Особенности расчета дальности связи в системах Wi-Fi
Для предварительной оценки дальности связи, которую может обеспечить точка доступа может использоваться инженерная формула расчета потерь в свободном пространстве:
, (3.1)
где FSL (FreeSpaceLoss) - потери в свободном пространстве, дБ;
F- центральная частота канала, на котором работает система связи, МГц;
D - расстояние между двумя точками, км.
Величину FSL будем вычислять по формуле:
, (3.2)
где Yдб - суммарное усиление системы;
SOM (SystemOperatingMargin) - запас по энергетике радиосвязи, дБ.
Суммарное усиление системы считаем следующим образом:
, (3.3)
где Pt. , дБмВт – мощность передатчика;
Gt, дБи – коэффициент усиления передающей антенны;
Gr, дБи- коэффициент усиления приемной антенны;
Pmin, дБмВт- чувствительность приемника на данной скорости;
Lt, дБ и Lr, дБ – потери сигнала в кабеле и разъемах передающего приемного тракта.
Величина SOM учитывает возможные факторы, отрицательно влияющие на дальность связи, такие как:
· температурный дрейф чувствительности приемника и выходной мощности передатчика;
· всевозможные погодные аномалии: туман, снег, дождь;
· рассогласование антенны, приёмника, передатчика с антенно-фидерным трактом.
Параметр SOM обычно берётся равным 10 дБ. Считается, что запас в десять децибел по усилению достаточен для инженерного расчета.
Для различных скоростей приёмник имеет определённую чувствительность. Для скоростей 1-2 мегабита чувствительность используется наивысшая: от –90 дБмВт до –94 дБмВт.
Для более высоких скоростей, чувствительность намного выше. В таблице 3.5 приведены характеристики точек доступа стандарта IEEE802.11.
Таблица 3.5 - Зависимость между скоростью передачи данных и чувствительностью
Скорость | Чувствительность |
54 Мбит/с | -66 дБмВт |
48 Мбит/с | -71 дБмВт |
36 Мбит/с | -76 дБмВт |
24 Мбит/с | -80 дБмВт |
18 Мбит/с | -83 дБмВт |
12 Мбит/с | -85 дБмВт |
9 Мбит/с | -86 дБмВт |
6 Мбит/с | -87 дБмВт |
В зависимости от марки радио-модулей максимальная чувствительность может немного варьироваться. Из этого следует, что у разных производителей максимальная дальность будет разной.
В итоге, преобразовав формулу (3.1) относительно D, получим формулу дальности связи:
. (3.4)
Исходные данные для расчета дальности работы по беспроводному каналу связи представлены в таблице 3.6.
Таблица 3.6- Исходные данные
Вид оборудования | Мощность передатчика, дБм | Чувствительность приемника, дБм | Коэффициент усиления антенны, дБи | Потеря сигнала, дБм | |||
при 18 Мбит/с | при 36 Мбит/с | ||||||
Для 2,4 ГГц | Для 5 ГГц | ||||||
Точка доступа D-Link DAP-3662 | -77 | - 70 |
Произведем расчет зоны покрытия точки доступа D-LinkDAP-3662на скорости 18 Мбит/с. Потери сигнала в свободном пространстве составят:
.
В качестве примера рассчитаем зону действия сети на первом канале:
Пи выборе высоты размещения точек доступа нужно учитывать особенности распространения радиоволн. Радиоволна в ходе распространения имеет вид эллипсоида вращения с наибольшим радиусом по середине, называемый зоной Френеля. Схематичное изображение представлено на рис. 3.7.
Радиус зоны Френеля над предполагаемым препятствием, рассчитывается при помощи формулы:
R=17.3 , (3.5)
R − радиус зоны Френеля (в м.);
S и D − расстояние от антенн до максимальной точки предполагаемой преграды (км);
f − частота (ГГц).
Рисунок 3.7 -Схематичное изображение зоны Френеля
Природные препятствия (естественные возвышенности, деревья) и препятствия искусственного происхождения (строения, столбы), попадающие в данную зону, ослабляют сигнал. Как правило, блокирование 20% зоны Френеля не вносит значительное затухание в канал. Выше 40% - затухание сигнала становится значимым, в этих случаях необходимо минимизировать влияние препятствий, например, выбором альтернативных путей распространения сигнала.
Данный расчет не учитывает кривизну земной поверхности. Для каналов с большой протяженностью, необходимо производить совокупный расчет, учитывающий рельеф и природные препятствия на пути распространения сигнала и следует располагать антенны по возможности выше. Приведем результаты расчета для расстояний 300, 500 и 1000 метров и представим результат в виде таблицы (см. табл. 3.7).
Таблица 3.7 - Результаты расчета первой зоны Френеля
Расстояние между антеннами (м) | Требуемый радиус первой зоны Френеля для диапазона 2,4 ГГц (м) | Требуемый радиус первой зоны Френеля для диапазона 5 ГГц (м) |
4,3 | 2,9 | |
7,8 | 5,3 |
Расчет в данном случае выполнен для идеальных условий и не предусматривает наличие различных препятствий. По этому при проектировании конкретных систем беспроводного доступа и выборе мест установки точек доступа необходимо учитывать степень влияния различных препятствий на прохождение радиосигнала.
В таблице 3.8 представлены наиболее часто встречающиеся препятствия, влияющие эффективность передачи сигнала. Системы Wi-Fi, представляют собой достаточно не сложную структуру (см. рис. 3.8) и состоят из точек доступа, объединенных в единую сеть коммутатором, и подключенного к этой сети сервера с установленным на нем программным коммутатором Central WifiManager CWM-100.
Таблица 3.8 - Потери сигнала Wi-Fi при прохождении препятствий
Препятствие | Дополнительные потери (dB) | Эффективный радиус действия после прохождения |
Открытое пространство | 100% | |
Окно без тонировки (отсутствует металлизированное покрытие) | 70% | |
Пластиковая стенка (Офисная перегородка) | 60% | |
Стена из гипсокартона | 55% | |
Окно с тонировкой (металлизированное покрытие) | 5-8 | 50% |
Деревянная стена | 30% | |
Межкомнатная стена (15 см) | 15-20 | 15% |
Несущая стена (30 см) | 20-25 | 10% |
Бетонный пол/потолок | 15-25 | 10-15% |
Монолитное железобетонное перекрытие | 20-25 | 10-5% |
Рисунок 3.8 - Структурная схема системы Wi-Fi
Дата добавления: 2021-02-19; просмотров: 718;