Особливості безпровідних мереж. Технології Wi - Fi (2.1)

1. Проектування безпровідних мереж

2.1
ОСОБЛИВОСТІ
БЕЗПРОВІДНИХ МЕРЕЖ
ТА ЇХ ПРОЕКТУВАННЯ

2. Особливості безпровідних мереж

Фундаментальні характеристики
безпровідних мереж значно
відрізняються від характеристик
традиційних кабельних мереж:
У кабельних мережах адреса
еквівалентна до фізичної локалізації. У
безпровідній мережі адресованим
пристроєм є станція, яка є призначенням
повідомлення, а не фіксоване місце.
Фізичний рівень WLAN суттєво відрізняється
від PHY кабельних середовищ. Зокрема:
середовище не має окреслених меж,
поза якими станція нездатна приймати
мережеві рамки;
середовище не захищене від сторонніх
сигналів;
комунікація через середовище менш

3. Особливості безпровідних мереж (2)

Внаслідок ряду обмежень
безпровідних PHY, безпровідні
мережі, призначені для охоплення
прийнятних географічних
відстаней, повинні будуватися на
підставі базових блоків.
Безпровідні мережі можуть
обслуговувати мобільні і
портативні станції.
Портативні станції можна переміщати
з місця на місце, але вони
використовуються на певному
фіксованому місці.
Мобільні станції здійснюють доступ
до мережі під час переміщення.
Іншою особливістю використання

4. Стандартизаційні програми безпровідних мереж IEEE 802

програми
безпровідних мереж IEEE
802
Програма стандартів
безпровідних мереж IEEE 802 має три
робочі групи:
робочу групу IEEE 802.11, яка опрацьовує
стандарти IEEE 802.11 для безпровідних
локальних мереж (Wireless Local Area Network –
WLAN);
робочу групу IEEE 802.15, яка опрацьовує
стандарти IEEE 802.15 для безпровідних
персональних мереж (Personal Area Network –
PAN);
робочу групу IEEE 802.16
широкосмугового безпровідного
доступу, яка опрацьовує стандарти
IEEE 802.16 для безпровідних
метропольних мереж (Wireless Metropolitain Area
Network - WMAN).

5. Технології Wi-Fi в діапазоні 2.4 ГГц - 802.11b/g/n

Технології Wi-Fi в діапазоні 2.4 ГГц 802.11b/g/n
Діапазон 2.4 ГГц лежить у межах 2.400..2.483 ГГц і
використовує смугу частот 83 МГц.
Технологія Wi-Fi на даний час (2016 р.) застосовує у
цьому діапазоні три стандарти - IEEE 802.11b, IEEE
802.11g та IEEE 802.11n.
У цьому ж діапазоні діють інші не-Wi-Fi технології –
мікрохвильові печі, пристрої спостереження за дітьми,
ігрові консолі, пристрої Bluetooth, безпровідні телефони
тощо, які створюють завади операціям Wi-Fi.

6. Технології Wi-Fi в діапазоні 2.4 ГГц - 802.11b/g/n (2)

Стандарт IEEE 802.11b, ратифікований у 1999 році,
передбачає підтримку швидкостей пересилання 1, 2, 5.5
та 11 Мбіт/с.
Користувачі 802.11b використовують специфічні
застосунки, наприклад сканери штрих-кодів і
дистанційний друк і переважно діють у галузях
логістики, роздрібного продажу та охорони здоров’я.
Радіотехнічні засоби, які можуть підтримувати 802.11b,
впроваджені у вироби для стандарту 802.11n і
покращують надійність, але не ефективність 802.11b.

7. Технології Wi-Fi в діапазоні 2.4 ГГц - 802.11b/g/n (3)

Технології Wi-Fi в діапазоні 2.4 ГГц 802.11b/g/n (3)
Стандарт IEEE 802.11g ратифікований у 2003 році,
використовує той сам частотний діапазон і зворотньо
сумісний зі специфікаціями 802.11b.
У цьому стандарті застосовано техніку модуляції
OFDM і він підтримує швидкості пересилання 6, 9, 12,
18, 24, 36, 48 і 54 Мбіт/с.
Характеристики у змішаному середовищі
802.11b/802.11g у розрахунку на одну комірку
забезпечують тільки 50% її можливої ємності.

8. Технології Wi-Fi в діапазоні 2.4 ГГц - 802.11b/g/n (4)

Технології Wi-Fi в діапазоні 2.4 ГГц 802.11b/g/n (4)
Стандарт IEEE 802.11n (2009) дозволяє використовувати
частотні діапазони 2.4 ГГц і 5 ГГц .
Впроваджує технологію MIMO (Multiple Input, Multiple
Output), що дозволяє одночасне пересилання багатьох
просторових потоків (Spatial Stream - SS).
Діапазон 2.4 ГГц підтримує темп пересилання до 216 Мбіт/с
при смузі каналу 20 МГц і трьох просторових потоках.
802.11n визначає операції для смуг каналу у 40 МГц.
Впроваджено технологію MRC (Maximal Ratio Combining) з
використанням багатьох приймачів та антен для підвищення
надійності.

9. Частоти каналів Wi-Fi у діапазоні 2.4 ГГц

Канал
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Нижня частота, Центральна частота, Верхня частота,
ГГц
ГГц
ГГц
2.401
2.412
2.423
2.406
2.417
2.428
2.411
2.422
2.433
2.416
2.427
2.438
2.421
2.432
2.443
2.426
2.437
2.448
2.431
2.442
2.453
2.436
2.447
2.458
2.441
2.452
2.463
2.446
2.457
2.468
2.451
2.462
2.473
2.456
2.467
2.478
2.461
2.472
2.483

10. Частоти каналів Wi-Fi у діапазоні 2.4 ГГц (2)

Канали в діапазоні 2.4 ГГц, які взаємно не накладаються.

11. Нормативні обмеження використання діапазону 2.4 ГГц

Національне законодавство України встановлює ряд
обмежень для експлуатації радіелектронних засобів
(РЕЗ), які обладнані зовнішніми (не інтегрованими)
антенами в діапазоні 2.4 ГГц.
Експлуатація таких РЕЗ здійснюється на підставі
ліцензій на користування радіочастотним ресурсом та
дозволів на експлуатацію радіоелектронних засобів.
Смуга або частина зазначеної смуги радіочастот може
використовуватися в межах одного регіону кількома
користувачами за умови забезпечення електромагнітної
сумісності радіоелектронних засобів.

12. Нормативні обмеження використання діапазону 2.4 ГГц (2)

Дозвіл на експлуатацію видається на кожний РЕЗ,
встановлений у місці з конкретними географічними
координатами з визначенням умов електромагнітної
сумісності з іншими РЕЗ.
Дозвіл на експлуатацію кінцевого обладнання видається на
кожний РЕЗ, встановлений у місці з конкретними
географічними координатами, або на РЕЗ, що діє на
зазначеній у дозволі території без визначення умов
електромагнітної сумісності з іншими РЕЗ.
Експлуатація термінального обладнання 802.11n з
інтегрованою антеною і максимальною сумарною
еквівалентною ізотропною випромінювальною потужністю
до 100 мВт здійснюється тільки всередині приміщень.

13. Переваги і недоліки використання діапазону 2.4 ГГц

Діапазон 2.4 ГГц має такі переваги:
більший засяг покриття, оскільки за умови
еквівалентної потужності випромінювання цей засяг
при збільшенні частоти зменшується;
краще проникнення через перешкоди, через що
забезпечений більший засяг покриття всередині
приміщень;
використовує вужчий діапазон частот і меншу
кількість каналів.

14. Переваги і недоліки використання діапазону 2.4 ГГц (2)

Недоліки використання діапазон 2.4 ГГц :
на однаковій фізичній площі можна сконфігурувати
менше пунктів доступу внаслідок взаємних завад,
тому ємність мережі менша ;
збільшується перевантаження і ризик завад від
шахрайських впроваджень;
наявні завади від не-Wi-Fi пристроїв;
недостатньо каналів для використання об’єднаних
каналів з метою збільшення перепускної здатності.

15. Технології Wi-Fi в діапазоні 5 ГГц - 802.11a/n/ac

Технології Wi-Fi в діапазоні 5 ГГц 802.11a/n/ac
На даний час діють три стандарти Wi-Fi для 5 ГГц – IEEE
802.11a, IEEE 802.11n і IEEE 802.11ac. Ці три стандарти
забезпечують зворотню сумісність і співпрацюють разом у
змішаному режимі завдяки спільній технології кодування.
Стандарт IEEE 802.11a, ратифікований у 1999 році, у
багатьох відношеннях ідентичний зі стандартом IEEE
802.11g, за винятком робочого частотного діапазону і
потреби зворотньої сумісності з 802.11b.
IEEE 802.11a підтримує швидкості 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 і 54
Мбіт/с. Цей стандарт використовують у пристроях 802.11n.

16. Технології Wi-Fi в діапазоні 5 ГГц - 802.11a/n/ac (2)

Технології Wi-Fi в діапазоні 5 ГГц 802.11a/n/ac (2)
Стандарт 802.11n (2009) дозволяє операції як у діапазоні 2.4
ГГц, так і в діапазоні 5 ГГц.
Містить вдосконалення, які дозволяють працювати в
розширеному каналі до 40 МГц, використовуючи 2 канали
по 20 МГц, подвоюючи тим ємність і швидкість
пересилання.
Впроваджена нова концепція радіо – MIMO. Використання
багатьох просторових потоків дозволяє одночасне
кодування окремих потоків даних у тому самому сигналі та
збільшує щільність даних, які можна висилати водночас,
збільшуючи ємність і швидкість пересилання.

17. Технології Wi-Fi в діапазоні 5 ГГц - 802.11a/n/ac (3)

Технології Wi-Fi в діапазоні 5 ГГц 802.11a/n/ac (3)
Нова структура швидкостей пересилання даних
пристосована до схеми модуляції та кодування
(Modulation and Coding Scheme - MCS).
Використання багатьох просторових потоків потребує
застосування окремих передавачів і приймачів, по
одному передавачу і приймачу на кожен потік, а це в
свою чергу вимагає багатьох антен.
Радіопристрої стандарту 802.11n звичайно підтримують
схеми 3×3:2, 2×3:2 або 1×3:1, де схема описана як (#TX)
× (#RX) :(# просторових потоків).

18. Технології Wi-Fi в діапазоні 5 ГГц - 802.11a/n/ac (4)

Технології Wi-Fi в діапазоні 5 ГГц 802.11a/n/ac (4)
Стандарт 802.11ac (2013) – це версія 802.11n, швидша і
більш придатна до масштабування.
Використовує до 8 просторових потоків з каналом
шириною до 160 МГц.
Всі пристрої Wi-Fі повинні оперувати з ширинами каналу
20, 40, 80 і 160 МГц та щонайменше з 4 просторовими
потоками.
Багатокористувацький MIMO (Multi User MIMO – MUMIMO) – це можливість одночасного обслуговування до 4х клієнтів окремими (до 8) просторовими потоками у каналі
«вниз» і модуляцію з високою щільністю (до 256 QAM).

19. Частотні діапазони і регламентовані рівні потужності в діапазоні 5 ГГц згідно з U-NII

Піддіапазон, Ширина, Макс. потужність, Макс. EIRP,
ГГц
МГц
мВт
Вт
U-NII-1 5.150–5.250
100
50
200
U-NII-2A 5.250–5.350
100
250
1
U-NII-2B 5.350–5.470
120
U-NII-2C 5.470–5.725
225
U-NII-3 5.725–5.825
100
1000
200
Смуга

20. Канали та їх центральні частоти в діапазоні 5 ГГц

Смуга U-NII-1
Канал
36
40
44
48
Центральна частота,
5.180 5.200 5.220 5.240
ГГц
Смуга U-NII-2
Канал
52
56
60
64
100
104
108
112
Центральна частота,
5.260 5.280 5.300 5.320 5.500 5.520 5.540 5. 560
ГГц
Канал
116
120
124
128
132
136
140
Центральна частота,
5.580 5.600 5.620 5.640 5.660 5.680 5.700
ГГц
Смуга U-NII-3
Канал
149
153
157
161
Центральна частота,
5.745 5.765 5.785 5.805
ГГц

21. Канали та їх центральні частоти в діапазоні 5 ГГц (2)

Для обчислення центральної частоти каналу в МГц
можна застосувати формулу 5000+5*N, де N – номер
каналу.
Відстань між центральними частотами каналів,
вказаних у табл. 6..8, дорівнює 20 МГц.
Всього в діапазоні 5 ГГц теоретично існують 23 канали
по 20 МГц, які взаємно не накладаються: у смузі U-NII1 – 4 канали; у смузі U-NNI-2А – 4 канали, а в смузі UNNI-2С – 11 каналів; у смузі U-NNI-3 – 4 канали.

22. Канали та їх центральні частоти в діапазоні 5 ГГц (3)

Попарне об’єднання [6] суміжних каналів по 20 МГц
дає канал 40 МГц (всього 11 каналів, які не
накладаються),
попарне об’єднання суміжних каналів по 40 МГц
утворює канал 80 МГц (всього 5 каналів, які не
накладаються),
групування пари суміжних каналів по 80 МГц – канал
160 МГц (всього 2 канали, які не накладаються).
Обмеження, визначені національними нормативними
документами, можуть змінити вказану кількість
каналів.

23. Канали у діапазоні 5 ГГц та їх об’єднання

24. Нормативні обмеження використання діапазону 5 ГГц

План використання радіочастотного ресурсу України [5]
передбачає використання піддіапазонів 5150..5250 МГц,
5250..5300 МГц, 5300..5350 МГц, 5470..5670 МГц ,
5725..5850 МГц для безпровідних мереж Wi-Fi IEEE
802.11a, IEEE 802.11n, IEEE 802.11ac і мереж WiMAX
IEEE 802.16.
Cмуга U-NII-2B у плані відсутня.
Можливі об’єднання каналів, наявних згідно з Планом
використання радіочастотного ресурсу України.

25. Нормативні обмеження використання діапазону 5 ГГц (2)

Для піддіапазону 5.150–5.250 ГГц (U-NNI-1) передбачено
використання РЕЗ виключно всередині приміщень або з
еквівалентною ізотропною випромінювальною потужністю
(EIRP) до 200 мВт.
Експлуатація термінального обладнання стандарту IEEE
802.11n з інтегрованою антеною і максимальною сумарною
EIRP до 100 мВт здійснюється всередині приміщень на
бездозвільній основі за умови їх включення до переліку
радіоелектронних засобів, що не потребують отримання
дозволів Українського державного центру радіочастот на їх
експлуатацію.

26. Нормативні обмеження використання діапазону 5 ГГц (3)

Експлуатація РЕЗ стандарту IЕЕЕ 802.11ас здійснюють
виключно всередині приміщень за умови використання в РЕЗ
інтегрованих неспрямованих антен з коефіцієнтом підсилення
до 9 дБі та обмеженням EIRP до 100 мВт.
В інших піддіапазонах (смуги U-NNI-2, U-NNI-3)
використання обладнання зовні приміщень не обмежене, крім
обладнання стандарту IEEE 802.11n з інтегрованою антеною і
максимальною сумарною EIRP до 100 мВт і РЕЗ стандарту
IЕЕЕ 802.11ас за умови застосування в РЕЗ інтегрованих
неспрямованих антен з коефіцієнтом підсилення до 9 дБі і
обмеженням максимальної EIRP до 100 мВт.

27. Переваги і недоліки використання діапазону 5 ГГц

Діапазон 5 ГГц – переваги:
менший засяг покриття і менші завади, тому можна
використати більше AP і обслуговувати більше
користувачів;
більше каналів, більша ширина смуги і ємність;
менше пристроїв Wi-Fi споживачів і пристроїв не-WiFi, менше перевантаження;
використання лише діапазону 5 ГГц пристроями
802.11ac.

28. Переваги і недоліки використання діапазону 5 ГГц (2)

Діапазон 5 ГГц – недоліки:
менший засяг покриття означає потребу в більшій
кількості AP, оскільки максимальний рівень потужності
випромінювання обмежений;
менший засяг покриття непридатний для моделей
покриття «гарячих точок» з низькою щільністю.

29. Основні етапи побудови мережі Wi-Fi

планування – визначення вимог застосунків і пристроїв:
ширина смуги, протоколи, частотні діапазони, погодження
рівня послуг (Service Level Agreement - SLA) тощо;
проектування – визначення щільності, розмірів комірок,
антен, покриття, огляд місць розташування тощо;
впровадження – інсталювання, тестування, налаштування,
встановлення базисної лінії для SLA;
оптимізація – моніторинг, звітність, регулювання, перегляд
базисної лінії для SLA;
використання – моніторинг, використання інструментів для
усунення помилок, моніторингу ємності та звітування тощо.

30. Планування мережі WiFi

Планування починається з формулювання побажань щодо
встановлення сполучень у визначеній області простору з
вказанням кількості користувачів, які повинні брати участь у
конкретній діяльності.
Визначають основні застосунки, які потребують сполучності,
вимоги до перепускної здатності, потрібної для них, а також
для інших видів мережної активності з розрахунку на одного
користувача.
Добуток величини цієї перепускної здатності на кількість
сполучень визначає потрібну агреговану ширину смуги.
Значення ширини смуги для одного сполучення
використовують також для інших проектних вирішень.

31. Планування мережі WiFi (2)

При плануванні слід взяти до уваги чотири фактори:
розташування пунктів доступу;
робочий діапазон частот (2.4 ГГц або 5 ГГц);
вибір каналів;
вибір рівня потужності та антени.
Мета полягає у вирішенні проблеми належного
покриття потрібної області простору у комірці, тобто
близьких умов приймання сигналів у її межах з
мінімальним рівнем завад всередині каналу і
максимально можливою шириною смуги для пристроїв
користувачів.

32. Встановлення і перевірка вимог щодо ширини смуги для одного сполучення

Застосунок
Номінальна перепускна здатність
Web - випадково
500 кбіт/с
Web - навчальна
1 Мбіт/с
Авдіо - випадково
100 кбіт/с
Авдіо - навчальне
1 Мбіт/с
Потокове відео на вимогу - випадково
1 Мбіт/с
Потокове відео на вимогу - навчальне
2..4 Мбіт/с
Друк
1 Мбіт/с
Спільне користування файлами - випадкове
1 Мбіт/с
Спільне користування файлами - навчальне
2..8 Мбіт/с
Тестування online
2..4 Мбіт/с
Резервне копіювання пристроїв
10..50 Мбіт/с
Вимоги до номінальної ширини смуги для деяких поширених
застосунків в університетському середовищі.

33. Обчислення необхідної агрегованої перепускної здатності в області покриття

Для WLAN швидкість у каналі залежить від багатьох
факторів, включно з протоколами, умов середовища,
частотним діапазоном мережного адаптера.
При обчисленнях агрегованої перепускної здатності за
основу беруть кількість сполучень, а не кількість місць
розташування користувачів, оскільки кількість
сполучень у комірці визначає повну перепускну
здатність, а користувачі можуть використовувати понад
один пристрій.

34. Обчислення необхідної агрегованої перепускної здатності в області покриття (2)

Wi-Fi використовує спільне середовище пересилання
сигналів і працює в режимі півдуплексу, в якому в даний
момент часу тільки одна станція може мати доступ до
каналу і вживати його. При цьому пересилання вгору і
пересилання вниз використовують той сам канал.
Кожен канал або комірка Wi-Fi репрезентує можливу
одиницю ширини смуги.
Користувачі або застосунки можуть викликати сплески
трафіку, тому мережі доступу часто проектують із
запасом перепускної здатності 20:1 для врахування цих
сплесків.

35. Обчислення необхідної агрегованої перепускної здатності в області покриття (3)

Неможливо фізично обмежити область поширення
сигналів даного радіопристрою від інших радіопристроїв,
які працюють у тому ж діапазоні частот.
Мережі Wi-Fi використовують частотний план, який
дозволяє розділити наявний спектр частот на групи
каналів, які взаємно не накладаються, при чому один
канал репрезентує комірку.
Проблема: скільки користувачів може бути асоційованих
з даною коміркою з дотриманням вимог щодо прийнятної
ширини смуги, доступної кожному користувачу.

36. Обчислення необхідної агрегованої перепускної здатності в області покриття (4)

Стандарт
Темп
даних,
Мбіт/с
801.11b
801.11b
801.11b
801.11b/g
801.11b/g
801.11b/g
801.11a
801.11a
801.11a
801.11n, MCS7
801.11n, MCS7
801.11n, MCS7
11
11
11
54
54
54
54
54
54
72
72
72
Агрегована
перепускна
здатність,
Мбіт/с
7.2
7.2
7.2
13
13
13
25
25
25
35
35
35
Приклад
кількості
користувачів
Усереднена перепускна
здатність для одного
користувача
10
20
30
10
20
30
10
20
30
10
10
10
720 кбіт/с
360 кбіт/с
240 кбіт/с
1.3 Мбіт/с
650 кбіт/с
430 кбіт/с
2.5 Мбіт/с
1.25 Мбіт/с
833 кбіт/с
3.5 Мбіт/с
1.75 Мбіт/с
1.16 Мбіт/с
Перепускна здатність для даних і сполучення користувачів у різних
стандартах мереж 802.11.

37. Характеристики середовища WLAN стосовно щільності користувачів

Щільність розташування користувачів – це критичний
параметр у проектуванні WLAN.
Одна радіокомірка характеризується агрегованою
наявною шириною смуги.
Кількість користувачів та характеристики їх
під’єднання (швидкість, простоювання, смуга сигналу,
SNR) визначають ширину смуги, наявну для одного
користувача.

38. Характеристики середовища WLAN стосовно щільності користувачів (2)

Типове офісне середовище (у США) передбачає
розміщення пунктів доступу на площах 250..500 кв. м з
мінімальним рівнем сигналу -67 дБм і максимальною
кількістю 20..30 користувачів на одну комірку, тобто
щільність становить приблизно 1 користувач на 11 м2.
Пункт доступу звичайно розташовують у місцях
найбільшої щільності користувачів, наприклад, у
конференц-залах, де щільність користувачів становить
1 на 2.6 м2. В авдиторіях щільність користувачів значно
більша, так що один пристрій користувача припадає на
площу, меншу від одного квадратного метра.

39. Характеристики середовища WLAN стосовно щільності користувачів (3)

Висока щільність користувачів означає:
усереднена площа комірки становить 185..280 м2 ;
на цій площі впроваджено багато пунктів доступу (AP) з
міркувань збільшення ємності;
типова кількість клієнтів - 50..100 осіб на одну комірку;
пункти доступу розташовані на відстані приблизно 18 м один
від одного, що відповідає площі 280 м2 для однієї комірки;
відстань між AP 15 м відповідає площі комірки 185 м2.
Якщо щільність користувачів =1 особа на 1 м2, то слід
дотримуватися мінімальних темпів пересилання даних і
мінімальних рівнів потужності випромінювання.

40. Характеристики середовища WLAN стосовно щільності користувачів (4)

Типова щільність користувачів характерна для більшості
площ, на яких впроваджують WLAN для підприємств та
комерційних організацій.
Середня площа комірки може становити 280..460 м2 і
середня кількість користувачів дорівнює 10..30 осіб.
Пункти доступу, розташовані на відстані 18 м
забезпечують площі покриття 280 м2, а для відстані 24
м ця площа дорівнює 460 м2.

41. Характеристики середовища WLAN стосовно щільності користувачів (5)

Низька щільність користувачів.
Поріг низької щільності користувачів досягається у
дуже великих комірках площею понад 460 м2.
При цьому наявні всі швидкості пересилання даних, а
рівень потужності збільшують до порогу,
встановленого протоколом регулювання пересилання
(Transmission Control Protocol - TCP) для забезпечення
покриття на максимальній відстані до краю комірки.
Нижчі темпи пересилання даних потребують більшого
використання ефірного часу користувачами.

42. Покриття радіосигналом області навколо AP

Покриття радіосигналом певної області навколо AP звичайно
характеризують радіусом покриття. Розрізняють два значення:
Перше значення окреслює відстань, на якій в ідеальних умовах
поширення рівень сигналу зменшується до межі, прийнятної для певного
темпу пересилання даних з наперед визначеним рівнем помилок при
прийманні. Це значення називають радіусом покриття для клієнта AP.
Друге значення радіусу покриття пов’язане з завадами всередині каналу,
створеними одним радіопередавачем іншим передавачам, які працюють
в тому ж частотному каналі.
Потужність, випромінена даним AP, може бути надто малою для
безпомилкового приймання рамки WLAN за межами радіусу
покриття для клієнта цього AP, проте цілком достатньою, щоб
припинити пересилання сигналів передавачем іншого AP згідно з
протоколом доступу до середовища (CCA).

43. Покриття радіосигналом області навколо AP (2)

Поріг детектування пакету (Packet Detection Threshold RX-SOP) визначає рівень сигналу Wi-Fi, при якому
радіо AP може демодулювати і декодувати пакет.
Діапазон 802.11 Високий поріг Середній поріг Низький поріг
2.4 ГГц
-79 дБм
-82 дБм
-85 дБм
5 ГГц
-76 дБм
-78 дБм
-80 дБм
Порогові значення рівнів потужності на межах, визначених
вказаними радіусами покриття, залежать від вимог застосунків.
Технологія пересилання голосу через безпровідні мережі
(VoWLAN) фірми Cisco встановлює рівень потужності для першого
радіусу –67 дБм (для мінімізації втрат пакетів), а для другого
радіусу -86 дБм (для мінімізації завад від інших AP всередині
даного частотного каналу).

44. Покриття радіосигналом області навколо AP (3)

Рекомендований рівень накладання комірок для VoWLAN
становить 20%. Це забезпечує можливість виявлення
альтернативного пункту доступу і під’єднання до нього, а
отже, уникнення тривалого переривання сполучення, зміни
темпу пересилання і повторного пересилання.
Накладання 20% означає меншу відстань d між AP від
зумовленої межами комірки.
Для R=1 і площі накладання 20% від площі поодинокої
комірки чинне значення d= 1.374 для межі -67 дБ. Також
поширені значення d= 1.611 для накладання 10%, d= 1.487
для 15%, d= 1.269 для 25% і d= 1.17 для 30%.

45. Покриття радіосигналом області навколо AP (4)

Впровадження WLAN для пересилання даних
забезпечує радіус AP для клієнтів на рівні потужності
-75 дБм, рівний 33.5 м, і накладання площ комірок 10%
завдяки більшої толерантності пересилання даних до
втрат пакетів і джиттеру.
Внутрішньоканальний (co-channel) радіус для WLAN
більший, ніж для VoWLAN, однак рівні виявлення
потужності однакові.
Тому в діапазоні 2.4 ГГц ємність мережі на одному
поверсі еквівалентна трьом каналам, навіть коли
використано більше пунктів доступу.

46. Особливості планування каналів Wi-Fi у діапазоні 2.4 ГГц

Стратегія планування каналів у діапазоні 2.4 ГГц з метою
зменшення перевантаження включає зменшення завад
всередині каналу :
вилучення швидкостей пересилання, властивих
стандарту 802.11b, що може зменшити область
покриття і, тим самим, рівень завад та вилучити
найменш ефективні протоколи;
вибір відносно високих темпів пересилання з числа
обов’язкових, що також зменшить покриття та завади, і
дозволить застосувати швидкості 12..18 Мбіт/с у
середовищах з високою щільністю користувачів;

47. Особливості планування каналів Wi-Fi у діапазоні 2.4 ГГц (2)

утримання не більше 3..4 мереж (Service Set Identifier –
SSID) на одному пункті доступу (AP), оскільки кожен
AP мусить розсилати широкомовні рамки у кожну
конфігуровану WLAN; це може значно зменшити
службове навантаження, пов’язане з цим фізичним
каналом;
видалення відомих джерела не-Wi-Fi завад.
Вказані заходи не зменшують рівня завад від сусідніх
мереж Wi-Fi.

48. Особливості планування каналів Wi-Fi: вимоги до покриття

Рівень сигналу або покриття на краю комірки,
необхідні мережі для доброго виконання операцій - це
рекомендація для проектування.
Звичайно це значення RSSI (Received Signal Strength
Indicator – індикатор інтенсивності прийнятого
сигналу) дорівнює -67 дБм і враховує відношення
сигнал/шум на рівні 25 дБ, тобто рівень шуму -92 дБм.
Якщо рівень шуму перевищує -92 дБм, то вказане
значення RSSI може бути недостатнім для підтримання
мінімального темпу пересилання даних, якого
потребують застосунки.

49. Рівень потужності і вибір антени

Рівень потужності передавача та вибір антени визначають
розташування пункту доступу і покриття
Антена визначає три фундаментальні параметри:
виграш (коефіцієнт підсилення), тобто збільшення рівня потужності,
випроміненої в певному напрямі, порівняно з гіпотетичною ізотропною
антеною, яка випромінює однаково у всіх напрямах;
напрямність, яка залежить від форми нормованої діаграми
випромінювання (напрямності) антени;
поляризація, яка окреслює просторову орієнтацію вектора напруженості
електричного поля.
Виграш і напрямність визначають засяг, швидкість і безвідмовність
сполучення, а поляризація впливає на безвідмовність та ізоляцію
шумів.

50. Рівень потужності і вибір антени (2)

Антени, які використовуються у мережах Wi-Fi, поділяють на
ненапрямні (всенапрямні) і напрямні.
Ненапрямні антени звичайно мають форму діаграми
напрямності у певній площині, близьку до кола, а в іншій
площині, ортогональній до попередньої, діаграма напрямності
суттєво відмінна за формою від колової. Прикладом може
бути півхвильовий лінійний випромінювач.
Напрямні антени зосереджують енергію випромінення у
певному напрямі або напрямах з метою збільшення рівня
потужності в конкретній області, збільшення засягу,
регулювання розміру і форми комірки при передаванні та
прийманні.

51. Характеристики і параметри антен і випромінювачів антенних систем

Антена – це пристрій, який випромінює
електромагнітну енергію від генератора, під’єднаного
до входу антени або приймає електромагнітну енергію
від зовнішнього джерела поза антеною.
Електромагнітне поле антени найпростіше аналізувати
у так званій далекій зоні (зоні Фраунгофера),
визначеній умовами:

52. Характеристики і параметри антен і випромінювачів антенних систем (2)

Потік електромагнітної енергії, випромінений
віддаленим джерелом (у зоні Фраунгофера) дорівнює
- діаграма випромінювання
- інтенсивність випромінювання
- повна випромінена
потужність

53. Характеристики і параметри антен і випромінювачів антенних систем (3)

Cпрямованість у даному напрямі або коефіцієнт
спрямованої дії у даному напрямі – (directive gain)
антенної системи:
Максимальне значення виграшу спрямованості
називають спрямованістю (directivity) антени.
Ефективна ізотропно випромінена потужність
(Effective Isotropic Radiated Power – EIRP):

54. Характеристики і параметри антен і випромінювачів антенних систем (4)

Виграш (підсилення) потужності у даному напрямі або
підсилення антени у даному напрямі :
- потужність , прийнята терміналом антени від передавача
Максимальне значення цього параметра називають
виграшем (підсиленням або коефіцієнтом підсилення) антени.
Коефіцієнт ефективності (або коефіцієнтом корисної дії):

55. Характеристики і параметри антен і випромінювачів антенних систем (5)

З падаючої хвилі зі щільністю потужності приймальна
антена виділяє потужність , яку можна виразити через
ефективну площу антени :
Це формула Фрійса (Friis) для комунікаційних антен,
відома також як формула ідеального радіопересилання.
Найчастіше її застосовують в еквівалентній формі:

56. Характеристики і параметри антен і випромінювачів антенних систем (6)

Для лінійних антен на підставі вектора випромінення і
вхідного струму в антені можна впровадити поняття
вектора ефективної довжини (ефективної висоти) антени:
співвідношення між ефективною площею та підсиленням:
коефіцієнт
неузгодження
поляризації
коефіцієнт неузгодження
навантаження (антени)

57. Характеристики і параметри антен і випромінювачів антенних систем (6)

Якщо антена не узгоджена з приймачем, а також якщо
існують поляризаційна неузгодженість і дисипативні
втрати, то ефективну площу обчислюють як:
де
Rx - модуль коефіцієнта відбиття приймача;
J 0w - вектор поляризації хвилі, яка падає на антену;
J 0Rx - вектор поляризації приймальної антени;
Rx - коефіцієнт ефективності (к.к.д.) приймальної антени;
0
D rRx
- коефіцієнт спрямованої дії приймальної антени у даному напрямі (у відносних
одиницях).

58. Радіопересилання в каналі SISO у вільному просторі

Формула ідеального радіопересилання ( формула Фрійса Friis) пов’язує потужність, підведену до передавальної антени,
з потужністю, прийнятою приймальною антеною, коли ці
антени достатньо віддалені (далека зона):
- основні втрати пересилання у вільному просторі .
Відображають : (1) зменшення щільності потужності на сферичній
поверхні при збільшення її радіуса (1-й множник ); (2) залежність
ефективної площі приймальної антени від довжини хвилі (2-й множник ).

59. Радіопересилання в каналі SISO у вільному просторі (2)

Максимальна відстань дії радіоканалу (вільний простір):
Значення залежить від багатьох факторів, серед яких
найважливішим є відношення сигнал/шум
(signal-to-noise ratio - SNR).

60. Стандартні антени віднесення

Ряд характеристик і параметрів антен і випромінювачів означені
в порівнянні з еталонними антенами, які також називають
опорними антенами або антенами віднесення (reference antenna):
абсолютний або ізотропний виграш (absolute or isotropic gain), коли
антена віднесення – це ізотропний випромінювач у вільному просторі;
виграш відносно півхвильового диполя (gain relative to a half-wave dipole) ,
коли антена віднесення – це півхвильовий диполь у вільному просторі,
екваторіальна площина якого містить даний напрям;
виграш відносно короткої вертикальної антени (gain relative to a short
vertical antenna) , коли антена віднесення – це лінійний провідник, значно
коротший від чверті довжини хвилі та розташований нормально до
ідеально провідної площини, яка містить даний напрям.

61. Виграш потужності типових антен віднесення

Антена віднесення
Ізотропний випромінювач у вільному
просторі
Диполь Герца у вільному просторі
Півхвильовий диполь у вільному
просторі
Диполь Герца або короткий
вертикальний монополь безпосередньо
над ідеально провідною площиною
Четвертьхвильовий монополь
безпосередньо над ідеально провідною
площиною
Підсилення
g t (у відносних одиницях)
Gt 10 lg g t (у дБ)
1
0
1.5
1.75
1.65
2.15
3
4.8
3.3
5.2