Мощность передатчика 20 dbm. Мощность Wi-Fi передатчика 20 дБм: важные нюансы для домашних сетей

Как влияет мощность Wi-Fi передатчика на работу домашней сети. Почему высокая мощность не всегда лучше. Какие факторы реально определяют качество Wi-Fi соединения. Как оптимизировать настройки роутера для стабильной работы.

Ключевые факторы, влияющие на работу Wi-Fi

При настройке домашней Wi-Fi сети многие пользователи ошибочно полагают, что чем выше мощность передатчика роутера, тем лучше будет работать беспроводное соединение. Однако это не совсем так. Рассмотрим основные факторы, влияющие на качество Wi-Fi связи:

• Мощность передатчика роутера
• Мощность передатчика клиентских устройств
• Чувствительность приемников
• Усиление антенн
• Помехи и шумы
• Препятствия на пути сигнала
• Загруженность используемого канала

Как видим, мощность передатчика роутера — лишь один из факторов, причем не самый важный. Рассмотрим подробнее, почему чрезмерное увеличение мощности может быть даже вредным.

Почему высокая мощность Wi-Fi передатчика не всегда лучше

Максимально разрешенная мощность Wi-Fi передатчика в России составляет:

• 20 дБм (100 мВт) в диапазоне 2.4 ГГц
• 23 дБм (200 мВт) в диапазоне 5 ГГц

Казалось бы, чем ближе к этим значениям, тем лучше. Однако на практике это не так. Причины:

1. Возникает асимметрия мощности между роутером и клиентскими устройствами. Роутер может «слышать» клиентов, но они его — нет.
2. Увеличивается уровень помех для соседних сетей.
3. Растет энергопотребление роутера.
4. Повышается вероятность интерференции с другими устройствами.

Поэтому оптимальная мощность передатчика обычно ниже максимально разрешенной.

Как асимметрия мощности влияет на качество связи

Важный момент — мощность передатчиков клиентских устройств (смартфонов, ноутбуков) обычно ниже, чем у роутеров. Типичные значения:

• Роутеры: 15-20 дБм
• Смартфоны: 10-14 дБм
• Ноутбуки: 12-16 дБм

При чрезмерно высокой мощности роутера возникает ситуация, когда роутер «слышит» удаленные клиентские устройства, но они не могут «докричаться» до роутера из-за недостаточной мощности. Это приводит к нестабильной связи.

Что реально определяет скорость и надежность Wi-Fi соединения

Ключевые факторы, влияющие на качество Wi-Fi связи:

1. Соотношение сигнал/шум (SNR) на приемной стороне
2. Загруженность используемого канала (утилизация)
3. Наличие помех от других устройств
4. Препятствия на пути сигнала
5. Расстояние между устройствами

Именно эти параметры в первую очередь определяют стабильность соединения и скорость передачи данных. Высокая мощность передатчика сама по себе не гарантирует хорошую связь.

Оптимальные настройки мощности Wi-Fi для домашней сети

Для достижения наилучшего баланса между дальностью связи и стабильностью рекомендуется:

1. Начать с мощности передатчика 25-50% от максимума
2. Провести замеры уровня сигнала в разных точках квартиры
3. При необходимости немного увеличить мощность
4. Добиться стабильного приема во всех нужных зонах
5. Не превышать 70-80% от максимальной мощности

Такой подход позволит получить оптимальное покрытие без создания помех соседям и проблем с асимметрией мощности.

Влияние утилизации канала на производительность Wi-Fi

Утилизация канала — это доля времени, в течение которого канал занят передачей данных. При высокой утилизации падает скорость для всех пользователей. Основные причины:

• Большое количество подключенных устройств
• Активная передача данных (например, торренты)
• Наличие соседских сетей на том же канале
• Помехи от других устройств

Для снижения утилизации рекомендуется:

1. Выбирать наименее загруженный канал
2. Использовать режим 802.11n или ac вместо b/g
3. Ограничивать скорость «прожорливых» приложений
4. По возможности переводить устройства на 5 ГГц

Это позволит повысить реальную скорость передачи данных для всех пользователей сети.

Как уменьшить помехи и улучшить качество Wi-Fi сигнала

Помимо оптимизации мощности передатчика, для улучшения качества Wi-Fi связи рекомендуется:

1. Выбрать оптимальное расположение роутера
   • В центре покрываемой зоны
   • На возвышении
   • Вдали от металлических предметов и электроники
2. Использовать режим 802.11ac на 5 ГГц при возможности
3. Обновить прошивку роутера до последней версии
4. Отключить устаревшие режимы (802.11b)
5. Настроить ширину канала 20 или 40 МГц
6. Использовать внешние направленные антенны при необходимости

Комплексный подход к оптимизации настроек позволит добиться максимального качества Wi-Fi связи в домашних условиях.

Разбираемся, как работает Wi-Fi, почему не нужен мощный роутер и что реально влияет на работу сети

Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.

Примечание: сразу уточню – речь идет о типичном «домашнем» применении Wi-Fi роутеров или точек доступа, а не о специализированных решениях, требующих дальней связи и т.п.

рекомендации

Сила есть – ума не надо?

Темная сторона силы 

Итак, пусть изначально у нас есть некий стандартный роутер/точка доступа с официально разрешенными для нашей страны параметрами по мощности сигнала, который работает «в полную силу», то есть на мощности передатчика 100%. Напоминаю, это 23 дБм / 200 мВт в диапазоне 5ГГц или 20 дБм / 100 мВт в диапазоне 2,4 ГГц.

Примечание: единица измерения мощности беспроводного сигнала измеряется в дБм или мВт. 

Излучаемый роутером/ТД сигнал распространяется вокруг, и попадает на приемные устройства, существенно ослабнув «по пути». Какой примерно сигнал мы имеем на стороне клиента (смартфона, планшета, ноутбука и т.д.)? Ну, к примеру, -50 дБм / 0.00001 мВт или -67 дБм / 0.0000002 мВт.

В то же время беспроводной клиент, который обычно представляет собой мобильное устройство, имеет задачу не только подключиться к сети, но и подольше проработать от батареи. Поэтому клиент не «выбрасывает» напрасно энергию в эфир. Мощность передатчика клиентов обычно находится на уровне 11-17 дБм (12.5-50 мВт). То есть, эта мощность в от 8 до 2 раз меньше, чем мощность сигнала роутера, если говорить об устройствах в  2,4 ГГц диапазоне.

При этом у беспроводных роутеров/ТД всегда есть CCA Threshold – порог слышимости сигнала, и если уровень сигнала не превышает этот порог, роутер/ТД считает его шумом. Предположим, этот порог — 82 дБм. Таким образом, наш условный роутер с 5 дБи антеннами будет работать с устройствами, уровень сигнала от которых в точке размещения роутера не менее -87 дБм (-87 дБм сигнал + 5 дБи коэффициент усиления антенны роутера = -82 дБм).  

Примечание: разумеется, это чисто условный пример, в котором все параметры условно-типичные и даны для понимания ситуации; ваш роутер может иметь антенны с коэффициентом усиления отличающимся от 5 дБи, и иной порог, например — для определенного оборудования Ubiquiti в целом стабильная связь гарантируется при уровне сигнала до -70дБм; порог для сетей 5ГГц ниже чем для 2,4 ГГц даже на одном и том же оборудовании и т.п., но это нюансы, в которые мы углубляться не будем.

В целом для роутера и клиента можно руководствоваться простым правилом: при прочих равных условиях, сигнал теряет 6 дБ мощности (т.е. в 4 раза) при увеличении расстояния от передатчик в 2 раза.

Однако, как было сказано выше, мощность сигнала роутера/ТД обычно в 2-8 раз выше, чем на клиентах. И с отдалением от роутера/ТД неизбежно возникнет ситуация, когда клиент будет слышать сигнал роутера хорошо, а вот роутер будет слышать более слабый сигнал клиента на «грани» возможностей или не слышать вообще (так как уровень сигнала клиента будет опускаться за порог слышимости CCA Threshold). И возникнет странная ситуация, когда сигнал Wi-Fi от роутера на клиентском устройстве вроде бы ловится, но связи нет или она постоянно «отваливается». 

Причина в асимметрии «силы» связи: к примеру, когда клиент мощностью 14 дБм слышит роутер/ТД на -84 дБм (-84 дБм + 2 дБи коэффициент усиления антенны клиента = условный порог слышимости -82 дБм), до роутера/ТД доходит сигнал от клиента лишь на уровне -90 дБм, что находится ниже порога слышимости. При указанных условиях беспроводная связь гарантированно оборвется. 

То есть, в каналах беспроводной связи уже при типичных стандартных параметрах работы роутеров/ТД возникает существенная проблема со связью, вызванная асимметрией мощностей Wi-Fi излучателей. И если дополнительно поднять мощность сигнала на одной стороне (роутере/ТД), то проблема только усугубится. Перемещаясь с мобильными клиентами, вы все более часто будете сталкиваться с ситуацией, когда Wi-Fi роутер «теряет» устройства, и именно потому, что у него существенно более сильный сигнал. Клиент «услышит» роутер/ТД, а роутер клиента – нет. Вот почему серьезные производители оборудования не рекомендуют использовать Wi-Fi роутеры и точки доступа на максимальной мощности. Привожу в доказательство фрагмент презентации Cisco (с полной презентацией можно ознакомится здесь).

   

Даже наоборот, для устранения асимметрии и получения стабильной связи рекомендуется понизить мощность Wi-Fi передатчика в роутере/ТД. 

Но если не мощность сигнала, то что же тогда определяет скорость и надежность Wi-Fi соединения?

 

Скорость подключения, которая ни о чем не говорит.

Скорость подключения по Wi-Fi определяют три параметра: тип модуляции, количество потоков (зависит от количества антенн) и ширина радиоканала.  

Но «теоретическая» скорость подключения на основе вышеуказанных параметров имеет мало общего с реальной скоростью работы беспроводной сети. Что же оказывает влияние на эту скорость?

Дело в том, что модуляция в сети непостоянна. Самые прогрессивные модуляции на сегодня — 256 QAM и 1024 QAM (модуляция определяет, сколько бит передается в одном радиосимволе). Но! Эти плотные модуляции очень чувствительны к шуму. И достигаются они только при высоком соотношении сигнал/шум (SNR), когда клиент находится близко к Wi-Fi роутеру/ТД. С удалением от роутера/ТД растет шум, SNR падает, модуляция упрощается для надежности соединения и, как следствие – падает скорость связи. Плюс свою лепту в проблемы сети добавляет интерференция.

Интерференция и шум

Причиной коллизий из-за интерференции в Wi-Fi сетях являются беспроводные устройства, работающие на том же или близком канале. Это вполне могут быть соседские Wi-Fi устройства, а не ваши, и повлиять на их работу вы не сможете. 

Примечание: в частности, поэтому рекомендуется использовать непересекающиеся каналы для соседних Wi-Fi роутеров; непересекающиеся каналы помогают избегать интерференции (хотя полностью проблему, конечно, не решают – проблемы растут по мере удаления от передатчиков).

Итак, интерференция – это помеха, вызываемая радиоволнами соседних Wi-Fi устройств.  

Источником шума в беспроводных сетях являются не Wi-Fi устройства, использующие для работы тот же радиочастотный диапазон, что и Wi-Fi оборудование. Это различные Bluetooth устройства, 2,4ГГц и 5 ГГц ресиверы, радиотелефоны, микроволновые печи и другое оборудование. 

Примечание: впрочем, поврежденные пакеты Wi-Fi и сигналы от устройств за пределами порога CCA Threshold тоже считаются шумами. Сигналы от Wi-Fi устройств, работающих отдаленно от роутера на том же канале, не считаются интерференцией, поскольку сигналы таких устройств не могут быть демодулированы.

Как уменьшить интерференцию и шум в Wi-Fi сети? Для домашнего пользователя я вижу только два варианта действий: перейти на другой канал и провести деагрегацию каналов. Так как объединение каналов уже само по себе ухудшает SNR: каждый дополнительный 20 MГЦ канал отнимает примерно 3dB у показателя SNR.

Примечание: уменьшение ширины канала в 10 раз увеличивает соотношение сигнал-шум в те же 10 раз. Вот почему в стандарте 802.11ax реализована идея разделения канала на дополнительные поднесущие. Сужение канала повышает соотношение сигнал/шум, что и дало возможность использовать прогрессивную кодировку 1024 QAM.

Но решающее влияние на быстродействие вашей сети будет оказывать не соотношение сигнал/шум, не интерференция как таковая, не мощность беспроводного сигнала, и уж тем более не количество беспроводных сетей вокруг, как ошибочно думают многие. Быстродействие вашей беспроводной сети будет в значительной степени определяться утилизацией канала. Ну, если вы живете не в тайге среди медведей, конечно. Там Wi-Fi каналы утлилизировать будет некому, кроме вас. 

Проблемы утилизации

Что такое утилизация канала? И почему она сильно влияет на скорость работы Wi-Fi сети? Утилизация — это доля эфирного времени, которую занимают все работающие на данном канале устройства, и чьи сигналы могут быть демодулированы нашим Wi-Fi роутером/ТД, то есть энергия которых выше за CCA Threshold. По сути, пакеты нашей сети «втискиваются» в доступные узкие эфирные рамки между пакетами других сетей, работающих в этом же радиодиапазоне. Увы, но с максимальной производительностью наша беспроводная сеть работает лишь тогда, когда соседские сети на используемом канале не слишком активны или простаивают (а лучше всего – если они на нем отсутствуют). Вот почему настоятельно рекомендуется уходить на самые «незанятые» Wi-Fi радиоканалы. Там банально меньше «утилизаторов» сети. 

Примечание: утилизация важна потому, что в Wi-Fi сетях доступ эфирному диапазону реализован по протоколу CSMA/CA (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий), согласно которому беспроводные устройства периодически «слушают» свою частоту на канале, и если она занята, передача данных откладывается, а затем через некоторое время устройство снова делает попытку прослушивания частоты.

Отметим, что утилизация канала никак не влияет на отображаемую в системе скорость беспроводного подключения, но в то же время имеет огромное влияние на реальную практическую производительность беспроводной сети.  

Живой пример: стоит одному из беспроводных пользователей поставить на закачку какой-нибудь крупный файл (не говоря уже о торрентах), не выставив разумных ограничений на темп загрузки, как скорость работы всех остальных пользователей на используемом таким юзером Wi-Fi канале существенно упадет, именно из-за утилизации канала. Причем неважно, подключены пользователи к этой же сети, или же к ближайшим сетям использующим тот же Wi-Fi канал. Более того, эффект негативно скажется и на соседних Wi-Fi каналах тоже. 

Какой уровень утилизации канала может быть приемлем? Компания Cisco полагает что при утилизации канала более 80%, «ловить» в сети уже нечего. Нет, сеть, конечно, будет работать и при такой утилизации. Но о работе в чем-то близком к реалтайму речь уже не идет. 

Низкая утилизация канала — отлично

Средняя утилизация канала — приемлемо

 

Примечание: не факт, что на канале, на котором меньше всего Wi-Fi сетей, самая низкая утилизация канала — все зависит от сценариев эксплуатации сетей. Установить канал(ы) с самой низкой утилизацией можно только эмпирическим путем.   

Одним из эффективных средств уменьшения канальной утилизации (речь идет о средствах, доступных для домашних пользователей), являются: переход на другой канал, уменьшение количества подключенных клиентов в сети, особенно медленных (возможно стоит перевести их в отдельную сеть), уменьшения количества неподключенных Wi-Fi клиентов в зоне действия сети, а также — уменьшение радиуса действия беспроводного роутера, то есть уменьшение мощности передатчика (это отсечет самых дальних и медленных клиентов, которые долго занимают канал и «тормозят» сеть, а также дальние неподключенные устройства,  которые регулярно отправляющие менеджмент-фреймы, в том числе не ваши устройства). 

Примечание: для устранения конфликтов с соседними сетями Wi-Fi сейчас введен идентификатор BSS Color (Base Service Station), который помечает каждый пакет, что позволяет роутерам и клиентам определить, какие пакеты передаются от соседних сетей, и просто игнорировать их.  Это снижает интерференцию от соседних беспроводных сетей и ускоряет передачу данных, но эта возможность доступна только в новейшем стандарте 802.11ах. 

 

Итог

Как видим, использование роутера с большой мощностью Wi-Fi сигнала вовсе не означает, что ваша сеть будет работать лучше, станет надежнее или «дальнобойнее». Скорее наоборот. Чем более мощный Wi-Fi роутер/ТД и чем больше радиус его покрытия – тем больше интерференции и шумов такое устройство наловит, тем больше будет утилизация беспроводных каналов и меньше – производительность сети. Да еще и соседям такой гаджет будет создавать лишние помехи. Как-то так.

Ну а если вам есть что прибавить к вышесказанному – прошу в комментарии. 

Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.

Дальность действия WiFi роутера: принципы вычисления

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).

Contents

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

Предыдущая

D-LinkМетоды ускорения работы роутера

Следующая

LanТюнингуем локальную сеть роутера

Понимание расчетов диапазона беспроводной связи | Electronic Design

Загрузите эту статью в формате . PDF

Одним из ключевых расчетов в любой беспроводной конструкции является диапазон, максимальное расстояние между передатчиком и приемником для нормальной работы. В этой статье определяются факторы, связанные с расчетом дальности, и показано, как оценить дальность, чтобы обеспечить надежную связь.

Почему фактический диапазон может не совпадать с заявленным диапазоном

Вы когда-нибудь покупали беспроводную радиостанцию ​​для встраиваемого проекта и обнаруживали, что не достигли радиочастотного (РЧ) диапазона, указанного в техническом описании? Почему это? Вероятно, это связано с различиями между тем, как поставщик измерил дальность, и тем, как вы используете радио.

Поставщики обычно определяют диапазон, определяя его эмпирическим путем на основе реальных испытаний или путем расчета. Любой подход хорош, если вы учитываете все переменные. Однако эмпирическое решение может выявить реальные ситуации, которые не учитываются расчетами.

Прежде чем мы сравним подходы, давайте определим несколько терминов, чтобы понять цифры производителя или соответствующие переменные для диапазона.

Расчеты мощности и дБм

ВЧ-мощность чаще всего выражается и измеряется в децибелах с милливаттным эталоном или дБм. Децибел — это логарифмическая единица, представляющая собой отношение мощности системы к некоторому эталону. Значение в децибелах, равное 0, эквивалентно отношению 1. Децибел-милливатт — это выходная мощность в децибелах по отношению к 1 мВт.

Так как дБм основан на логарифмической шкале, это абсолютное измерение мощности. При каждом увеличении на 3 дБм выходная мощность увеличивается примерно вдвое, а каждое увеличение на 10 дБм соответствует десятикратному увеличению мощности. 10 дБм (10 мВт) в 10 раз мощнее 0 дБм (1 мВт), а 20 дБм (100 мВт) в 10 раз мощнее 10 дБм.

Вы можете преобразовать мВт в дБм, используя следующие формулы:

P(дБм) = 10 · log ₁₀ (P(мВт))

P(мВт) = 10 ^{(P(дБм)/10)}

Например, мощность 2,5 мВт в дБм:

дБм = 10log2,5 = 3,979

или около 4 дБм. Значение дБм, равное 7 дБм в мВт мощности:

P = 10 ^7/10 = 10 ^0,7 = 5 мВт

Потери в тракте

радиоволна распространяется на большое расстояние. Основным фактором потерь на трассе является уменьшение мощности сигнала на расстоянии самих радиоволн. Радиоволны подчиняются закону обратных квадратов плотности мощности: плотность мощности пропорциональна обратному квадрату расстояния. Каждый раз, когда вы удваиваете расстояние, вы получаете только одну четвертую мощности. Это означает, что каждое увеличение выходной мощности на 6 дБм удваивает достижимое расстояние.

Помимо мощности передатчика, еще одним фактором, влияющим на дальность действия, является чувствительность приемника. Обычно выражается в –дБм. Поскольку и выходная мощность, и чувствительность приемника указаны в дБм, вы можете использовать простое сложение и вычитание для расчета максимальных потерь на трассе, которые могут возникнуть в системе:

Максимальные потери на трассе = мощность передачи – чувствительность приемника + усиление – потери

Коэффициенты усиления включают любые усиления, возникающие в результате использования направленных передающих и/или приемных антенн. Усиление антенны обычно выражается в дБи относительно изотропной антенны. Потери включают затухание в фильтре или кабеле или известные условия окружающей среды. Это соотношение также может быть сформулировано как бюджет канала, который представляет собой учет всех выигрышей и потерь системы для измерения уровня сигнала в приемнике:

Принимаемая мощность = мощность передачи + усиление – потери

Цель состоит в том, чтобы принимаемая мощность превышала чувствительность приемника.

В свободном пространстве (в идеальных условиях) закон обратных квадратов является единственным фактором, влияющим на дальность. Однако в реальном мире радиус действия также может быть ограничен другими факторами:

• Препятствия, такие как стены, деревья и холмы, могут вызвать значительную потерю сигнала.

• Вода в воздухе (влажность) может поглощать радиочастотную энергию.

• Металлические предметы могут отражать радиоволны, создавая новые версии сигнала. Эти множественные волны достигают приемника в разное время и деструктивно (а иногда и конструктивно) интерферируют друг с другом. Это называется многолучевым распространением.

Fade Margin

Существует множество формул для количественной оценки этих препятствий. Однако, публикуя значения дальности, производители часто игнорируют препятствия и указывают только дальность прямой видимости (LOS) или идеальную дальность пути. Справедливости ради производитель, невозможно знать все среды, в которых может использоваться радио, поэтому невозможно рассчитать конкретный диапазон, которого можно достичь. Производители иногда включают в свои расчеты запас на выцветание, чтобы предусмотреть такие условия окружающей среды. Таким образом, уравнение для расчета расстояния принимает следующий вид:

Максимальные потери на трассе = мощность передачи – чувствительность приемника + усиление – потери – запас на замирание

Запас на замирание – это допуск, который разработчик системы включает для учета неизвестных переменных. Чем выше запас на затухание, тем лучше будет общее качество связи. Если запас на затухание установлен равным нулю, бюджет канала по-прежнему действует, только в условиях прямой видимости, что не очень практично для большинства проектов. Величина запаса на затухание, которую необходимо включить в расчет, зависит от среды, в которой предполагается развертывание системы. Запас на затухание 12 дБмВт — это хорошо, но лучше от 20 до 30 дБмВт.

В качестве примера предположим мощность передачи 20 дБм, чувствительность приемника –100 дБм, усиление приемной антенны 6 дБи, усиление передающей антенны 6 дБи и запас на затухание 12 дБ. Потери в кабеле незначительны:

Максимальные потери на пути = мощность передачи – чувствительность приемника + усиление – потери – запас на затухание

В – максимальные потери на пути = 20 – (–100) + 12 – 12 = 120 дБ

Один раз на максимальном пути потеря найдена, диапазон можно найти по формуле:

Расстояние (км) = 10 ^{(максимальные потери на трассе – 32,44 – 20 log(f))/20}

, где f = частота в МГц. Например, если максимальные потери на трассе составляют 120 дБ на частоте 2,45 ГГц или 2450 МГц, диапазон будет равен:

Расстояние (км) = 10 ^{(120 – 32,44 – 67,78)/20} = 9,735 км

На рис. 1 показано соотношение между максимальными потерями на трассе и дальностью на частоте 2,45 ГГц.

1. Кривая показывает взаимосвязь между бюджетом канала или максимальными потерями на пути в дБм и предполагаемой дальностью в километрах.

Интерпретация эмпирических результатов

Несмотря на то, что эмпирические методы очень полезны при определении диапазона, часто бывает трудно достичь идеальной LOS для реальных измерений и трудно понять, какой запас на затухание должен быть заложен в систему. Результаты измерений могут помочь определить проблемы, выходящие за рамки распространения РЧ, которые могут повлиять на дальность действия системы, такие как многолучевое распространение, помехи и поглощение РЧ. Но не все тесты в реальном мире одинаковы, поэтому измерения в реальном мире должны использоваться в первую очередь для подтверждения значений бюджета канала, рассчитанных выше.

Факторы, которые могут повлиять на диапазон, достигнутый в эмпирическом тесте, включают усиление антенны, высоту антенны и помехи. Усиление антенны является ключевым источником усиления в системе. Часто производители сертифицируют свои радиостанции для работы с различными типами антенн, от Yagi с высоким коэффициентом усиления и патч-антенн до всенаправленных антенн с более умеренным коэффициентом усиления. Важно убедиться, что тесты проводились с тем же типом антенны, с которой вы сейчас используете радиостанцию. Замена антенны на 6 дБм на антенну на 3 дБм как на стороне передачи, так и на стороне приема вызовет разницу в 6 дБм в бюджете канала и уменьшит дальность вдвое.

Высота антенны и зона Френеля

Высота антенны — еще одна проблема, связанная с эмпирическими измерениями. Увеличение высоты антенны делает две основные вещи. Во-первых, это может помочь вам преодолеть любые возможные препятствия, такие как автомобили, люди, деревья и здания. Во-вторых, это может помочь получить ваш истинный путь сигнала RF LOS с зазором не менее 60% в зоне Френеля.

Зона Френеля представляет собой эллипсоид между передатчиком и приемником, площадь которого определяется длиной волны сигнала. Это рассчитанная площадь, которая стремится учесть блокировку или дифракцию радиоволн. Он используется для расчета надлежащего зазора, который сигнал должен иметь вокруг препятствий для достижения оптимальной мощности сигнала. Общее эмпирическое правило состоит в том, чтобы траектория прямой видимости была свободна от препятствий, высота которых не превышает 60% высоты антенны.

Кривизна Земли также может повлиять на LOS для беспроводных соединений дальнего действия. В таблице приведены некоторые примеры воздействия, когда высота Земли в средней точке трассы связи не учитывает холмы или другие особенности рельефа, а высота антенны обеспечивает сигнал, который составляет не менее 60 % в зоне Френеля.

Во многих практических условиях ваши приемопередатчики могут работать с меньшей высотой антенны, но стоит поспорить, что производители размещают свои антенны на соответствующей высоте. Для вашего приложения вы должны стремиться иметь подходящую высоту антенны для достижения наилучшего диапазона. На рис. 2 показано, как расстояние пути, высота препятствия и высота антенны связаны с зоной Френеля.

2. Желаемая высота антенны определяется по высоте препятствия и с учетом запаса 60% для компенсации условий зоны Френеля.

Наконец, шум и помехи могут отрицательно сказаться на радиусе действия беспроводной системы. Шум нельзя контролировать, но его следует учитывать в диапазоне, если он является проблемой. В промышленных, научных и медицинских (ISM) диапазонах частот от 902 до 928 МГц (Северная Америка) и 2,4 ГГц (по всему миру) часто можно ожидать помех, но их учет затруднен. Изготовители могут проводить эмпирические испытания только при отсутствии помех. Вполне вероятно, что в вашей среде больше помех, чем было во время тестирования производителя.

Резюме

При таком количестве переменных в системе, как узнать, применим ли диапазон, заявленный производителем, к вашей системе? Часто невозможно узнать, проводились ли тесты эмпирически или были рассчитаны числа диапазона. В любом случае, анализируя максимальную мощность передачи и чувствительность приемника, вы можете создать базовый уровень для сравнения одной радиостанции с другой. Используя эти числа вместе с установленным запасом на затухание и любым усилением из-за антенн или потерь из-за ВЧ-кабелей, вы можете рассчитать максимальный бюджет канала. Затем используйте приведенное выше уравнение расстояния, чтобы рассчитать собственный диапазон. Для различных радиоустройств это должно стать хорошей отправной точкой для сравнения двух или трех систем, отвечающих вашим потребностям.

Чтобы понять, будут ли радиостанции работать в вашем приложении, вы должны стремиться к точным реальным тестам, которые могут учитывать высоту антенны, многолучевое распространение, помехи и препятствия. Откладывание реальных испытаний вашего приложения и использование только дословных данных производителя может привести к тому, что вы спросите: «Каков мой диапазон?»

Крис Дауни работает в Laird Technologies с 2007 года. Он отвечает за проектирование сети и устранение неполадок в сети передачи данных уровня 1, а также системное администрирование в общенациональной корпоративной сети. Ранее он был инженером по внедрению встроенных беспроводных модулей. В настоящее время он является менеджером по продуктам для беспроводных модулей на предприятии в Ленексе, штат Канзас. Он имеет степень бакалавра в области электротехники.  

CMT2119B + 20 дБм ВЧ-передатчик высокой мощности Sub-1G

CMT2119BW

+ 20 дБм Высокомощный радиочастотный передатчик Sub-1G

Описание

CMT2119B представляет собой высокопроизводительный радиочастотный передатчик на основе OOK и (G)FSK с мощностью передачи до 20 дБм, применимый к полосе частот 127–1020 МГц. беспроводные приложения. Продукт является частью семейства продуктов CMOSTEK NextGenRFTM, которое охватывает полную линейку продуктов, состоящую из передатчиков, приемников и приемопередатчиков.

Благодаря высокой плотности интеграции и упрощенной конструкции периферийных устройств он может обеспечивать мощность до 20 дБм, что значительно повышает производительность канала связи приложений. Поддержка нескольких форматов пакетов и кодеков делает его гибким для удовлетворения различных требований приложений в зависимости от различных форматов пакетов и методов кодирования. Кроме того, CMT2119B обеспечивает такие функции, как 64-байтовый Tx FIFO, богатую конфигурацию GPIO и прерываний, автоматический режим работы Tx, обнаружение низкого напряжения, сброс при включении питания, низкочастотный тактовый выход, ручную быструю скачкообразную перестройку частоты, что помогает выполнять гибкую разработку приложения, таким образом обеспечивая дифференцированные продукты. Работая в диапазоне напряжения питания 1,8–3,6 В, он потребляет ток всего 23 мА и 77 мА, обеспечивая мощность +13 дБм и +20 дБм соответственно.

Характеристики

• Диапазон частот: 127–1020 МГц

• Модуляция: OOK, (G) FSK и (G) MSK

• Скорость передачи данных: 0,5 — 300 кбит / с

• Диапазон напряжения: 1,8 — 3,6 В

• . DBM, 433,92 МГц, FSK 72 мА @ 20 дБм, 433,92 МГц, FSK

• Поддержка Auto TX Mode

• Sleep Current

  • 3003 NA (Deep Seek)

  • 8001 (Autwort

  • 300 NA (Deep Seek)

  • 8002 (Autwort

  .

• 3-проводной интерфейс SPI

• Support for direct mode and packet mode

• Configurable packet processor and 64-byte FIFO

• Codec with supports for non-return-to-zero, Manchester

• and data whitening functions

• Поддержка прямой коррекции ошибок

• 16-контактный корпус QFN3x3

Приложение

• Домашняя безопасность и автоматизация зданий

• ISM band data communication

• Industrial monitoring and control

• Remote control and security system

• Remote key entry

• Wireless sensor node

• Tag reader

Specification Загрузить

Проектная документация и ресурсы

DEMO & Tools：

WriterConfig_V1.