Výkony, limity ČTU a GL č. 12/R/2000

Informace co a jak nastavit. Co a jak řešit.
Návody jsou postupně přesunovány na wiki.khnet.info

Moderátoři: Monty, Baracuda

Výkony, limity ČTU a GL č. 12/R/2000

Nový příspěvekod ludvik » 24.05.2005 10:15:22

Dosah jakéhokoliv rádiového spojení je založen na jediném principu - úroveň signálu, který vyjde z výstupu vysílače, může po cestě poklesnout jen natolik, aby byla na vstupu přijímače vyšší, než je jeho citlivost (tedy schopnost ho ještě zpracovat). Úroveň signálu naštěstí nemusí po cestě jen klesat, např. zisk antén je téměř vždy kladný a proto signál "zesilují".

Ve Wi-Fi jsme při plánování bezdrátových spojů omezeni důležitým faktem - úroveň vysílaného signálu na výstupu z antény nesmí přesáhnout určitou maximální hodnotu. Ta je stanovena Českým telekomunikačním úřadem (ČTÚ) v tzv. Generální licenci č. GL-12/R/2000, naposledy doplněné v minulém roce (2003). Generální licence užívá poměrně složité pojmy, ale pro další výpočty stačí pouze vyjít z toho, že by neměla být překročena hodnota +20 dBm.

Jednotka dBm je vztažena k výkonu 1 miliwatt, tj. pokud má zařízení výkon 1 mW, rovná se to výkonu 0 dBm; 17 dBm odpovídá výkonu 50 mW a 20 dBm pak výkonu 100 mW neboli maximální hodnotě povolené ČTU.
O decibelu (dB):

Aby se úrovně, zisky a útlumy snadno počítaly, používají se decibely (dB). Je to bezrozměrná jednotka (podobně jako procento), která umožňuje používat místo pojmu "změna na X procent původní hodnoty" (tedy násobení) pojem "změna o Y dB" (tedy sčítání). Kladná hodnota v dB znamená poměr větší než jedna, záporná hodnota v dB znamená poměr menší než jedna. Při vyjadřování úbytku (útlumu) nebo přírůstku (zisku) znamená 0 dB žádný útlum a žádný zisk, tedy poměr 1:1, tj. v obou případech je na výstupu stejná úroveň jako na vstupu.

Vyjadřujeme-li v dB i absolutní úroveň (sílu) signálu, pak jsou to vždy dB vztažené k nějaké (dohodnuté, standardní) hodnotě. Tedy 0 dB signálu neznamená žádný signál, ale naopak přesně tu samou úroveň, na které jsme se předem domluvili a ke které vše vztahujeme. Úroveň signálu vyjádřená v dB může být i záporná - je-li signál menší, než ta vztažná hodnota. Je třeba mít vždy na paměti, že dB vždy vyjadřuje pouze poměr!
Zisk antény vyjadřovaný v dB:

Zisk antény (v dB) je vyjádřením poměru. Do antén není přiváděna žádná dodatečná energie (pouze VF signál z karty či access pointu) a tak se tam signál nemůže nijak zesílit (myšleno v absolutních jednotkách). Anténa, která má kladný zisk, je vždy anténa nějakým způsobem směrová, tj. soustředí svoji vysílací/přijímací schopnost jen do určitého směru, zatímco jiný směr se stává "hluchým". Zisk antény je pak vyjádřením poměru, kolikrát je ten určitý preferovaný směr antény zvýhodněn oproti situaci, kdyby se anténa chovala ve všech směrech stejně (tj. její tzv. vyzařovací diagram by byl ideální koule). I všesměrová anténa má zisk, je totiž všesměrová jen v jedné rovině a její vyzařovací diagram je placka (více nebo méně placatější). Proto všesměrová anténa příliš nefunguje ani nad sebe (kde to ani tak moc nepotřebujeme), ani pod sebe (kde už by nám to někdy chybět mohlo).

Při porovnávání antén se dále můžete setkat s jednotkami dBi a dBd - dBi je vztaženo k výkonu izotropního zářiče a dBd k výkonu půlvlnného dipólu. Pokud vám tedy bude výrobce antény tvrdit, že jeho anténa má zisk 9 dBd, znamená to, že je cca 3 x výkonnější, než půlvlnný dipól (každé 3 dB jsou dvojnásobek/polovina). Pro stejnou anténu je velikost zisku v dBi o 2,16 dB větší než údaj v dBd. Snad také proto většina výrobců uvádí velikost zisku svých antén v dBi.
Útlumy koaxiálních kabelů

Koaxiální kabel má vždy pouze útlum, tj. k výpočtům nám přispívá zápornými dB. Útlum kabelu je přímo úměrný jeho délce, takže ho klidně můžeme pro každý typ kabelu vyjádřit v dB/m, tuto tabulkovou hodnotu pak v každém jednotlivém konkrétním případě vynásobit délkou kabelu a výslednou hodnotu použít do celkového výpočtu.

Zde jsou katalogové hodnoty útlumu nejčastěji používaných kabelů:
OEM RLA-10 0,22 dB/m
Belden H1000 0,22 dB/m
Cavel RG-213 0,37 dB/m
Belden H155 0,5 dB/m
Times LMR-195 0,5 dB/m
Andrew CNT-195 0,5 dB/m
OEM LX-195 0,65 dB/m
OEM RG-58 0,99 dB/m
Útlum prostředí

Útlum trasy (tj. kolik se ztratí signálu při přenosu vzduchem na určitou vzdálenost) lze také teoreticky vypočítat. V praxi bude útlum souhlasit s teorií (nebo se k ní aspoň blížit) v případě, že mezi oběma konci trasy (anténami) je přímá optická viditelnost (vůbec žádné překážky), a to nejen v přímce, musí být volná (bez překážek) i v tzv. Fresnelově zóně (viz. dále). Pro některé typické vzdálenosti pak útlum trasy vycházejí v pásmu 2,4GHz takto:
50 m : - 74 dB
100 m : - 80 dB
200 m : - 86 dB
300 m : - 90 dB
400 m : - 92 dB
500 m : - 94 dB
600 m : - 96 dB
1000 m : - 100 dB
1500 m : - 103 dB
2000 m : - 106 dB
3000 m : - 109 dB
4000 m : - 112 dB
5000 m : - 114 dB

Přijímací citlivost Wi-Fi zařízení se u jednotlivých typů liší, ale jedno mají společné - záleží také na rychlosti toku dat, kterou od spoje očekáváte.

Klesne-li úroveň signálu na vstupu přijímače pod určitou hodnotu (neboli vypočtené číslo je menší než to udávané), nedá se již dosáhnout maximální rychlosti přenosu (např. 11Mbit/s), ale jen rychlostí nižších. Při určité ještě nižší úrovni pak už neprojde vůbec nic.

Citlivosti pro jednotlivé přenosové rychlosti jsou udávány v technických údajích výrobce u každého typu zařízení. Jednotky (dBm), v nichž se citlivost většinou udává, jsou vztaženy právě k výkonu (1mW), aby bylo možné snadno provádět celkový výpočet trasy.

Typické údaje o citlivosti vypadají u DWL-900AP+ např. takto:
-85 dBm (11 Mbit/s)
-88 dBm (5,5 Mbit/s)
-89 dBm (2 Mbit/s)
-92 dBm (1 Mbit/s)

Je tedy možno si provést určitý teoretický výpočet trasy s vědomím, že je to pouze ideální stav a že v praxi může být hůř. Zisky zadáváme kladné a útlumy záporné. Celá cesta pak vypadá takto:
+ výstupní výkon vysílače
- útlum pigtailu (redukce SMA/N, typicky 2 dB)
- útlum bleskojistky (1-3 dB)
- útlum dvou konektorů (cca 2 dB)
- útlum kabelu na vysílací straně
+ zisk vysílací antény
mezivýsledek = vysílaný výkon, nesmí být větší než +20 dBm (limit ČTÚ)!

- útlum trasy
+ zisk přijímací antény
- útlum kabelu na přijímací straně
- útlum dvou konektorů (cca 2 dB)
- útlum bleskojistky (1-3 dB)
- útlum pigtailu (redukce SMA/N, typicky 2 dB)
výsledek
(nesmí být horší než citlivost zařízení)
Konkrétní případ - 2 x DWL-900AP+ v režimu bridge; 1,5 km
+ 17 dBm výstupní výkon
- 2 dB pigtail
- 2 dB bleskojistka
- 2 dB konektory
- 1 dB 5 m kabelu H1000
+ 7 dB všesměrová anténa
mezivýsledek +17 dBm, pod limitem ČTÚ!

- 103 dB trasa 1500 m vzduchem
+ 15 dB anténa směrová YAGI anténa
- 2 dB 4 m kabelu LX-195
- 2 dB konektory
- 2 dB bleskojistka
- 2 dB pigtail
výsledek -82 dBm

(protože výsledek je větší číslo než minimální citlivost DWL-900AP+ pro 11 mbps, je pravděpodobné, že na této trase dosáhneme s tímto hardwarem kvalitního spojení rychlostí 11 mbps.)

Tento výpočet je ale správný a konečný pouze v tom případě, že bychom na aktivním prvku (např. access pointu) měli dva konektory - jeden pro výstupní signál (vysílání) a druhý pro vstupní signál (přijímání). Jelikož ale vstupní i vyzařovaný signál jdou většinou stejnými cestami (používáme pouze jeden ant. konektor), překračovali bychom v tomto případě na straně klienta maximální výstupní výkon (zkuste si to vzít obráceně a již u 15 dB směrové YAGi antény překročíte max. výstupní výkon o 4 dBm, tedy více než dvakrát!)

Proto bez použití softwarové regulace výkonu či dalších regulačních prvků (cirkulátory, viz. dále) nemá význam nasazovat u klientů ziskovější antény než u access pointu. Či ještě jinak - v případě že výstupní výkon neregulujeme či nemáme cirkulátor, nemá vzhledem k výstupním výkonům aktivních Wi-Fi prvků (rovnajících se limitu ČTU) smysl používat externí ziskové antény a maximálně jimi můžeme kompenzovat ztráty na kabelu, konektorech a bleskojistce.

Jak ale víme z předcházející části těchto stránek, najít kvalitní access point nebo dokonce klienta u kterého by spolehlivě fungovala regulace výstupního výkonu je velké umění. Proto se dále na tuto méně obvyklou vlastnost nebudeme vázat a budeme se snažit najít jiný prostředek, jak stavět dlouhé spoje a přitom dodržet limity ČTU.

Tímto prostředkem jsou dvoucestné útlumové členy (tzv. cirkulátory), které mají jedním směrem útlum větší než směrem druhým. Pomocí těchto dvoucestných útlumových členů lze bez problémů dosáhnout kvalitních spojů i na vzdálenost 10 km a více a to vše při dodržení limitů ČTU.
asymetrický útlumový člen BrOK -2/-10 dB
Fresnelova zóna

Jednou z nutných podmínek v pásmu 2,4GHz je přímá viditelnost mezi přijímací a vysílací anténou. Není to však podmínka postačující. Pro kvalitní přenos musí být volná (bez překážek) ještě tzv. Fresnelova zóna, tedy určitý prostor kolem spojnice těchto dvou bodů (podobný doutníku, odborněji také elipsoid). V prostoru této zóny by se neměla vyskytovat žádná překážka, ani by do ní neměla třeba částečně zasahovat (např. střecha nějakého domu).

Průměr Fresnelovy zóny v jejím nejširším místě (což je v polovině celkové délky trasy) lze vypočítat, ale často postačí tato stručná přehledová tabulka. Je sestavena pro různé celkové délky trasy:
100 m : 1,8 m
200 m : 2,5 m
300 m : 3,1 m
400 m : 3,6 m
500 m : 4,0 m
700 m : 4,7 m
1000 m : 5,6 m
1200 m : 6,2 m
1500m : 6,9 m
2000m : 8,0 m
2600 m : 9,1 m
3000 m : 9,8 m
4000 m : 11,3 m

Protože je to elipsoid, je počáteční nárůst průměru poměrně strmý. Např. trasa 1 km dlouhá (maximální průměr zóny 5,6m) má již po prvních 100 metrech průměr zóny 3,4m. Pokud tedy instalujeme anténu na střechu domu na 1,5m vysoký stožár a ve vzdálenosti 100m je stejně vysoký dům, zasahuje už jeho střecha do vaší Fresnelovy zóny!

Narušená Fresnelova zóna většinou nemá za následek příliš podstatné snížení úrovně signálu. Spíše se projeví jako nárůst rušivých odrazů, což snižuje kvalitu přenášeného datového toku (ztrátovost paketů, vyšší latence). Pokud není volných alespoň 60% průměru zóny, dochází již k výrazné degradaci kvality spoje.


---
převzato z http://www.bezdratovepripojeni.cz/wi-fi/vykony-limity/
Když už musíš, tak jsi v .... nuclear.khnet.info
Uživatelský avatar
ludvik
Místopředseda, Site admin
 
Příspěvky: 1974
Registrován: 18.06.2003 08:40:10

Zpět na Howto

Kdo je online

Uživatelé procházející toto fórum: Žádní registrovaní uživatelé a 1 návštěvník

cron