Особенности расчета дальности связи в системах Wi-Fi

Для предварительной оценки дальности связи, которую может обеспечить точка доступа может использоваться инженерная формула расчета потерь в свободном пространстве:

, (3.1)

где FSL (FreeSpaceLoss) - потери в свободном пространстве, дБ;

F- центральная частота канала, на котором работает система связи, МГц;

D - расстояние между двумя точками, км.

Величину FSL будем вычислять по формуле:

, (3.2)

где Yдб - суммарное усиление системы;

SOM (SystemOperatingMargin) - запас по энергетике радиосвязи, дБ.

Суммарное усиление системы считаем следующим образом:

_, (3.3)

где P_{t. , дБмВт} – мощность передатчика;

G_{t, дБи} – коэффициент усиления передающей антенны;

G_{r, дБи}- коэффициент усиления приемной антенны;

P_{min, дБмВт}- чувствительность приемника на данной скорости;

L_{t, дБ} и L_{r, дБ} – потери сигнала в кабеле и разъемах передающего приемного тракта.

Величина SOM 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 обычно берётся равным 10 дБ. Считается, что запас в десять децибел по усилению достаточен для инженерного расчета.

Для различных скоростей приёмник имеет определённую чувствительность. Для скоростей 1-2 мегабита чувствительность используется наивысшая: от –90 дБмВт до –94 дБмВт.

Для более высоких скоростей, чувствительность намного выше. В таблице 3.5 приведены характеристики точек доступа стандарта IEEE802.11.

Таблица 3.5 - Зависимость между скоростью передачи данных и чувствительностью

Скорость	Чувствительность
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

В зависимости от марки радио-модулей максимальная чувствительность может немного варьироваться. Из этого следует, что у разных производителей максимальная дальность будет разной.

В итоге, преобразовав формулу (3.1) относительно D, получим формулу дальности связи:

. (3.4)

Исходные данные для расчета дальности работы по беспроводному каналу связи представлены в таблице 3.6.

Таблица 3.6- Исходные данные

Вид оборудования	Мощность передатчика, дБм	Чувствительность приемника, дБм	Коэффициент усиления антенны, дБи	Потеря сигнала, дБм
при 18 Мбит/с	при 36 Мбит/с
Для 2,4 ГГц	Для 5 ГГц
Точка доступа D-Link DAP-3662		-77	- 70

Произведем расчет зоны покрытия точки доступа D-LinkDAP-3662на скорости 18 Мбит/с. Потери сигнала в свободном пространстве составят:

.

В качестве примера рассчитаем зону действия сети на первом канале:

Пи выборе высоты размещения точек доступа нужно учитывать особенности распространения радиоволн. Радиоволна в ходе распространения имеет вид эллипсоида вращения с наибольшим радиусом по середине, называемый зоной Френеля. Схематичное изображение представлено на рис. 3.7.

Радиус зоны Френеля над предполагаемым препятствием, рассчитывается при помощи формулы:

R=17.3 , (3.5)

R − радиус зоны Френеля (в м.);

S и D − расстояние от антенн до максимальной точки предполагаемой преграды (км);

f − частота (ГГц).

Рисунок 3.7 -Схематичное изображение зоны Френеля

Природные препятствия (естественные возвышенности, деревья) и препятствия искусственного происхождения (строения, столбы), попадающие в данную зону, ослабляют сигнал. Как правило, блокирование 20% зоны Френеля не вносит значительное затухание в канал. Выше 40% - затухание сигнала становится значимым, в этих случаях необходимо минимизировать влияние препятствий, например, выбором альтернативных путей распространения сигнала.

Данный расчет не учитывает кривизну земной поверхности. Для каналов с большой протяженностью, необходимо производить совокупный расчет, учитывающий рельеф и природные препятствия на пути распространения сигнала и следует располагать антенны по возможности выше. Приведем результаты расчета для расстояний 300, 500 и 1000 метров и представим результат в виде таблицы (см. табл. 3.7).

Таблица 3.7 - Результаты расчета первой зоны Френеля

Расстояние между антеннами (м)	Требуемый радиус первой зоны Френеля для диапазона 2,4 ГГц (м)	Требуемый радиус первой зоны Френеля для диапазона 5 ГГц (м)
	4,3	2,9
	7,8	5,3

Расчет в данном случае выполнен для идеальных условий и не предусматривает наличие различных препятствий. По этому при проектировании конкретных систем беспроводного доступа и выборе мест установки точек доступа необходимо учитывать степень влияния различных препятствий на прохождение радиосигнала.

В таблице 3.8 представлены наиболее часто встречающиеся препятствия, влияющие эффективность передачи сигнала. Системы Wi-Fi, представляют собой достаточно не сложную структуру (см. рис. 3.8) и состоят из точек доступа, объединенных в единую сеть коммутатором, и подключенного к этой сети сервера с установленным на нем программным коммутатором Central WifiManager CWM-100.

Таблица 3.8 - Потери сигнала Wi-Fi при прохождении препятствий

Препятствие	Дополнительные потери (dB)	Эффективный радиус действия после прохождения
Открытое пространство		100%
Окно без тонировки (отсутствует металлизированное покрытие)		70%
Пластиковая стенка (Офисная перегородка)		60%
Стена из гипсокартона		55%
Окно с тонировкой (металлизированное покрытие)	5-8	50%
Деревянная стена		30%
Межкомнатная стена (15 см)	15-20	15%
Несущая стена (30 см)	20-25	10%
Бетонный пол/потолок	15-25	10-15%
Монолитное железобетонное перекрытие	20-25	10-5%

Рисунок 3.8 - Структурная схема системы Wi-Fi