Характеристики WiFi обладнання

1. Потужність передавача (Tx Power, Output Power)
2. Чутливість приймача (Sensitivity, Rx Power)
3. Що таке MCS (Modulation and Coding Scheme)?
4. Ширина смуги (Channel Sizes)
5. Посилення антени (Gain)
6. Кут антени, ширина променя (Beamwidth, degree)

Для багатьох, хто тільки починає своє знайомство з WiFi, технічні параметри бездротового обладнання можуть здаватися не зовсім зрозумілими. Особливо, якщо специфікація - на англійській мові, як в разі MikroTik, Ubiquiti і інших вендорів.

Спробуємо розглянути деякі найбільш важливі параметри - що вони означають, на що впливають, в яких випадках і на які потрібно звертати увагу.

1. Потужність передавача (Tx Power, Output Power)
2. Чутливість приймача (Sensitivity, Rx Power)
3. Що таке MCS (Modulation and Coding Scheme)?
4. Ширина смуги (Channel Sizes)
5. Посилення антени (Gain)
6. Кут антени, ширина променя (Beamwidth, degree)

Потужність передавача (Tx Power, Output Power)

Різні одиниці виміру. Деякі виробники вказують потужність в mW, деякі - в dBm. Перекласти dBm в mW і навпаки, не забиваючи собі голову формулами перерахунку, можна за допомогою нашого калькулятора .

Варто зауважити, що залежність між цими двома поданнями потужності - нелінійна. Це легко побачити при порівнянні готових значень в таблиці відповідностей, яка розташована на тій же сторінці, де і вищенаведений калькулятор:

• Збільшення потужності на 3 dBm дає приріст в мВт в 2 рази.
• Збільшення потужності на 10 dBm дає приріст в мВт в 10 разів.
• Збільшення потужності на 20 dBm дає приріст в мВт в 100 разів.

Т. е., Зменшивши або збільшивши потужність в настройках "всього лише" на 3 дБм, ми фактично знижуємо або підвищуємо її в 2 рази.

Чим більше тим краще? Теоретично, існує пряма залежність - чим більше потужність, тим краще, далі "б'є" сигнал, тим більше пропускна здатність (обсяг переданих даних). Для магістральних каналів точка-точка з спрямованими антенами, що піднімаються на відкритих просторах, це діє. Однак у багатьох інших випадках не все так прямолінійно.

• Перешкоди в місті. Викручена на максимум потужність може швидше нашкодити, ніж допомогти в міських умовах. Занадто сильний сигнал, переотражаясь від численних перешкод, створює масу перешкод, і в підсумку зводить нанівець всі переваги великої потужності.
• Засмічення ефіру. Невиправдано потужний сигнал "забиває" канал передачі і створює перешкоди для інших учасників WiFi-руху.
• Синхронізація з малопотужними пристроями. Знижувати TX Power може бути необхідно п ри з'єднанні з малопотужними пристроями. Для гарної якості з'єднання, особливо двосторонньо ємного трафіку, такого як інтерактивні додатки, онлайн-ігри і т. Д. Потрібно домагатися симетрії швидкості для вхідних і вихідних даних. Якщо ж різниця в потужності сигналу між передавачем і приймають пристроями буде значна, це позначиться на з'єднанні не кращим чином.

Потужності має бути рівно стільки, скільки необхідно. навіть при настройки точок доступу радиться спочатку скинути потужність до мінімуму і поступово підвищувати, домагаючись найкращої якості сигналу. При цьому пам'ятайте про нелінійної залежності між потужністю, вираженої в дБм і фактичної енергетичної потужністю, про що ми говорили на початку статті.

Важливо також враховувати, що дальність і швидкість залежать не тільки від потужності, а й від КУ (коефіцієнта посилення) антени, чутливості приймача і т. Д.

Чутливість приймача (Sensitivity, Rx Power)

Чутливість приймача WiFi - це мінімальний рівень вхідного сигналу, який здатне прийняти пристрій. Від цієї величини залежить, наскільки слабкі сигнали приймач зможе розшифрувати (демодулировать).

Відповідно до цього можна підібрати обладнання для умов, в яких ви хочете підняти бездротове з'єднання.

"Слабкий" в даному випадку не обов'язково - "недостатньо потужний". Слабким сигнал може бути як в результаті природного загасання при передачі на далеку відстань (чим далі від джерела - тим слабкіше рівень сигналу), поглинання перешкодами, так і в результаті поганого (низької) співвідношення сигнал / шум. Останнє важливо, так як високий рівень шуму заглушає, спотворює основний сигнал, аж до того, що пристрій одержувача не зможе його "виділити" із загального потоку і розшифрувати.

Чутливість (RX Power) - це другий важливий фактор, що впливає на дальність зв'язку і швидкість передачі. Чим абсолютне значення чутливості більше, тим краще (наприклад, чутливість в -60 dbm гірше, ніж -90 dBm).

Чому чутливість відображається зі знаком мінус? Чутливість визначається подібно потужності в dBm, але зі знаком мінус. Причина цього - у визначенні dBm як одиниці виміру. Це відносна величина, і відправною точкою для неї служить 1 мВт. 0 дБм = 1 мВт. Причому співвідношення і шкала цих величин влаштовані своєрідним чином: при збільшенні потужності в мВт в кілька разів, потужність в дБм зростає на кілька одиниць (аналогічно потужності).

• Потужність радіопередавачів більше, ніж 1 мВт, тому виражається в позитивних величинах.
• Чутливість радіопередавачів, або точніше - рівень вхідного сигналу, завжди набагато менше 1 мВт, тому її прийнято виражати в негативних величинах.

Представляти чутливість в в мВт просто-напросто незручно, так як там будуть фігурувати такі цифри, як 0.00000005 мВт, наприклад. А при вираженні чутливості в dBm ми бачимо більш зрозумілі -73 dbm, -60dBm.

Чутливість - неоднозначний параметр в характеристиках точок доступу, роутерів, і т. П. (Втім, як і потужність, на самом деле). В реальності він залежить від швидкості передачі сигналу і в характеристиках обладнання зазвичай зазначений не однією цифрою, а цілої таблицею:

На скріншоті з специфікації Nanobeam M5-300 перераховані різні параметри передачі сигналу WiFi (MCS0, MCS1 і т. д.) і то, яку потужність і чутливість сигналу показує пристрій з ними.

Тут ми впираємося в ще одне питання - що означають всі ці абревіатури (MCS0, MCS1, 64-QAM і т. Д.) В специфікаціях, і як нам все-таки з їх допомогою визначити чутливість точки?

Що таке MCS (Modulation and Coding Scheme)?

MCS в перекладі з англійської розшифровується як "модуляції і схеми кодування". У побуті його іноді називають просто "модуляції", хоча щодо MCS це не зовсім вірно.

Що таке модуляція? Для узгодження просторових потоків між різними пристроями і підвищення ефективності передачі в радіотехніці вже досить давно використовуються модуляції сигналу. Модуляція - це коли на несучу частоту накладається сигнал з інформацією, видозмінений певним чином (шифрування, зміна амплітуди, фази і т. Д.).

В результаті виходить модульований сигнал. Згодом винаходяться все нові, більш ефективні методи модуляції.

Але MCS-індекс, який встановлюється стандартами IEEE, означає не просто модуляцію сигналу, а сукупність параметрів його передачі:

• тип модуляції,
• швидкість кодування інформації,
• кількість використаних при передачі просторових потоків (антен),
• ширину каналу при передачі,
• тривалість захисного інтервалу.

Результатом є певна канальна швидкість, одержувана при передачі сигналу з урахуванням кожної з таких сукупностей.

В цієї таблиці можна подивитися, яка швидкість (а також потужність, чутливість і інші параметри) якого індексу M CS відповідає, згідно затверджених стандартів 802.11n і 802.11ac.

Наприклад, якщо ми виберемо з вищенаведеної специфікації найкраще поєднання потужності (26 dBm) і чутливості (-96 dBm) - це MCS0.

Заглянемо в таблицю відповідності, і подивимося, що за параметри передачі у MCS0. Прямо скажемо, сумні параметри:

• 1 антена (1 просторовий потік)
• Швидкість передачі від 6,5 Мбіт / сек на каналі 20 МГц до 15 Мбіт / сек на каналі 40 МГц.

Тобто вищевказану потужність і чутливість сигналу точка дає тільки на таких низьких швидкостях. При визначенні чутливості точок доступу Wi-Fi (Та й потужності) нам краще орієнтуватися на індекси MCS в специфікації (datasheet) з більш ефективними, стандартними параметрами передачі.

Наприклад, в тій же специфікації на Nanobeam візьмемо MCS15: потужність 23 dBm, чутливість -75 dBm. У таблиці до цього індексу відповідає 2 просторових потоку (2 антени) і швидкість від 130 Мбіт / сек на каналі 20 МГц до 300 Мбіт / сек на 40 МГц.

Власне, саме на цих параметрах (2 антени, 20 МГц, 130 / 144.4 Мбіт / сек) в більшості випадків і працює Nanobeam (MCS15 в поле Max Tx Rate в AirOS зазвичай виставлено за замовчуванням).

Таким чином, стандартна, тобто використовувана найчастіше, чутливість Nanobeam M5-300 : -75 dBm.

Однак слід врахувати те, що іноді потрібніше якраз не висока швидкість, а стабільність линка, або дальність, в цих випадках в налаштуваннях можна змінити модуляцію на MCS0 і інші низькі канальні швидкості.

Таблицю MCS-індексів (або таблицю швидкостей, як її іноді називають) також використовують для зворотного пошуку: прораховують, якій швидкості можна добитися на певній потужності і чутливості Wi-Fi обладнання .

Ширина смуги (Channel Sizes)

В WiFi для передачі даних використовується поділ всієї частоти на канали. Це дозволяє впорядкувати розподіл радіочастотного ефіру між різними пристроями - кожне обладнання може вибрати для роботи менш зашумленний канал.

Спрощено такий поділ можна порівняти з шосе. Уявіть, що було б, якщо вся дорога була однією суцільною смугою (нехай навіть односторонньої) з потоком машин. А ось 3-4 смуги вже вносять певний порядок в рух.

Складаємо і ділимо. Стандартна ширина каналу в WiFi - 20 МГц. Починаючи з 802.11n була запропонована і регламентована можливість об'єднання каналів. Беремо 2 канали по 20 МГц і отримуємо 1 на 40 МГц. Для чого? Для збільшення швидкості і пропускної здатності. Ширше смуга - більше даних можна передати.

Недолік широких каналів: більше перешкод і меншу відстань передачі даних.

Існує також зворотна модифікація каналів виробниками: зменшення їх ширини: 5, 10 МГц. Вузькі канали дають велику дальність передачі, але меншу швидкість.

Модифікована ширина каналу (зменшена або збільшена) і є ширина смуги.

На що впливає: на пропускну здатність і "далекобійність" сигналу, наявність декількох смуг - на можливість тонкого налаштування цих характеристик.

Посилення антени (Gain)

Це ще один важливий параметр, який впливає на дальність сигналу і пропускну здатність.

під посиленням антени WiFi не слід розуміти те, що вона додасть вашому сигналу потужності. Антена - пасивне пристрій, що не споживає електроенергію, і не може "додавати потужність" хоча б за законом збереження енергії.

Коефіцієнт посилення (КУ) - це відносна величина, яка вимірюється в ізотропних децибелах (dBi). За відправну точку для розрахунку цього коефіцієнта (тих самих цифр, які ми бачимо в графі "Посилення антени" в технічних характеристиках) береться віртуальна (неіснуюча) еталонна ізотропна антена.

Яким же чином антена може посилювати сигнал?

Візьмемо для прикладу ліхтарик з можливістю зміни фокусування променя.

Широкий промінь буде висвітлювати велику площу, але недалеко.

Вузький промінь буде висвітлювати меншу площу, але "дістане" далі.

Приблизно так само працює і посилення антени.

Подивимося на прикладі діаграми спрямованості.

Діаграма спрямованості (ДН) - графічне відображення поширення потужності сигналу WiFi від джерела. За радіусу діаграми відкладається значення посилення антени. Оскільки промінь поширюється в просторі і горизонтально, і вертикально, то і діаграми спрямованості робляться в двох площинах: горизонтальній і вертикальної.

ДН еталонної (неіснуючої) ізотропної антени:

Як бачите, тут випромінювання йде на всі боки, і в горизонтальній площині, і у вертикальній. У тривимірному вигляді це виглядає приблизно так:

В реальних же антенах - спрямованих, секторних і навіть всеспрямованих - антена перерозподіляє сигнал, "фокусує" його.

Діаграма всенаправленной антени.

На малюнку - ДН антени Omni (поляризація антени подвійна, тому представлені "зрізи" горизонтальної та вертикальної площин обох поляризацій).

У вертикальній площині (Elevation) діаграма всенаправленной антени "стиснулася", звузилася. Перерозподілу енергія пішла на посилення сигналу в горизонтальній площині, антена "додала" потужності в одному напрямку, "забравши" його в іншого.

Саме тому всеспрямовані антени найчастіше мають найменше посилення, а спрямовані - найбільше (більше потенціалу для перерозподілу сигналу).

Звичайно, посилення антени нерівномірно на всій площі покриття. Якщо в параметрах спрямованої антени вказано, наприклад, 20 dBi, то це посилення відноситься тільки до головного пелюстка антени, які не до бічних. Існують формули розрахунку посилення, і, відповідно, потужності в будь-якій точці діаграми спрямованості, але ми не будемо тут на них зупинятися.

Так на скільки збільшилася потужність завдяки посиленню антени? Незважаючи на те, що потужність і посилення антени виражаються, здавалося б, різними величинами (dBm і dBi), насправді і те, і те - децибели, просто відлік ведеться від різних опорних точок. Децибели можна спокійно додавати і віднімати між собою, власне, в цьому їх принадність.

Тому, знаючи потужність передавача (в dBm) і коефіцієнт посилення антени (в dBi), можна розрахувати, якою стала потужність після посилення (по головному пелюстку діаграми спрямованості). Складаємо потужність (наприклад 23 dBm) і посилення (наприклад, 30 dBi) і отримуємо 53 dBm.

Перевівши dBm в мВт, бачимо, що потужність зросла з 200 мВт (23 дБм) майже до 200 Вт!

Кут антени, ширина променя (Beamwidth, degree)

Кут антени або ширина променя - характеристика, яка важлива для правильного підбору обладнання для різних цілей (створення Wi-Fi моста, установка базової станції і т. Д.).

Наприклад, для базової станції немає обладнання з вузьконаправленим променем, а для моста (бридж) навпаки, такі точки доступу, як PowerBeam M5-300 , Будуть найбільш ефективні.

Іноді ширину променя або кут антени називають також діаграмою спрямованості, хоча, на наш погляд, це не зовсім вірно, або ж кутом діаграми спрямованості, що більш відповідає дійсності.

Не слід плутати цей параметр з кутом нахилу антени, нижче на зображенні видно різницю між цими двома поняттями.

Сигнал WiFi поширюється не прямою лінією, а променем. Відповідно, якщо зробити зріз такого променя, ми отримаємо його геометричне уявлення. Приблизно так, як на картинці.

Кут антени визначається в двох площинах: вертикальній і горизонтальній. У технічних характеристиках це може позначатися як Azimuth (по горизонталі, грубо кажучи поширення сигналу щодо стоїть на землі людини вправо і вліво) і Elevation (по вертикалі, поширення сигналу WiFi вгору і вниз). Ці характеристики також можуть наводитися окремо для горизонтальної (H-pol) і вертикальної (V-pol) поляризації антени.

Відповідно, при підборі обладнання необхідно враховувати кут антени в обох площинах. Наприклад, досить часто всеспрямовані антени мають кут 360 ° в горизонтальній площині і дуже вузький (7 °, наприклад, у AMO-5G13 ) У вертикальній.

Це означає, що якщо по горизонталі клієнтське обладнання можна розташовувати де завгодно, і воно буде в зоні покриття WiFi, то по вертикалі потрібно буде підняти його на певну висоту, щоб потрапити в зону дії сигналу.

Як визначити кут антени (ширину променя) по діаграмі. Якщо кут антени (ширина променя) не зазначена в технічних характеристиках, її можна визначити за тією ж діаграмі спрямованості. Шириною променя буде кут, побудований за допомогою трьох точок:

• центру діаграми,
• 2-х точок перетину лінії діаграми антени (пелюсток) з умовною окружністю на рівні -3 dBi. Чому саме 3 dBi - не вдаватимемося, це прийнята величина половинній потужності.

Зрозуміліше буде, якщо побачити це в графічному відображенні.

Наприклад, візьмемо, ДН Mikrotik SXT ac.

Діаграми спрямованості від MikroTik хороші тим, що кут антени (ширина променя) там вже промальований (сині лінії).

На інших такий кут можна прокреслити і виміряти самим (школа, уроки геометрії, транспортир :))

Види антен в залежності від ширини променя (кута). Як уже згадувалося, антени бувають всеспрямованими, секторними і спрямованими. Визначає це кут антени - т. Е ширина променя сигналу WiFi - в горизонтальній площині.

• Всеспрямовані антени мають кут променя 360 °
• Секторні - найчастіше 60 °, 90 °, 120 ° і ін., Вони ділять загальну окружність на рівні сектора.
• Вузьконаправлені - 3 °, 5 °, 8 ° і т. Д.

Сподіваємося, що інформація була вам корисною :).

Про інших параметрах (поляризація антени, MIMO, і т. Д.) - в наступній статті .