньше 1 милливатта. Покажем это в таблицах:

    Мощность выражена в дБм

    Мощность выражена в мВт

    1 милливатт

    Мощность равна 1 милливатту

    2 милливатта

    Мощность в 2 раза больше 1 милливатта

    5 милливатт

    Мощность в 5 раз больше 1 милливатта

    10 милливатт

    Мощность в 10 раз больше 1 милливатта

    50 милливатт

    Мощность в 50 раз больше 1 милливатта

    100 милливатт

    Мощность в 100 раз больше 1 милливатта

    500 милливатт

    Мощность в 500 раз больше 1 милливатта

    1000 милливатт

    Мощность в 1000 раз больше 1 милливатта

    Как вы увидели, ничего страшного в этой единице измерения нет, все просто. Прелесть децибела по сравнению с милливаттами - в замене умножения и деления на сложение и вычитания (в тех случаях, когда надо умножать или делить). Таких случаев много, поэтому измерение в децибелах часто удобно. К примеру, если сигнал мощностью 10 дБм был ослаблен на 4 дБ, то его мощность будет равна 6 дБм.

    Однако, есть расчеты, при которых уровни энергии надо именно складывать, а не умножать. Например, для расчета суммарной мощности группового сигнала на выходе мультиплексора нужно складывать уровни входящих сигналов, выраженных в милливаттах.

    В случае, когда мощность сигнала меньше 1 милливатта, величина в децибелах будет отрицательной:

    Мощность выражена в дБм

    Мощность выражена в мВт

    1 милливатт

    Мощность равна 1 милливатту

    0,5 милливатта

    Мощность в 2 раза меньше 1 милливатта

    0,2 милливатт

    Мощность в 5 раз меньше 1 милливатта

    0,1 милливатт

    Мощность в 10 раз меньше 1 милливатта

    0,02 милливатт (20 микроватт)

    Мощность в 50 раз меньше 1 милливатта

    0,01 милливатт (10 микроватт)

    Мощность в 100 раз меньше 1 милливатта

    0,002 милливатт (2 микроватта)

    Мощность в 500 раз меньше 1 милливатта

    0,001 милливатт (1 микроватт)

    Мощность в 1000 раз меньше 1 милливатта

    Обращаем ваше внимание - отрицательное значение мощности в децибелах не означает, что сама мощность отрицательна. Отрицательные децибелы означают, что измеряемый сигнал меньше опорного.

    Чтобы показать, как удобно пользоваться децибел-милливаттом, мы решим простую задачу в дБм и в разах.

    Условия :

    Оптический сигнал мощностью 7,4 дБм подан в линию, которая вносит затухание в 4,8 дБ. Определите, может ли уверенно работать линия связи с чувствительностью приемника 1,4 дБм?

    Условия :

    Оптический сигнал мощностью 5,5 мВт подан в линию, которая вносит затухание в 3 раза. Определите, может ли уверенно работать линия связи с чувствительностью приемника 1,5 мВт?

    7,4 (мощность) - 4,8 (затухание) = 2,6 (выходная мощность)

    Так как выходная мощность 2,6 дБм больше чем чувствительность 1,4 дБм то работать будет.

    5,5 / 3 = ........ не хочется лезть за калькулятором, проще было с дБм посчитать в уме.

    Как вы видите, считать мощности в децибел-милливаттах проще и удобнее, в большинстве случаев простые задачи можно решить в уме. В сложных задачах удобство заключается в том, что операции сложения и вычитания не дают большого количества знаков после запятой, а в операциях деления они возникают постоянно, это неудобно.

    С сфере оптических линиях связи все мощности указываются в дБм. Теперь мы готовы рассказать, что такое оптический бюджет модуля.

    Оптический бюджет - это величина затухания в линии, при которой сигнал еще достаточно мощный, чтобы приемник модуля мог его принять без ошибок.

    Бюджет оптического модуля = мощности передатчика - чувствительность приемника.

    Обе эти величины можно легко найти в спецификациях на оборудование. Например, на странице, модуля MT-PP-55192-ZR есть подробная спецификация. Приведем вырезки из нее.

    Как вы видите, мощность передатчика этого модуля может варьироваться от 0 до +4 дБм. Любой модуль MT-PP-55192-ZR на заводе признается годным, если результат измерения находится в этих пределах.

    Если мощность модуля ниже, к примеру -1 или -2 дБм, то такой модуль ModulTech бракуется, этикетка ModulTech на такой модуль не наклеивается. Мы очень надеемся, что такой модуль не попадает на российский рынок под каким-либо другим брендом, хотя в нашей практике были случаи, которые наводят на такие мысли.

    Чувствительность приемника также указана в спецификации. Для этого модуля она равна -24 дБм.В результате:

    Гарантированный бюджет модуля = 0 (мощность передатчика) - (-24) (чувствительность приемника) = 24 дБ.

    Если ваша оптическая линия имеет общее затухание менее 24 дБ, то работать модуль MT-PP-55192-ZR на такой линии будет. Если затухание линии имеет затухание более 24дБ, то этот модуль на такой линии может не заработать или работать с ошибками.

    Как и в нашей предыдущей статье, мы приведем таблицу бюджетов разных трансиверов, чтобы читатель смог получить общее представления об этом параметре.

    Трансивер 1G

    Бюджет трансивера в дБ

    Предельное затухание сигнала (разы)

    Для многих, кто только начинает свое знакомство с WiFi, технические параметры беспроводного оборудования могут казаться не совсем понятными. Особенно, если спецификация - на английском языке, как в случае MikroTik, Ubiquiti и других вендоров.

    Попробуем рассмотреть некоторые наиболее важные параметры - что они означают, на что влияют, в каких случаях и на какие нужно обращать внимание.

    Мощность передатчика (Tx Power, Output Power)

    Разные единицы измерения . Некоторые производители указывают мощность в mW, некоторые - в dBm. Перевести dBm в mW и наоборот, не забивая себе голову формулами перерасчета, можно с помощью .

    Стоит заметить, что зависимость между этими двумя представлениями мощности - нелинейная. Это легко увидеть при сравнении готовых значений в таблице соответствий, которая расположена на той же странице, где и вышеприведенный калькулятор:

    • Увеличение мощности на 3 dBm дает прирост в мВт в 2 раза .
    • Увеличение мощности на 10 dBm дает прирост в мВт в 10 раз .
    • Увеличение мощности на 20 dBm дает прирост в мВт в 100 раз .

    Т. е., уменьшив или увеличив мощность в настройках "всего лишь" на 3 дБм, мы фактически понижаем или повышаем ее в 2 раза.

    Чем больше, тем лучше? Теоретически, существует прямая зависимость - чем больше мощность, тем лучше, дальше "бьет" сигнал, тем больше пропускная способность (объем передаваемых данных). Для магистральных каналов точка-точка с направленными антеннами, поднимаемых на открытых пространствах, это действует. Однако во многих других случаях не все так прямолинейно.

    • Помехи в городе . Выкрученная на максимум мощность может скорее повредить, чем помочь в городских условиях. Слишком сильный сигнал, переотражаясь от многочисленных препятствий, создает массу помех, и в итоге сводит на нет все преимущества большой мощности.
    • Засорение эфира. Неоправданно мощный сигнал "забивает" канал передачи и создает помехи для других участников WiFi-движения.
    • Синхронизация с маломощными устройствами. Снижать TX Power может быть необходимо при соединении с маломощными устройствами. Для хорошего качества соединения, особенно двусторонне ёмкого трафика, такого как интерактивные приложения, онлайн-игры и т. д. нужно добиваться симметрии скорости для входящих и исходящих данных. Если же разница в мощности сигнала между передающим и принимающим устройствами будет значительна, это скажется на соединении не лучшим образом.

    Мощности должно быть ровно столько, сколько необходимо. Даже при советуется сначала сбросить мощность до минимума и постепенно повышать, добиваясь наилучшего качества сигнала. При этом помните о нелинейной зависимости между мощностью, выраженной в дБм и фактической энергетической мощностью, о чем мы говорили в начале статьи.

    Важно также учитывать, что дальность и скорость зависят не только от мощности, но и от КУ (коэффициента усиления) антенны, чувствительности приемника и т. д.

    Чувствительность приемника (Sensitivity, Rx Power)

    Чувствительность приемника WiFi - это минимальный уровень входящего сигнала, который способно принять устройство. От этой величины зависит, насколько слабые сигналы приемник сможет расшифровать (демодулировать).

    Соответственно этому можно подобрать оборудование для условий, в которых вы хотите поднять беспроводное соединение.

    "Слабый" в данном случае не обязательно - "недостаточно мощный". Слабым сигнал может быть как в результате естественного затухания при передаче на дальнее расстояние (чем дальше от источника - тем слабее уровень сигнала), поглощения преградами, так и в результате плохого (низкого) соотношения сигнал/шум. Последнее важно, так как высокий уровень шума заглушает, искажает основной сигнал, вплоть до того, что принимающее устройство не сможет его "выделить" из общего потока и расшифровать.

    Чувствительность (RX Power) - это второй важный фактор, влияющий на дальность связи и скорость передачи. Чем абсолютное значение чувствительности больше, тем лучше (например, чувствительность в -60 dbm хуже, чем -90 dBm).

    Почему чувствительность отображается со знаком минус? Чувствительность определяется подобно мощности в dBm, но со знаком минус. Причина этого - в определении dBm как единицы измерения. Это относительная величина, и отправной точкой для нее служит 1 мВт. 0 дБм = 1 мВт. Причем соотношения и шкала этих величин устроены своеобразным образом: при увеличении мощности в мВт в несколько раз, мощность в дБм растет на несколько единиц (аналогично мощности).

    • Мощность радиопередатчиков больше, чем 1 мВт, поэтому выражается в положительных величинах.
    • Чувствительность радиопередатчиков, или точнее - уровень входящего сигнала, всегда намного меньше 1 мВт, поэтому ее принято выражать в отрицательных величинах.

    Представлять чувствительность в в мВт просто-напросто неудобно, так как там будут фигурировать такие цифры, как 0.00000005 мВт, к примеру. А при выражении чувствительности в dBm мы видим более понятные -73 dbm, -60dBm.


    Чувствительность - неоднозначный параметр в характеристиках точек доступа, роутеров, и т. п. (впрочем, как и мощность, на самом деле). В реальности он зависит от скорости передачи сигнала и в характеристиках оборудования обычно указан не одной цифрой, а целой таблицей:

    На скриншоте из спецификации перечислены различные параметры передачи сигнала WiFi (MCS0, MCS1 и т. д.) и то, какую мощность и чувствительность сигнала показывает устройство с ними.

    Здесь мы упираемся в еще один вопрос - что означают все эти аббревиатуры (MCS0, MCS1, 64-QAM и т. д.) в спецификациях , и как нам все-таки с их помощью определить чувствительность точки?

    Что такое MCS (Modulation and Coding Scheme)?

    MCS в переводе с английского расшифровывается как "модуляции и схемы кодирования". В обиходе его иногда называют просто "модуляции", хотя в отношении MCS это не совсем верно.

    Для согласования пространственных потоков между различными устройствами и повышения эффективности передачи в радиотехнике уже довольно давно используются модуляции сигнала. Модуляция - это когда на несущую частоту накладывается сигнал с информацией, видоизмененный определенным образом (шифрование, изменение амплитуды, фазы и т. д.).


    В результате получается модулированный сигнал. Со временем изобретаются все новые, более эффективные методы модуляции.

    Но MCS-индекс, который устанавливается стандартами IEEE, означает не просто модуляцию сигнала, а совокупность параметров его передачи:

    • тип модуляции,
    • скорость кодирования информации,
    • количество использованных при передаче пространственных потоков (антенн),
    • ширину канала при передаче,
    • длительность защитного интервала.

    Результатом является определенная канальная скорость, получаемая при передаче сигнала с учетом каждой из таких совокупностей.

    Например, если мы выберем из вышеприведенной спецификации лучшее сочетание мощности (26 dBm) и чувствительности (-96 dBm) - это MCS0.

    Заглянем в таблицу соответствия, и посмотрим, что за параметры передачи у MCS0. Прямо скажем, грустные параметры:

    • 1 антенна (1 пространственный поток)
    • Скорость передачи от 6,5 Мбит/сек на канале 20 МГц до 15 Мбит/сек на канале 40 МГц.

    То есть вышеуказанную мощность и чувствительность сигнала точка дает только на таких низких скоростях.

    При определении чувствительности (да и мощности) нам лучше ориентироваться на индексы MCS в спецификации (datasheet) с более эффективными, стандартными параметрами передачи.

    Например, в той же спецификации на Nanobeam возьмем MCS15: мощность 23 dBm, чувствительность -75 dBm. В таблице этому индексу соответствует 2 пространственных потока (2 антенны) и скорость от 130 Мбит/сек на канале 20 МГц до 300 Мбит/сек на 40 МГц.

    Собственно, именно на этих параметрах (2 антенны, 20 МГц, 130/144.4 Мбит/сек) в большинстве случаев и работает Nanobeam (MCS15 в поле Max Tx Rate в AirOS обычно выставлено по умолчанию).

    Таким образом, стандартная, то есть используемая чаще всего, чувствительность : -75 dBm.

    Однако следует учесть то, что иногда нужнее как раз не высокая скорость, а стабильность линка, или дальность, в этих случаях в настройках можно изменить модуляцию на MCS0 и другие низкие канальные скорости.

    Таблицу MCS-индексов (или таблицу скоростей, как ее иногда называют) также используют для обратного поиска: просчитывают, какой скорости можно добиться на определенной мощности и чувствительности .

    Ширина полосы (Channel Sizes)

    В WiFi для передачи данных используется разделение всей частоты на каналы. Это позволяет упорядочить распределение радиочастотного эфира между разными устройствами - каждое оборудование может выбрать для работы менее зашумленный канал.

    Упрощенно такое разделение можно сравнить с шоссе. Представьте, что было бы, если вся дорога была одной сплошной полосой (пусть даже односторонней) с потоком машин. А вот 3-4 полосы уже вносят определенный порядок в движение.

    Складываем и делим. Стандартная ширина канала в WiFi - 20 МГц. Начиная с 802.11n была предложена и регламентирована возможность объединения каналов. Берем 2 канала по 20 МГц и получаем 1 на 40 МГц. Для чего? Для увеличения скорости и пропускной способности. Шире полоса - больше данных можно передать.


    Недостаток широких каналов: больше помех и меньшее расстояние передачи данных.

    Существует также обратная модификация каналов производителями: уменьшение их ширины: 5, 10 МГц. Узкие каналы дают большую дальность передачи, но меньшую скорость.

    Модифицированная ширина канала (уменьшенная или увеличенная) и есть ширина полосы .

    На что влияет: на пропускную способность и "дальнобойность" сигнала, наличие нескольких полос - на возможность тонкой подстройки этих характеристик.

    Усиление антенны (Gain)

    Это еще один важный параметр, который влияет на дальность сигнала и пропускную способность.


    сайт

    Сейчас многие покупают точки доступа 802.11n, но хороших скоростей достичь удается не всем. В этом посте поговорим о не очень очевидных мелких нюансах, которые могут ощутимо улучшить (или ухудшить) работу Wi-Fi. Всё описанное ниже применимо как к домашним Wi-Fi-роутерам со стандартными и продвинутыми (DD-WRT & Co.) прошивками, так и к корпоративным железкам и сетям. Поэтому, в качестве примера возьмем «домашнюю» тему, как более родную и близкую к телу. Ибо даже самые администые из админов и инженеристые из инженеров живут в многоквартирных домах (или поселках с достаточной плотностью соседей), и всем хочется быстрого и надежного Wi-Fi.
    [Внимание!]: после замечаний касательно публикации статья выложена в полном виде . Эта статья оставлена для примера того, как публиковать не надо. Извините за беспорядок:)

    1. Как жить хорошо самому и не мешать соседям.

    Казалось бы – чего уж там? Выкрутил точку на полную мощность, получил максимально возможное покрытие – и радуйся. А теперь давайте подумаем: не только сигнал точки доступа должен достичь клиента, но и сигнал клиента должен достичь точки. Мощность передатчика ТД обычно до 100 мВт (20 dBm). А теперь загляните в datasheet к своему ноутбуку/телефону/планшету и найдите там мощность его Wi-Fi передатчика. Нашли? Вам очень повезло! Часто её вообще не указывают (можно поискать по FCC ID). Тем не менее, можно уверенно заявлять, что мощность типичных мобильных клиентов находится в диапазоне 30-50 мВт. Таким образом, если ТД вещает на 100мВт, а клиент – только на 50мВт, в зоне покрытия найдутся места, где клиент будет слышать точку хорошо, а ТД клиента - плохо (или вообще слышать не будет) – асимметрия. Сигнал есть – а связи нет. Или downlink быстрый, а uplink медленный. Это актуально, если вы используете Wi-Fi для онлайн-игр или скайпа, для обычного интернет-доступа это не так и важно (только, если вы не на краю покрытия). И будем жаловаться на убогого провайдера, глючную точку, кривые драйвера, но не на неграмотное планирование сети.

    Вывод: может оказаться, что для получения более стабильной связи мощность точки придется снизить . Что, согласитесь, не совсем очевидно:)

    Обоснование (для тех, кому интересны подробности):
    Наша задача обеспечить как можно более симметричный канал связи между клиентом (STA) и точкой (AP), дабы уравнять скорости uplink и downlink. Для этого будем опираться на SNR (соотношение сигнал-шум).
    SNR(STA) = Rx(AP) - RxSens(STA); SNR (AP) - Rx(STA) - RxSens(AP)
    где Rx(AP/STA) - мощность принятого сигнала с точки/клиента, RxSens(AP/STA) - чувствительность приема точки/клиента. Для упрощения примем, что порог фонового шума ниже порога чувствительности приемника AP/STA. Подобное упрощение вполне приемлемо, т.к. если уровень фонового шума для AP и STA одинаков - он никак не влияет на симметрию канала.
    Далее,
    Rx(AP) = Tx(AP) [мощность передатчика точки на порту антенны] + TxGain(AP) [усиление передачи антенны точки с учетом всех потерь, усилений и направленности] - PathLoss [потери сигнала на пути от точки до клиента] + RxGain(STA) [усиление приема антенны клиента с учетом всех потерь, усилений и направленности].
    Аналогично, Rx(STA) = Tx(STA) + TxGain(STA) - PathLoss + RxGain(AP) .
    При этом стоит заметить следующее:

    • PathLoss одинаков в обеих направлениях
    • TxGain и RxGain антенн в случае обычных антенн одинаков (верно и для AP и для STA). Здесь не рассматриваются случаи с MIMO, MRC, TxBF и прочими ухищрениями. Так что можно принять: TxGain(AP) === RxGain(AP) = Gain(AP) , аналогично для STA.
    • Rx/Tx Gain антенны клиента мало когда известен. Клиентские устройства, обычно, комплектуются несменными антеннами, что позволяет указывать мощность передатчика и чувствительность приемника сразу с учетом антенны. Отметим это в наших выкладках ниже.
    Итого получаем:
    SNR(AP) = Tx*(STA) [с учетом антенны] - PathLoss + Gain(AP) - RxSens(AP)
    SNR(STA)=Tx(AP) + Gain(AP) - PathLoss -RxSens*(STA) [с учетом антенны]

    Разница между SNR на обоих концах и будет асимметрией канала, применяем арифметику: D = SNR(STA)-SNR(AP) = Tx*(STA) - Tx(AP) - (RxSens*(STA) - (RxSens(AP)) .

    Таким образом, асимметрия канала не зависит от типа антенны на точке и на клиенте (опять же, зависит, если вы используете MIMO, MRC и проч, но тут рассчитать что-либо будет довольно сложно), а зависит от разности мощностей и чувствительностей приемников. При D<0 точка будет слышать клиента лучше, чем клиент точку. В зависимости от расстояния это будет значить либо, что поток данных от клиента к точке будет медленнее, чем от точки к клиенту, либо клиент до точки достучаться не сможет вовсе.
    Для взятых нами мощностей точки (100mW=20dBm) и клиента (30-50mW ~= 15-17dBm) разность мощностей составит 3-5dB. До тех пор, пока приемник точки чувствительнее приемника клиента на эти самые 3-5dB - проблем возникать не будет. К сожалению, это не всегда так. Проведем рассчеты для ноутбука HP 8440p и точки D-Link точки DIR-615 для 802.11g@54Mbps:

    • 8440p : Tx*(STA) = 17dBm, RxSens*(STA) = -76dBm@54Mbps
    • DIR-615 : Tx(AP) = 20dBm, RxSens(AP) = -65dBm@54Mbps.
    • D = (17 - 20) - (-76 +65) = 3 - 11 = -7dB.
    Таким образом, в работе могут наблюдаться проблемы, причем, по вине точки.

    Также далеко не самым известным фактом, добавляющим к асимметрии, является то, что у большинства клиентских устройств мощность передатчика снижена на «крайних» каналах (1 и 11/13 для 2.4 ГГц). Вот пример для iPhone из документации FCC (мощность на порту антенны).


    Как видите, на крайних каналах мощность передатчика в ~2.3 раза ниже, чем на средних. Причина в том, что Wi-Fi – связь широкополосная, удержать сигнал чётко в пределах рамки канала не удастся. Вот и приходится снижать мощность в «пограничных» случаях, чтобы не задевать соседние с ISM диапазоны. Вывод: если ваш планшет плохо работает в туалете – попробуйте переехать на канал 6.

    Раз уж речь зашла о каналах - в следующий раз поговорим о них поподробнее.

    UPD : мне уже высказали, что заметка слишком короткая. Я уже все понял. Но если я добавлю остаток текста сюда - многие его уже не увидят. Следующим постом выложу все целиком (первую часть уберу под кат). Дополнительные комментарии приветствуются, если они расширяют тему «грамотного» постинга на Хабре. Для эмоций есть вот этот хаб . Спасибо за понимание.