Триколор 

Основы радиочастотного планирования применительно к Wi-Fi Cisco. Преобразование дбм в мвт


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)

Найти информацию о том, чему равна дальность действия WiFi роутера, в действительности не так-то просто. Обычно приводятся сведения о мощности передатчика, также можно узнать, как изменится интенсивность радиоволн при установке той или иной антенны. Проблема состоит в том, что использовать более совершенную антенну, или даже усилитель, можно только на стороне роутера, но не абонентского устройства. В таком устройстве, как смартфон, установлена внутренняя антенна Wi-Fi, и заменить ее нельзя. Поэтому, кстати, нет смысла наращивать мощность передатчика роутера – последний все равно «не услышит» сигнал, исходящий от маломощного излучателя смартфона. Попытаемся определить, чему равна дальность беспроводной связи для устройств разных классов.

Схема построения Wi-Fi-сети

Согласно действующему закону РФ, мощность передатчика в абонентском устройстве не может превосходить 100 милливатт. Также предусмотрено, что для точек доступа, в том числе встроенных в роутер, это значение не должно превышать 250 мВт. По шкале дБм (децибел на 1 микровольт) данные значения выражаются другими цифрами: 20 и 24 дБм. Официально в Россию никогда не завозилось и не завозится оборудование, у которого мощность передатчика не соответствует этим цифрам. Нас будет интересовать, как зависит скорость беспроводного соединения от дистанции между роутером и стандартным абонентским устройством, при условии, что выполнены требования закона. Еще мы исходим из условия, что абонентская антенна является штыревой однозвенной (как в большинстве смартфонов).

Методика расчета эффективного расстояния

Допустим, беспроводная связь работает, когда расстояние между точкой доступа и смартфоном равно N метров при отсутствии препятствий на пути сигнала. Таблица, из которой можно выяснить, во сколько раз снижается интенсивность при прохождении того или иного препятствия, есть на нескольких сайтах (например, ZyXEL). В то же время, известно, что снижение интенсивности в 2 раза (на 3 децибела) эквивалентно уменьшению эффективного расстояния N в корень из двух раз. Все просто – квадрат расстояния обратно пропорционален интенсивности.

Что означает число N

При прохождении сигналом стеклянного окна интенсивность снижается как раз на 3 дБ, а значит, эффективное расстояние уменьшается в корень из двух раз. Пользуясь этой методикой, можно рассчитать, на какой дистанции связь Wi-Fi все еще будет работать в той или иной ситуации:

  • Окно стеклянное – снижает интенсивность на 3 дБ (в 2 раза)
  • Окно с тонировкой – 6 дБ (в 4 раза)
  • Стена из дерева – 9 дБ (в 8 раз)
  • Межкомнатная стена панельная, бетонный пол – 15-20 дБ (в 32 раза и больше).

Коэффициент, на который Вы разделите значение дистанции, равен корню квадратному из коэффициента уменьшения интенсивности. Рассмотрим пример.

Бетонные стены вносят коррективы

Допустим, N равно 400 м. Теперь мы между роутером и смартфоном «помещаем» одну панельную стену и одну стену из дерева. Сложив децибелы (15+9 дБ), получим 24 децибела. По логарифмической шкале – 24, а по линейной это эквивалентно снижению интенсивности в 251 раз. Теперь, вычисляем, чему равен корень из 251 (это 15,84). Делим 400 метров на 16, получаем 25 м. Как видите, все просто и похоже на правду.

Эффективное расстояние без препятствий

Наверное, читателя интересует, а чему же равно значение N при полном отсутствии препятствий в зависимости от выбора диапазона Wi-Fi. Если мощность передатчика роутера равна 40 мВт, а его антенна «усиливает» сигнал в горизонтальной плоскости на 3 дБ (она многозвенная), то, согласно информации ZyXEL, значение N составляет 400 метров. Смотрите: в роутере установлен менее мощный передатчик, чем в смартфоне, но в нем используется многозвенная антенна. Итого, получаем: связь между двумя устройствами Wi-Fi с мощностью передатчика 100 мВт и обычной штыревой антенной уверенно поддерживается на расстоянии до 400 м. Здесь речь шла о диапазоне 2,4 ГГц.

Теперь у Вас есть методика, позволяющая рассчитать эффективную дистанцию беспроводной связи теоретическим методом.

Тут идет речь о диапазоне 2,4 ГГц, но для более высокочастотных волн сейчас просто нет сведений об уровне влияния тех или иных препятствий. Понятно, что для диапазона 5 ГГц значение N будет меньше, а степень влияния препятствий окажется больше. Если известно, что мощность передатчика смартфона заметно меньше, чем 100 мВт, надо сделать так: необходимо 100 разделить на действительную мощность в милливаттах, и вычислить корень квадратный из полученного числа. У Вас будет поправочный коэффициент, на который требуется поделить расстояние, значение которого получено по рассмотренной методике.

Результаты практических наблюдений

Оценим «пробивную способность» Wi-Fi на практике. Для этого возьмем набор точек доступа, поддерживающих связь в диапазоне 2,4 ГГц: это TEW-411BRP+ фирмы TRENDnet, DWL-2100AP от D-Link, и USR 805450 компании US Robotics. В качестве абонентского устройства будем использовать смартфон, мощность передатчика которого равна 100 мВт. На точки доступа установим штатные антенны, а сами они будут располагаться на пятом этаже панельного дома.

Предельная дистанция, уверенный прием

Уже на третьем этаже здания, где установлено наше оборудование, сеть Wi-Fi отсутствует. Волна преодолела 2 железобетонных перекрытия, то есть мы потеряли 30 дБ – и все, связи нет. В действительности, считайте, что при прохождении двух перекрытий теряется 35 децибел. Сюда надо прибавить и затухание, зависящее от длины дистанции, тогда мы получим примерно 36-38 дБ. Значит, именно такое затухание для 100 милливатт является критическим.

Область прямой видимости излучателя

Пробуем поймать сигнал на улице. На расстоянии 150-180 метров наличие сети можно заметить, но это верно, если находиться напротив окна комнаты, где установлено оборудование. А стабильной связь остается на расстоянии 100 метров. Как видим, теория соответствует практике с достаточным уровнем достоверности. Для надежности теоретически полученный результат (одно окно –> 200 метров) лучше делить на 2.

Чего делать не нужно

Всем понятно, что вряд ли стоит повышать мощность одного из передатчиков, когда второй, то есть «абонентский», остается без изменений. То же можно сказать и о применении антенн, позволяющих увеличить интенсивность волны, но сужающих диаграмму. Впрочем, применение секториальных и многозвенных антенн все равно будет эффективно, и вот почему. Роутеры и другие излучатели радиоволн могут быть не только у Вас в квартире, но и у соседей и т.д. А сужая сектор захвата, можно избавить Ваш роутер от посторонних радиочастотных шумов.

Настраивая беспроводную сеть в роутере, необходимо выбирать не максимальное, а оптимальное значение мощности. В интерфейсе многих устройств подобная регулировка есть. Начните с максимума, и шаг за шагом понижайте значение:

Настройка роутера ZyXEL Keenetic

Остановиться стоит, когда в самой дальней точке смартфон перестанет «видеть» сеть. Повысив мощность на одно деление, можете пользоваться сетью Wi-Fi в свое удовольствие.

Секториальная антенна – из обычной

    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

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.

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.