студент с 01.01.2016 по настоящее время
Омск, Омская область, Россия
УДК 50 Общие вопросы математических и естественных наук
На данный момент беспроводные сети − это одна из наиболее перспективно развивающихся отраслей IT-сферы. Благодаря беспроводным технологиям Интернет без применения проводных соединений становится гораздо более мобильным, позволяя человеку свободно перемещаться. В данной статье рассмотрены основные понятия, которые необходимы для расчета дальности беспроводного канала связи. Разобраны некоторые нюансы в математическом расчете дальности Wi-fi сигнала. Также указаны основные расчетные формулы. В заключение продемонстрирован непосредственный расчет дальности Wi-fi сигнала.
канал, дальность, передатчик, приемник, расстояние
Для начала, разберемся в том, что представляет из себя технология Wi-fi. Данная технология − это один из форматов передачи цифровой информации по радиоканалам. Ранее устройства Wi-fi предназначались для корпоративных пользователей в качестве замены стандартных кабельных сетей.
Чтобы передать информацию с помощью технологии Wi-fi применяют диапазон сверхвысоких частот (СВЧ).
Радиоволна в момент распространения в пространстве занимает объем в виде эллипсоида вращения с максимальным радиусом в середине пролета (зона Френеля). Естественные препятствия (земля, холмы, деревья) и искусственные преграды (здания, столбы), которые попадают в это пространство, имеют свойство ослаблять сигнал.
Определение зон Френеля основано на принципе Гюйгенса. Данный принцип гласит, что каждая точка некоторой среды, до которой доходит возмущение, сама становится источником вторичных волн, и поле излучения вполне имеет шанс рассматриваться как суперпозиция всех вторичных волн. На основе принципа Гюйгенса возможно продемонстрировать, что объекты, которые лежат внутри концентрических окружностей, проведенных вокруг линии прямой видимости двух трансиверов, имеют возможность влиять на качество как положительно, так и отрицательно. Любое препятствие, которое попадает внутрь 1-ой окружности (1-ой зоны Френеля), оказывает более негативное влияние. При создании радиомоста между двумя сетями надо знать тот факт, что пространство вокруг прямой линии, проведённой между приёмником и передатчиком, должно быть свободно от отражающих и поглощающих препятствий в радиусе, сравнимом с 0.6 радиуса первой зоны Френеля.
Проблеме распространения радиоволн внутри зданий и помещений в последнее время уделяется значительное внимание. Это связано, прежде всего, с модернизацией локальных информационных сетей с помощью технологии Wi-fi. Наличие внутри здания стен, перегородок, мебели, радиоэлектронной аппаратуры и других объектов создает сложную среду для распространения радиоволн, которая существенно отличается от свободного пространства. Основными эффектами, наблюдаемыми при распространении радиоволн внутри помещений, являются многолучевость, обусловленная многократными отражениями радиоволн от стен и других объектов, дифракция на многочисленных острых кромках предметов и затухание радиоволн при распространении на расстояние и при прохождении через препятствия. Эти эффекты обуславливают сложную структуру электромагнитного поля.
Итак, проведем расчет дальности сигнала Wi-fi.
Формула, которая позволяла бы нам рассчитать дальность связи, выводится из другой формулы (для расчета потерь в свободном пространстве) [1, с. 341-344]:
(1)
где F − центральная частота канала (МГц); D − расстояние между двумя пунктами (км).
FSL можно найти благодаря суммарному усилению системы, которое рассчитывается по формуле [2, с. 54-55]:
(2)
где 
− мощность передатчика (ПРД); 
− коэффициент усиления (КУ) передающей антенны (ПРДА); 
− КУ приемной антенны (ПРМА); 
− чувствительность приемника (ПРМ) на определенной скорости; 
− потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах тракта ПРД; 
− потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах тракта ПРМ.
Таблица 1
Зависимость скорости передачи информации от чувствительности
|
Скорость |
Чувствительность |
|
52 Мбит/с |
-66 дБмВт |
|
48Мбит/с |
-71 дБмВт |
|
36 Мбит/с |
-76 дБмВт |
|
24 Мбит/с |
-80 дБмВт |
|
18Мбит/с |
-83 дБмВт |
|
12 Мбит/с |
-85 дБмВт |
|
9Мбит/с |
-86 дБмВт |
|
6 Мбит/с |
-87 дБмВт |
Частота F берется из табл. 2.
Для каждой скорости ПРМ имеет определенную чувствительность. Для небольших скоростей − чувствительность наименьшая, для высоких скоростей − намного выше. В табл. 1 приведена данная зависимость. FSL находится следующим образом:
(3)
где SOM − запас в энергетике радиосвязи (дБ).
SOM (обычно берется равным 10-20 дБ) учитывает ряд факторов, которые негативно влияют на дальность связи [3, с. 142-144]. Он учитывает возможные факторы, негативно влияющие на величину дальности 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.
По итогу дальность связи рассчитывается следующим образом:
Исходя из всего вышеуказанного, произведем расчет дальности Wi-Fi сигнала.
Будем исходить из WDS радиомоста на 2-х точках доступа.
Исходные параметры:
− мощность: 800 мВт (29 дБм);
− чувствительность приёмника: (-97 дБм);
− коэффициенты усиления антенн (ПРДА и ПРМА): 12 дБм и 13 дБм;
− запас по энергетике: 20 дБ;
− F = 2412 МГц.
Вычислим FSL по следующему алгоритму:
дБ
Вычислим дальность связи
км.
Итак, расчет дальности Wi-Fi сигнала успешно произведен.
1. Помаскин А.А. Дальность работы беспроводного канала связи 802.11n/ac [Текст] / Помаскин А.А. // Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых: сборник научных трудов ХVIII научно-технической конференции аспирантов и студентов в г. Донецке 22-24 мая 2018 г. – Изд.: Донецк: ДОННТУ, 2018. − 544 с.
2. Владимиров С.С. Беспроводные сети передачи данных: практикум [Текст] / Владимиров С. С. // Изд.: СПбГУТ., Санкт-Петербург, 2016. − 58 с.
3. Ватаманюк А.И. Беспроводная сеть своими руками [Текст] / А.И. Ватаманюк. − Москва: Книга по Требованию, 2011. − 194 с.
