Розрахунок радіусу дії точок доступу Wi-Fi

1. Вступ
2. Моделі розрахунку втрат радіосигналу Wi-Fi
3. Порівняння результатів експерименту з моделлю ITU-R тисяча двісті тридцять вісім
4. висновок

У статті піде мова про те, як проводиться розрахунок дальності поширення радіосигналу Wi-Fi всередині приміщення без застосування будь-якого програмного забезпечення в принципі. Детально пояснюється, що таке моделі поширення радіосигналу, і про те, як її використовувати для розрахунку дальності поширення радіосигналу.

Вступ

Часом буває необхідно хоча б приблизно оцінити дальність роботи бездротового обладнання. Ця оцінка може знадобитися і в домашніх умовах, коли потрібно зрозуміти, де проходить межа дії вашої точки доступу, так і в разі проектування невеликої офісної мережі, коли всемогутній системний адміністратор повинен повідомити начальнику, яка кількість пристроїв може знадобитися щоб в офісі всюди "був Wi -Fi ".

Ніби як все просто, потрібно порахувати наскільки далеко полетить сигнал (електромагнітна хвиля) від антени точки доступу. Але відмінна риса розрахунку загасання електромагнітної хвилі у вільному просторі від загасання в кабелі, полягає в тому, що кабель, як правило, добре екранований, а в вільному просторі можуть з'являтися сторонні об'єкти, або воно само (простір) час від часу може змінювати свої електрофізичні властивості. До того ж внаслідок інтерференції і дифракції радіохвиль, напрям поширення електромагнітної хвилі і її енергетичний запас може багаторазово змінитися як в меншу, так і в більшу сторону на шляху проходження хвилі від передавача до приймача.

У тому випадку, якщо необхідно визначити загасання сигналу всередині кабельної збірки, то найчастіше досить знати погонное загасання кабелю і втрати на його (кабелі) коннекторах. Таким чином, формула для розрахунку сумарного загасання в цьому випадку може виглядати досить просто:

де: Pк- загасання на коннекторе (ах);
Рn - погонное загасання в кабелі;
L - довжина кабелю.

Якщо ж розглядається вільний простір, то передбачити який рівень електромагнітного сигналу від точки доступу Wi-Fi буде в місці розташування абонента вкрай проблематично. У сучасних реаліях перед проектуванням Wi-Fi мережі будують її плановану електромагнітну карту за допомогою різних програмних і апаратних комплексів. До програмних комплексів відносяться такі як: TamoGraphSiteSurvey, AirMagnet Survey / Planner, Site Survey and Planning Toolот компанії Ekahau і ін. Наприклад на малюнку нижче зображений зовнішній вигляд проекту в одній з перерахованих програм.

В основі цих програм лежить математичне ядро, побудоване на базі так званих моделей поширення радіосигналу (моделях втрат потужності). У деяких з них застосовуються і більш складні електродинамічні моделі.

Моделі розрахунку втрат радіосигналу Wi-Fi

Моделі розрахунку втрат радіосигналу дозволяють оцінити загасання електромагнітної хвилі, випромінюваної Wi-Fi адаптером, з урахуванням кількості та типу перешкод на шляху проходження сигналу. У даній статті розглядаються моделі розповсюдження сигналу, що використовуються для розрахунку рівня сигналу всередині будівель. Моделей, про які піде мова, і їх модифікацій існує велика кількість. У статті розглядаються найбільш прості, якими можна скористатися навіть в польових умовах без глибоких математичних знань.

Перед початком розгляду різних моделей поширення радіосигналу відзначимо, що в ідеальних умовах (відсутні перешкоди на шляху проходження сигналу, і немає багаторазових перевідбиттів сигналу) оцінити потужність сигналу в будь-якій точці вільного простору (free space - FS) можна по так званій формулі Фріїса:

де: - коефіцієнт посилення антени передавача;
- коефіцієнт посилення антени приймача;
- довжина хвилі, метрів;
- відстань між приймачем і передавачем, метрів.

На малюнку 1 наведено графік залежності загасання LFS зі збільшенням відстані для Wi-Fi сигналу на першому частотному каналі (центральна частота 2437 МГц) в діапазоні 2.4 ГГц - синя крива, і в діапазоні 5 ГГц - червона крива. При цьому коефіцієнти посилення приймальні і передавальної антени були прийняті рівними одиниці.

Малюнок 1 - загасання сигналу Wi-Fi зі збільшенням відстаней

Як правило, більшість моделей поширення використовують значення втрат у вільному просторі в якості базового, і додають до нього змінні, що вносять додаткове загасання в залежності від типу перешкод і їх електрофізичних властивостей. До таких моделей належать, наприклад, One slope і Log-distance. Крім того, існує стандартизована Міжнародним союзом електрозв'язку модель втрат - ITU-R 1238. Перераховані моделі втрат відносяться до класу емпіричних статичних моделей, тобто для їх використання потрібно загальний опис типу завдання (типу приміщення). Перераховані моделі втрат з розшифровкою входять до них змінних наведені в формулах (3 - 5).

One slope:

де: d - відстань в метрах, на якому проводиться оцінка загасання;
Lfs- втрати на відстані d0 метрів;
n- коефіцієнт, що залежить від кількості і матеріалу перешкод.

Log-distance:

де: - нормальна випадкова величина, яка вимірюється в dB, що має стандартне відхилення , DB.

ITU-R 1238:

де: d> 1, м- відстань, на якому проводиться оцінка загасання;
f - частота центрального каналу Wi-Fi, МГц;
N- коефіцієнт втрати рівня сигналу з відстанню;
Lf (n) - коефіцієнт втрати потужності сигналу при проходженні через стіну (пол);
- кількість стін (підлог) між приймальної і передавальної антен.

У подальшому більш детально розглянемо модель ITU-R 1238, застосуємо її для визначення дальності зв'язку, і порівняємо результати розрахунків з результатами експерименту. Про те, які значення в вищих формулах приймають змінні N, n, детально розписано безпосередньо в самій рекомендації МСЕ-R Р. 1238-5 під назвою "Дані про поширення радіохвиль і методи прогнозування для планування систем радіозв'язку всередині приміщень і локальних зонових радіомереж в частотному діапазоні 900 МГц - 100 ГГц "(обсяг - 19 сторінок). Для експерименту, який буде проведено нижче, значення змінних будуть обрані з вказаною рекомендації. У різних ситуаціях змінні можуть набувати різних значень, і щоб перерахувати всі можливі випадки довелося б розмістити в статті мінімум 10 сторінок документа з 19-ти.

На жаль, перераховані моделі не враховують впливу на точку доступу (точніше на випромінюється їй електромагнітну хвилю) стороннього обладнання, яке функціонує в тому ж частотному діапазоні. Тому всі розрахунки проводяться виходячи з того, що ваш пристрій єдине в усьому радіусі його (обладнання) дії. Як показує практика розрахунків, якщо в радіусі чутності вашої точки доступу знаходиться 20-30 бездротових пристроїв, то радіус дії зменшується на 15-20%. Але варто мати на увазі, що ця цифра суто приблизна і в різних ситуація може проявлятися по-різному, бо дуже залежить від потужності сигналу, який приходить в ваш пристрій, і від того на якій частоті працює навколишній обладнання.

Порівняння результатів експерименту з моделлю ITU-R тисяча двісті тридцять вісім

Постановка завдання: встановлена ​​точка доступу Wi-Fi працює в діапазоні частот 5 ГГц. Приймальний пристрій (ноутбук) встановлюється в шести точках, схематичне розташування яких зображено на малюнку 2, і реєструє випромінюється потужність. Вибір розташування точок виміру проведений так, щоб мінімізувати вплив ефекту багатопроменевого поширення на рівень сигналу. Передбачається, що максимуми діаграм спрямованості приймальної і передавальної антени спрямовані один на одного.

Малюнок 2 - Коментарі до задачі

Перед тим як приступити до розрахунків, слід зазначити, що автори моделі ITU-R тисяча двісті тридцять вісім зробили її дуже гнучкою, зокрема за рахунок того, що входить коефіцієнт N може змінюватися в широких межах: від 20 до 40 дБ. Щоб зрозуміти яким значенням прирівнювати N для конкретної ситуації, краще звернутися безпосередньо до першоджерела рекомендації.

Для розглянутого діапазону коефіцієнт втрати потужності сигналу при проходженні через стіни для нашого типу завдання - Lfn розраховується за формулою Lfn = 15 = 4 (n-1) Таким чином, для точок 1-3 Lf (n) = 15. для точок 4-6 Lf (n) = 19 (таблиця 3 рекомендації МСЕ-R Р. 1238-5). Коефіцієнт N, який використовується при розрахунку втрат на передачу всередині приміщення приймемо рівним 30 (таблиця 2 рекомендації МСЕ-R Р. 1238-5). З урахуванням обраної геометрії завдання, завмирання враховуватися не будуть.

Результати розрахунків в 6-ти точках по формулі ITU-R зведені в таблицю 1, а відстані до кожної точки вимірювання від Wi-Fi роутера зображені на малюнку 3.

Таблиця 1

Отримані результати для більш наочного уявлення зображені на малюнку 4.

Малюнок 4 - Результати розрахунків і вимірювань

Найменша відміну експериментальних і розрахункових даних спостерігається в точках вимірювання 1 і 4. Пов'язано це з тим, що сигнал проходить через перешкоди (а даному випадку, стіни) по найкоротшому шляху. І навпаки, в точках 2,3 і 5,6 сигнал втрачає б о більшу частину енергії проходячи через перешкоди по більш довгому шляху. Цей ефект не враховується в використовуваної моделі розповсюдження сигналу, що і призводить до зростання різниці розрахункових і експериментальних даних.

висновок

Таким чином, в даній роботі був показаний на практичному прикладі варіант застосування стандартизованої моделі розрахунку загасання сигналу Wi-Fi всередині будівлі. Ця та інші моделі допоможуть досить швидко, без застосування спеціалізованого ПЗ, оцінити кількість необхідного обладнання для Вашого офісу. Звичайно, цей підхід не замінить якісних проектних розрахунків в спеціалізованих програмних продуктах, але дозволить що називається "зорієнтуватися на місцевості", потрібно лише враховуватися геометрію будівлі для отримання більш коректних результатів.