6.1 Расчёт дальности работы беспроводного канала связи
Расчёт по графику
Эта методика позволяет определить теоретическую дальность работы беспроводного канала связи, построенного на оборудовании D-LINK (и не только) стандартов 802.11 b и g (частота 2.4 ГГц) и 802.11 а (час 5Г). Следует сразу отметить, что расстояние между антеннами, получаемое по формуле – максимально достижимое теоретически, а так как на беспроводную связи влияет множество факторов, получить такую дальность работы, особенно в черте города, увы, практически невозможно [2, 3, 6].
Для определения дальности связи необходимо рассчитать суммарное усиление тракта и по графику определить соответствующую этому значению дальность. Усиление тракта в дБ определяется по формуле:
(6.1)
где
– мощность передатчика;
– коэффициент
усиления передающей антенны;
– коэффициент
усиления приемной антенны;
– реальная
чувствительность приемника;
– потери сигнала
в коаксиальном кабеле и разъемах
передающего тракта;
– потери сигнала
в коаксиальном кабеле и разъемах
приемного тракта.
По графику, приведённому на рисунке 6.1, находим необходимую дальность работы беспроводного канала связи.
Разберем каждый параметр на примере:
– мощность передатчика – мощность беспроводной точки доступа или адаптера в дБмВт. Эту информацию Вы можете найти в спецификации на оборудование. Для оборудования D-LINK это от 15 dBm для обычных точек доступа и карт и до 25 дБмВт для оборудования во внешнем исполнении DWL-2700AP и DWL-7700AP;
– коэффициент усиления передающей антенны (дБи). D-LINK предлагает антенны для внешнего и внутреннего использования от 4 до 21 дБи;
– коэффициент усиления приемной антенны. То же, что и , но "на другой стороне" радиолинка;
– чувствительность приемника, которую Вы также можете найти
Рисунок 6.1
в спецификации на оборудование. Чувствительность приемника зависит от скорости, на котором работает оборудование и задается со знаком "минус";
,
– потери в коаксиальном кабеле и разъемах
приемного или передающего тракта.
Рассчитать потери можно следующим
образом: предлагаемый нами кабель BELDEN
9880 имеет
затухание 0,24
дБ/м,
т.е. при 10-метровой
длине кабеля затухание в нем составит
2,4
дБ.
Также следует прибавить к потерям по ~
0,5 - 1,5
дБ
на каждый разъем. Итого: 10-метровый
кабель между антенной и точкой доступа
имеет потери
дБ.
Предположим, что мы имеем две точки доступа DWL-900AP+ , две широконаправленные антенны ANT24-0801, каждая точка подключается к своей антенне 10-метровым кабелем, тогда
=
15 дБмВт;
=
8 дБи;
=
8 дБи;
=
-79 дБмВт;
=
5.4 дБ;
=
5.4 дБ.
Отсюда
= 15+8+8-(-79)-5.4-5.4=99.2 дБ.
По графику (красная кривая для 2.4 GHz) определяем соответствующую этому значению дальность. Получаем дальность, равную ~300 метрам.
Напомню, что мы проводили расчет для скорости 11 Mbps.
При скорости 1 Mbps:
= -89 дБмВт;
тогда:
= 15+8+8-(-89)-5.4-5.4=109.2 дБ.
По графику (красная кривая для 2.4 GHz) определяем соответствующую этому значению дальность. Получаем дальность, равную ~1000 метрам.
Расчет по формуле
Без вывода приведём формулу для расчёта дальности. Она берётся из инженерной формулы расчёта потерь в свободном пространстве:
,
где 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:
Суммарное усиление = Мощность передатчика (дБмВт) + | Чувствительность приёмника (–дБмВт)(по модулю) | + Коэф. Усиления антенны передатчика + Коэф усиления антенны приёмника – затухание в антенно-фидерном тракте передатчика – затухание в антенно-фидерном тракте приёмника – SOM.
Для каждой скорости приёмник имеет определённую чувствительность. Для небольших скоростей (например, 1-2 мегабита) чувствительность наивысшая: от –90 дБмВт до –94 дБмВт. Для высоких скоростей чувствительность намного меньше. В качестве примера приведём несколько характеристик обычных точек доступа 802.11a,b,g:
# 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 и т.д.
В зависимости от марки радио-модулей максимальная чувствительность может немного варьироваться. Ясно, что для разных скоростей максимальная дальность будет разной.
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 погодные аномалии: туман, снег, дождь;
рассогласование антенны, приёмника, передатчика с антенно-фидерным трактом.
Параметр SOM берётся равным 15 дБ. Считается, что 15-ти децибельный запас по усилению достаточен для инженерного расчета.
Центральная частота канала F берётся из таблицы 6.1.
В итоге получим формулу дальность связи:
.
Т а б л и ц а 6.1 - Вычисление центральной частоты
Канал |
Центральная частота (МГц) |
1 |
2412 |
2 |
2417 |
3 |
2422 |
4 |
2427 |
5 |
2432 |
6 |
2437 |
7 |
2442 |
8 |
2447 |
9 |
2452 |
10 |
2457 |
11 |
2462 |
12 |
2467 |
13 |
2472 |
14 |
2484 |