1. Характеристики беспроводной передачи: энергетический потенциал линии связи (link budget), помехи, распространение эмв (multipath), snr, ber, проблема скрытого узла.

dBi – дБи (изотропные) – прямое усиление антенны в отношении к аналогичному гипотетической изотропной антенны

dBm – дБм (мВт) – мощность относительно 1 мВт. При использовании в области излучения, на дБ обычно ссылаются при нагрузке в 50 Ом и результирующем напряжении в 0.224 В. 1 dBm = 10*log₁₀(P/ 0.001), (P в Вт) 

Из чего складывается энергетический потенциал линии связи (link budget):

Формула link budget

P_RX = P_TX+G_TX-L_TX-L_FS-L_M+G_RX-L_RX, где:

P_RX = передаваемая мощность (дБм),

P_TX = выходная мощность передатчика (дБм),

G_TX = усиление антенны передатчика (дБи),

L_TX = потери передатчика (провода, соединители...) (дБ),

L_FS = потери в пространстве или потери в пути (дБ),

L_M = разнообразные потери (исчезновение края сигнала, потеря основной части сигнала, несовпадение поляризации, другие потери...) (дБ),

G_RX = усиление антенны приемника (дБи),

L_RX = потери приемника (провода, соединители...) (дБ)

Примечания о сигнале:

Запас сигнала должен быть по крайней мере 10 дБ, данная мера защищает от потерь при отражении.

Ошибки поляризации: добавьте 3 дБ, до 30 дБ в случае, если есть несовпадение в поляризации антенн.

ЭИИМ – 20 дБи (законодательный предел в Европе). Если вы собираетесь использовать антенну с большим усилением (> 5 дБи), (для расстояний > 1 км), то уменьшить мощность сигнала.

Примечание о кабелях: Потери в кабелях варьируются в пределах от 2 до 0,21 дБ/м

Потери в соединителях зависят от качества последних. При 2,45 ГГц, от 0.1 до 0,5 дБ. Могут быть использованы соединители типов N-type и SMA. Соединители типа BNC могут быть использованы, но только в случае их экстраординарного качества.

Примечание об антеннах:

- Обычно усиление антенн выражено, как у изотропных антенн, в [дБи].

- Ряд антенн обладают усилением выраженном в [дБд], это усиление соотнесенное с таковым у дипольной антенны. В этом случае вам нужно прибавить к значению 2.14, чтобы получить соответствующее усиление в [дБи].

- Чем больше усиление у антенны, тем более она селективна к выбранному направлению (энергия посылается в конкретном направлении) и улавливает тем меньшее количество локальных сигналов (шумов). Это улучшает соотношение сигнал\шум.

Примечание о потерях на пути следования:

Lp(dB) = -27,55 + 20log₁₀ F+20 log₁₀d

Lp = потери в пространстве (пути)

F = частота в МГц

dB = децибелы

D = расстояние в метрах

Двойная дистанция <=> +6 дБ

ПОМЕХИ

1)Другие устройства (точки доступа, беспроводные камеры и др.), работающие в радиусе действия вашего устройства и использующие тот же частотный диапазон.

2) Большие расстояния между устройствами.

3) Препятствия.

Препятствие - Дополнительные потери (dB)

Открытое пространство – 0;

Межкомнатная стена (15,2 см) - 15-20;

Несущая стена (30,5 см) - 20-25;

Монолитное железобетонное перекрытие - 20-25

4) Вне помещений влиять на качество передаваемого сигнала может ландшафт местности (например, деревья, леса, холмы).

5) Атмосферные помехи (дождь, гроза, снегопад) также могут являться причиной уменьшения производительности беспроводной сети (в случае, если радиосигнал передается вне помещений).

6) Различная бытовая техника, работающая в зоне покрытия вашего устройства. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭМВ (MULTIPATH)

Радиоволны отражаются от всего — зданий, холмов, автомобилей, самолетов и т. д. Таким образом, приемной антенны может достигнуть много отраженных сигналов, каждый с различной фазой, и вызвать замирание (fade).

Замирание — явление, при котором в течение определенного интервала времени происходит то постепенное усиление, то ослабление сигнала.

Механизмы образования многолучёвости:

Преломление: Сигнал задерживается при длительном прохождением через диэлектрические материалы, которые более плотные, чем сухой воздух. Это называется преломление, или изменение направления распространения. Время, проведенное внутри плотного материала, регулирует степень преломления и, в результате, направление возникающей волны.

Дифракция Из-за дифракции, энергия рассеивается на краях препятствия. Дифракция более ярко проявляется на резких краях и углах. Согласно теории поля, края - источники вторичного излучения. Дифракция создаёт источники сигнала на краям, которые стремятся заполнить затененные области. Уровни сигнала низки, но могут быть уловлены. Этими краями могут быть углы здания, оконных рам или больших автомобилей. Дифракция также существенна при рассеянии на вершинах холмов лежащих в пути распространения.

СООТНОШЕНИЕ «СИГНАЛ/ШУМ» +BER

Шумы: термический шум; промышленный шум вследствие, например, микроволновых печей; шум от других беспроводных сетей, работающих на таких же полосах частот.

Соотношение «сигнал/шум» [дБ] = 10 * Log₁₀ (мощность сигнала / мощность шума)

Для того, чтобы существовала возможность работать с определенной скоростью передачи данных, система должна обладать минимумом соотношения «С/Ш».

При нормальных условиях без иных беспроводных сетей на используемой частоте и промышленного шума вокруг должен быть уровень шума: -100 дБм

SNR: соотношение «сигнал/шум» больше SNR – легче извлечь сигнал из шума (“good thing”) Компромисс между SNR и BER (отношением числа ошибочных битов ко всему количеству отправленных битов) учитывая физический уровень: увеличение мощности -> увеличение SNR -> уменьшение BER.

Учитывая SNR: выберите физический уровень, соответствующий требованиям по BER, обеспечивающий наивысший выход при мобильности SNR может изменяться, т.к. физический уровень приспосабливается динамически (механизм модуляции, скорость).