Часто задаваемые вопросы по системам коллективого радиодоступа, радиоинтернет, антенны диапазона 2.4 гигагерц
 

последнее обновление 8 марта 2015 г.

home page КОНТАКТЫ, SKYPE, E-MAIL, ТЕЛЕФОН КОНТАКТЫ, SKYPE, E-MAIL, ТЕЛЕФОН КОНТАКТЫ, SKYPE, E-MAIL, ТЕЛЕФОН

Underwater video

RADIO Telemetry Industrial Sensors

Популярные вопросы по системам коллективного радиодоступа.

Какую антенну я могу установить на базовой станции?

 

Это зависит от того каким образом клиенты расположены относительно выбранного вами места установки точки доступа, и рельефа местности. Вы можете установить коллинеарную антенну с коэффициентом усиления 8-12 dBi, физически расположив точку доступа приблизительно в центре вашей сети. Такой вариант хорошо работает, если радиус вашей зоны покрытия не превышает 7-10 км, при условии прямой видимости. Другим вариантом является установка на базовой станции нескольких секторных антенн. Такой вариант дает увеличение зоны покрытия вашей сети до 19-20 км при условии использования секторных антенн с усилением больше 12 dBi.

Антенны для базовой станции следует выбирать исходя из радиуса действия (с учетом параметров клиентских станций), количества клиентов сети, и расположения базовой станции относительно зоны покрытия. Например, в случае расположения базовой станции в середине зоны покрытия, и количестве клиентов до 80-100, можно применять штыревые антенны с усилением 8-12 дби. Если базовая станция устанавливается на краю зоны обслуживания, применяются одиночные секторные антенны.

В общем случае, коэффициент усиления антенн базовой станции, не должен превышать 8-14 dBi для диапазона 2.4 GHz, и 14-17 dBi для диапазона 5 GHz. Антенны с большим коэффициентом усиления - малоэффективны и дороги, тем более, что современные радиокарты легко компенсируют малое усиление антенн. При использовании антенн с малыми Ку, получается более равномерное покрытие как ближних, так и дальних зон сети.

Не следует устанавливать секторные антенны на большой высоте, т.к. при этом возникают две взаимоисключающие проблемы: или возникает "мертвая зона" вблизи базовой станции, или, вследствие большого наклона антенн, уменьшается радиус действия.

Пример неправильной установки секторных антенн, можно посмотреть здесь. В данном примере, двухдиапазонную базовую станцию подняли на общую высоту около 75 метров, хотя достаточно было установить антенны на стенах или перилах крыши элеватора, и правильно выбрать наклон антенн. Результат - мертвая зона длиной около 4 км, ближние клиенты либо не работают, либо работают очень плохо, однако, начиная с расстояний 5-7 км, клиентские станции работают отлично.

На фотографии вверху, город Актюбинск, показана грамотная установка секторной антенны, высота не более 25-30 метров. Самый удаленный клиент этой станции находится на расстоянии 17 км., в ближней зоне клиенты работают отлично.

В случае установки секторных антенн по углам здания, точка доступа EXAP-GMC изготавливается в варианте с одной радиокартой. Разнесенные точки доступа с секторными антеннами, могут работать на одном и том же канале, достаточно обеспечить "пространственную изоляцию" между антеннами, путем разнесения антенн на расстояние более 25 -30 метров. Антенны должны выбираться по максимальному подавлению заднего излучения.

Насколько высоко должна быть расположена антенна базовой станции?

 

Лучшие результаты дает установка антенны на крыше здания, находящегося в прямой видимости со всеми абонентскими станциями, и имеющего высоту 20-25 метров. Такая высота позволяет поднять антенну выше уровня деревьев, и других препятствий, а также расширяет зону радиовидимости (радиогоризонт) до 19-20 км на плоской местности. Следует воздерживаться от чрезмерно высокой установки антенн, так как в этом случае неизбежно возникает "мертвая зона", в непосредственной близости от антенн, которая при высоте подвеса в 80 метров может достигать 2-3 км, если секторные антенны установлены без наклона. Наклон секторных антенн с целью уменьшения "мертвой зоны", приводит к снижению дальности связи.

Какие преимущества дает установка секторных антенн взамен антенн с диаграммой 360°?

 

При установке секторных антенн вы получаете несколько серьезных преимуществ:

Первое - это увеличение емкости вашей сети. Так работая в стандарте 802.11b, DSSS, и используя три секторные антенны на каналах 1, 6, 11 и соответственно три точки доступа, вы утраиваете потенциальное количество клиентов в одной и той же местности.

Второе. Вы получаете сеть с более высокими уровнями радиосигнала, так как секторные антенны, как правило, имеют большее усиление, чем антенны с круговой направленностью, и, к тому же, могут быть направлены в сторону обслуживаемых клиентских станций. Секторные антенны гарантируют вам, что ни один клиент сети не будет использовать антенный усилитель.

Третье - это более эффективное использование радиодиапазона. Поскольку секторные антенны могут быть наклонены относительно земли, можно регулировать зону покрытия, и использовать тот же диапазон в следующей ячейке вашей сети, находящейся на расстоянии нескольких километров.

Как уменьшить помехи от радиосетей другого провайдера?

Лучший способ это договориться с ним об использовании разной поляризации антенн, например, если он уже использует вертикальную поляризацию, то вам, скорее всего придется использовать горизонтальную. Другой способ, это использование разных диапазонов, по договоренности. Например если ваш конкурент использует 1 канал, то вам он должен уступить 6 или 11. В любом случае вы должны работать вместе, и прийти к определенному соглашению.

Могу ли я использовать три секторных антенны по 120 градусов, взамен одной OMNI- антенны, соединив их при помощи симметричного делителя мощности?

Простой ответ - нет. Вы можете использовать такой способ включения антенн только на разных диапазонах, 1, 6 или 11 и соответственно каждую со своей точкой доступа (базовой станцией) Комбинированные антенны можно составлять из двух антенн по 120 или 90 градусов, направленных в разные стороны, и соединенных с делителем мощности равными по длине кабелями.

Как насчет четырех антенн по 90 градусов?

Вы можете использовать четыре антенны по 90 градусов, при условии подключения антенн к двум точкам доступа попарно, и на разных неперекрывающихся каналах, 1, 6, 11.

Могу ли я использовать две и более точки доступа с одной общей антенной?

В общем случае не можете, но если вы примените специальный антенный дуплексорный фильтр, то такое подключение возможно. Такие фильтры предназначенные для работы в диапазоне 2.4 ГГц, выпускает канадская компания DCI, http://www.dci.ca/index.php?Section=WiFi фильтры типов DCI-DPX-CH1-11-2x8P и DCI-TPX-CH1-6-11-3x12P

Могу ли я использовать раздельные антенны для приема и передачи?

802.11b/g трансивер EXAP-MC

12 dBi Антенна с круговой поляризацией CP24 -12 Pacific Wireless

Да, вы можете использовать такое подключение, если ваше радио имеет два разъёма, организованных через симметричный делитель мощности, или используется циркулятор. Этот способ особенно хорош тем, что вы можете увеличить усиление по приему, не увеличивая при этом излучаемой мощности.

  Антенны с круговой поляризацией

Антенны с круговой поляризацией, до последнего времени применялись на стационарных объектах спутниковой связи, радиосвязи с метеозондами и другими объектами, находящимися на большой высоте. С появлением и развитием технологий WiFi, и накоплением практических знаний и опыта эксплуатации, выяснилось, что антенны с круговой поляризацией очень хорошо работают в условиях частичной прямой видимости, при построении длинных линков над водными поверхностями, а также внутри помещений, цехов и выставочных павильонов.

• Многочисленные эксперименты, проведенные в последнее время на длинных линках с частичным отсутствием прямой видимости, или частично, (более чем на 50 %) перекрытой зоной Френеля, таких как линки над деревьями, зданиями, реками, или большими заводскими (производственными) территориями, показывают устойчивое повышение скорости и качества связи при простой замене антенн с линейной поляризацией на антенны с круговой поляризацией.

• Антенны с круговой поляризацией позоляют ослабить помехи от соседних станций с линейной поляризацией на величину до 3 децибелл, или в два раза по мощности, что немаловажно в густозаселенном городском эфире.

Применение антенн с круговой поляризацией увеличивает отношение сигнал/шум на входе приемника, т.к. практически все помехи имеют линейную поляризацию.

   Преимущества каналов связи с круговой поляризацией  

Основными факторами, нарушающими работу каналов связи, являются многолучевой прием и интерференция. Многолучевой прием является следствием многократного отражения сигнала от препятствий, находящихся в зоне прохождения радиолуча.

Сигналы с линейной поляризацией, отражаясь от препятствий, попадают в приемную антенну с разным временем запаздывания, что создает дополнительную нагрузку на приемник радиоканала, и вызывают снижение скорости передаваемой информации. Всем знакома многократная картинка на телевизионном изображении, в цифровых системах отраженный сигнал создает аналогичную картину, вызывая межсимвольную интерференцию, а иногда, и полное противофазное наложение прямых и отраженных фрагментов сигнала друг на друга.

Системы с круговой поляризацией полностью свободны от этого эффекта, по той простой причине, что прямая и отраженная волна имеют разные направления вращения, то есть, если прямая волна имеет правую поляризацию, то отраженная имеет заркальную, левую поляризацию, и антенна приемника ее просто не принимает. На практике это означает, что системы с круговой поляризацией не подвержены помехам от многолучевого приема.

При прохождении радиолуча над препятствиями типа деревьев, или атмосферных слоев с разной плотностью, происходит фазовое запаздывание радиоволн, проходящих через среды с разной плотностью, а значит разной диэлектрической проницаемостью.  В таких случаях возникает интерференция, то есть наложение друг на друга волн с разными фазовыми скоростями. В системах с линейной поляризацией, это приводит к ослаблению сигнала и межсимвольным искажениям, резко уменьшающим скорость передаваемых символов.

Системы с круговой поляризацией более защищены от такого рода помех, так как задержаный сигнал также имеет обратное вращение, и не вызывает интерференции.

Таким же образом, системы с круговой поляризацией лучше работают при изменениях погодных условий, при возникновении тумана, дождя или снега.

Во всех случаях, если нет возможности обеспечить чистую зону Френеля, круговая поляризация многократно улучшает качество работы и устойчивость радиоканала.

 

 

Какие антенны я должен использовать на клиентских станциях?

Это зависит от характеристик вашей базовой станции, и если вы получили излучаемую на базовой станции мощность 36 dBm, то в пределах прямой видимости на клиентских станциях можно ставить антенны в соответствии с таблицей, рассчитанной с инженерной точностью, для стандартного адаптера 100 мвт и  802.11b:

Расстояние

Усиление клиентской антенны
до 3 км

7 - 9 dBi

от 3 до 8 км

9 - 15 dBi

от 8 до 11 км 15 - 20 dBi
более 11 км 20 - 24 dBi

Какие антенны нужно использовать для соединения абонентов в системах точка-точка?

Однозначно, вы должны использовать направленные антенны, усиление и тип антенн зависит от длины соединительного кабеля, расстояния между абонентами и скорости передачи которую вы хотите получить. Воспользуйтесь калькулятором или таблицей на странице rf.html.

Могу ли я использовать пассивный ретранслятор, составленный из двух направленных антенн?

Вы можете использовать пассивный ретранслятор только на расстоянии до препятствия не превышающем 1-1.2 км. При этом излучаемая мощность с двух сторон линка должна быть не менее 48 dBm, например 24 dBm передатчик, работающий на 24 dBi антенну. Ретранслятор в этом случае может быть сконструирован из двух антенн с усилением 24 dBi, соединенных между собой кабелем с потерями не более 1 dB.

Более того, вы должны применять разную поляризацию на обоих сторонах линка, так чтобы не создавать взаимных помех. Например, если одна сторона вашего линка работает в вертикальной поляризации, то и соответствующая ей антенна пассивного ретранслятора должна иметь вертикальную поляризацию. Соответственно другая антенна пассивного ретранслятора должна иметь горизонтальную поляризацию, и соотвественную поляризацию вы должны установить на другой стороне линка. Математика линка имеющего пассивный ретранслятор проста:

 

48 dBm - 102 db + 24 dB - 1dB + 24 dBi - 102 dB + 24 dBi = -85 dBm , где 102 dB потери на расстоянии 1.2 км, 48 dBm мощность передатчика вместе с антенной.

 

Таким образом использование пассивного ретранслятора совершенно неоправдано, тем более что две антенны с высоким усилением, плюс кабель с разъёмами и монтажные приспособления для параболических антенн, вряд ли обойдутся вам  дешевле, чем установка простой точки доступа, настроенной на работу в режиме ретранслятора (Smart Repeater).

Пассивные ретрансляторы более подробно описаны на сайтах:

http://www.antenna.ru/manual/theory/theory4.htm , http://radiomania.by.ru/enc/antenn/anten/CHAPTER5/5-7.shtml

 

В каких случаях применяется круговая поляризация?

Круговая поляризация не имеет приемуществ по сравнению с другими видами поляризации с точки зрения уплотнения диапазона используеных частот или разделения сигналов пространственным методом. Но в случае многолучевого приема или работе радиолинков на движущихся объектах, применение круговой поляризации может значительно улучшить качество работы радиоканала. Круговая поляризация полезна при создании сетей, расположенных внутри зданий, цехов, торговых центров. Антенны с круговой поляризацией полезно применять при построении радиотрасс, проходящих над водоемами или крупными реками. Примером антенны, реализующей возможность одновременного приема как горизонтально так и вертикально поляризованных сигналов является антенна PHANTOM™.

Могу ли я организовать радиоканал сквозь густые деревья, при условии, что никаких препятствий на пути радиосигнала кроме деревьев нет?

Густая листва деревьев поглощает и рассеивает радиосигнал, и может сделать  работу радиолинка невозможной, однако, в некоторых случаях можно попробовать «пробить» несколько деревьев. Важно помнить, что густая листва или лес мешает работе радиолинка не столько прямыми потерями, сколько возникновением множественных отраженных сигналов с разным временем запаздывания, что приводит к межсимвольной интерференции и резкому замедлению скорости передачи. См. также Зона Френеля

Какова максимально достижимая дальность устойчивой связи в реальных условиях?

В настоящее время, в связи с разработкой новых устроиств стандартов 802.11 A/B/G, дальность связи и скорость существенно возросли, появилась возможность подстройки тайминга АСК, возросла до 600 милливатт мощность передатчиков. Такие устройства позволяют увеличить дальность связи до 50-70 километров. См. EXAP-GМ беспроводной 54 Мбит адаптер.

Как может повлиять дождь и другие атмосферные явления на качество работы антенн?

Дождь не влияет на работу антенн, если ваши антенны имеют защитные покрытия из пластмассы, антенны не имеющие этого покрытия, могут попросту перестать работать, пока не высохнут после дождя. То же относится к обледенению антенн в зимнее время.

Какие меры безопасности я должен предпринять для грозозащиты антенн и оборудования?

В общем случае, в зависимости от места установки, вы должны соблюсти всего несколько несложных правил. Для низкорасположенных (относительно крыши) антенн достаточно соединить мачту или трубу вашей антенны одним толстым проводом с ближайшей точкой заземления, при этом нет никакой надобности в дополнительном заземлении для антенны. Если вы монтируете антенну на металлической крыше, достаточно обеспечить контакт с металлическим покрытием. Также, если ваша аппаратура не имеет встроенных элементов грозозащиты, вы должны применить грозозащитную вставку, включив ее в коаксиальный провод. Если вы используете PoE, то необходимо включить элементы грозозащиты в кабель Ethernet.


Напомним, что все оборудование, выпускаемое компанией Exergia Division II, имеет встроенные элементы грозозащиты, антенные входы защищены короткозамкнутыми четвертьволновыми элементами встроенными в антенну.

Потери в открытом пространстве

(open space losses)

Потери в густой листве, лес, деревья

(forest, trees and etc. losses)

1км 100dB F, MHz Losses, dB/meter
2км 103dB 432 0.1-0.3
4км 112dB 1296 0.15-0.4
8км 118dB 2304 0.25-0.5
16км 124dB 3300 0.4-0.6
32км 130dB 5600 0.5-2.0

Как могут влиять на качество работы линка дождь и густой туман?

Проливной дождь ослабляет сигналы в диапазона 2.4GHz с интенсивностью до 0.05 dB/km, густой туман вносит ослабление 0.02 dB/km. В диапазоне 5.6 GHz затухание имеет значение 0.5 dB/km и 0.07 dB/km соответственно. Следует помнить, что даже после того как дождь окончился, испарения воды могут вызвать ослабление сигнала. Поэтому в базовых расчетах линка нужно учитывать влияние дождя и тумана. Для правильного расчета радиотрассы можно пользоваться калькулятором, приведенным ниже, как правильно установить антенны, можно узнать здесь стр.1 , стр.2.

Некоторые производители антенн дают в характеристиках усиление в dBi, а некоторые в dBd. В чем разница?

Существует ли простое соотношение между dBi и dBd?

Измерение коэффициента усиления в децибелах производится относительно эталонной антенны, так, при измерении относительно изотропного излучателя полученный результат обозначают как N dBi, при использовании в качестве эталона полуволнового диполя, полученный результат обозначают как N dBd. Соотношение между этими величинами очень простое: 0 dBd = 2.15 dBi, например 24 dBi ≈ 22 dBd.

  Действительно ли нужна большая мощность для организации 802.11 линка?

Нет не нужна; первая проблема с которой вы столкнетесь с увеличением расстояния будет проблема временных задержек и синхронизации, своиственная простым системам. Используя 24 dBi антенны на обеих сторонах и передатчики мощностью 23 dBm (200mW) даже на расстоянии 1000 (!!!!) километров вы получите на входе приемника -88dBm , что достаточно для работы линка со стандартными радио на скорости более 1 мегабита, но к сожалению проблемы временных задержек не позволят вам развить такую скорость.

Какое максимальное расстояние реально достижимо для стандарта 802.11 ?

Максимальное расстояние, при котором возможна работа линка стандарта 802.11b с максимальной скоростью и с использованием современного широкодоступного оборудования, приблизительно равно 12 милям или 20 километрам (при скорости 11 Мбит). Дальнейшее разнесение корреспондирующих антенн приводит к снижению производительности линка, и на расстоянии около 35 километров линк перестает работать. Этот эффект, связанный с задержками сигнала  при распространении радиоволн, известен под названием "проблема тайминга АСК".


При использовании специального программного обеспечения, такого как  StarOS, Ikarus, ME2000, а также разнообразных драйверов, в которых устранены проблемы "тайминга" возможна связь на расстояниях, более 60 километров.

Например, 802.11b карты AGERE-RUBY HERMES, имеют возможность подстройки тайминга в эквиваленте расстояния 250 (!!!) миль.

Так, применяя адаптеры EXAP-GМ, оснащенные операционными системами StarOS или Ikarus, и радиокартами на микросхемах семейств Atheros и PRISM 2.5, и антенны с коэффициентом усиления >/=24 dB, возможно добиться скоростной связи с коммерческим качеством, в стандартах 802.11 a/b/g, в диапазонах 2.4 или 5 гигагерц, на расстояниях более 40-60 километров в зависимости от используемой радиокарточки.

Телемеханический комплекс ЕХ-2000ТМ предназначен для решения задач автоматизации и управления на малых промышленных обьектах ̶ нефтяных скважинах, трубопроводах, насосных станциях, системах водоснабжения.... читать далее >>>

Рисунок имеет встроеные ссылки - CLICK !!!

"P. Gupta and P.R. Kumar. Capacity of wireless networks. Technical report. University of Illinois, Urbana-Champaign, 1999.",

Моделирование оптимальной беспроводной сети по алгоритму Гупта-Кумар

Алгоритм Гупта - Кумар для предсказания отношения числа пользователей сети к максимальной скорости обмена с базовой станцией. Данная формула описывает работу сети 802.11х, состоящей из "N" пользователей, каждый из которых имеет возможность получить данные со скоростью W bits/sec , таким образом возможно рассчитать оптимальную сеть при заданной скорости данных для каждого пользователя.

Например, примем скорость передачи 11 Мбит/с, для сети 802.11b с различным числом пользователей.

Примем, что характер запросов пользователей к базовой станции представляется Гауссовым распределением, получим, что сеть из 500 пользователей будет работать со среднеквадратической скоростью 150 Кбит/с на одного пользователя, 200 пользователей, будут получать скорость 250 Кбит/с, что сопоставимо с DSL соединением.

1. Следует отметить, что в общем случае сеть не работает с равномерной (Гауссовой) загрузкой, так как не все пользователи используют канал равномерно. Наблюдение за графиком нагрузки сети, показывают, что значительная часть канала связи находится на холостом ходу, с редкими вспышками активности.

2. 4% пользователей сети используют до 50% емкости канала, однако, 60% пользователей используют не более 1 гигабайта в месяц.

***

Кол-во пользователей

Скорость Кбит/с 802.11b

10

1,739

20

1,078

50

596

100

388

200

256

500

150