student from 01.01.2016 until now
Omsk, Omsk, Russian Federation
At the moment, wireless networks are one of the most promising IT industries. Thanks to wireless technologies, the Internet without the use of wired connections becomes much more mobile, allowing people to move freely. This article discusses the basic concepts that are necessary for calculating the range of a wireless communication channel. Some nuances in the mathematical calculation of the Wi-fi signal range are analyzed.
channel, range, transmitter, receiver, distance
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).
Таблица 2
Зависимость канала и центральной частоты
|
Канал |
F (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 |
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. Pomaskin A.A. Dal'nost' raboty besprovodnogo kanala svyazi 802.11n/ac [Tekst] / Pomaskin A.A. // Avtomatizaciya tehnologicheskih ob'ektov i processov. Poisk molodyh: sbornik nauchnyh trudov HVIII nauchno-tehnicheskoy konferencii aspirantov i studentov v g. Donecke 22-24 maya 2018 g. - Izd.: Doneck: DONNTU, 2018. − 544 s.
2. Vladimirov S.S. Besprovodnye seti peredachi dannyh: praktikum [Tekst] / Vladimirov S. S. // Izd.: SPbGUT., Sankt-Peterburg, 2016. − 58 s.
3. Vatamanyuk A.I. Besprovodnaya set' svoimi rukami [Tekst] / A.I. Vatamanyuk. − Moskva: Kniga po Trebovaniyu, 2011. − 194 s.
