Работа №4 ТБС. 4 Расчет беспроводных локальных сетей в последние годы все большее распространение получили беспроводные локальные сети WiFi
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
3 4 Расчет беспроводных локальных сетей В последние годы все большее распространение получили беспроводные локальные сети Wi-Fi. Они проектируются как домашние сети, небольшие офисные или горячие точки беспроводного доступа в общественных местах. На сегодняшний день диапазон 2,4 ГГц делят между собой множество стандартов передачи данных Wi-Fi, Wi-MAX, Bluetooth, Wireless USB, Home RF, ZigBee, и др. Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) утверждает официальные версии стандартов связи IEEE 802.хх. Условия частотного планирования сетей Wi-Fi, способы модуляции сигнала и, следовательно, скорости передачи определяются, стандартом 802.11 и его спецификациями (a, b, g, n и другие. При настройке беспроводного соединения могут возникать различные вопросы. Например, какой будет мощность сигнала на определенном расстоянии, или каким может быть максимальное расстояние между передатчиком и приемником в условиях сохранения желаемого качества связи, или как выбрать подходящую для конкретного случая модель антенны с усилением сигнала или без. 4.1 Расчет зоны Френеля Зона Френеля - это пространство вокруг визуальной линии зрения, где распространяются волны после того, как они покидают антенну (см. рис. ). Для поддержания мощности сигнала при распространении необходимо чистое поле - свободное пространство. Это особенно важно для беспроводных систем, работающих на частоте 2.4 ГГц, потому что волны с длиной 12.5 см очень восприимчивы к различным преградам, поглощаются водой, например, соком деревьев. Это объясняется тем, что радиоволна распространяется непрямой линией, а в виде эллипсоида вращения. Это выглядит следующим образом Рис. 1 – Эллипсоид вращения Для построения стабильного беспроводного радиоканала кроме прямой видимости необходимо учитывать и наличие свободной зоны Френеля. Зона Френеля должна быть свободной от препятствий не менее чем на 0.707 от 4 теоретически рассчитанной, то есть, если зона свободна на 80%, то радиоканал должен работать стабильно. 20% заграждения зоны Френеля вызывает небольшую потерю сигнала для соединения. При заграждении зоны Френеля свыше 40% потери сигнала становятся значительными, а качество соединения неудовлетворительным. Если радиоканал проходит через городской квартал с многоэтажными домами, необходимо учитывать препятствия находящиеся по бокам зданий. Таблица 4.1 - Радиус зоны Френеля f = 2.4 ГГц f = 5.8 ГГц d между ПРД и ПРМ R зоны Френеля d между ПРД и ПРМ R зоны Френеля км 12.0 мкм мкм мкм мкм мкм мкм мкм м Для расчета радиуса зоны Френеля можно использовать следующую формулу 𝑅 = 17.3√ 1 𝑓 𝑆𝐷 𝑆+𝐷 , где R – радиус зоны Френеля (м, S, D – расстояние от антенн (ПРД и ПРМ – соответственно S и D) до самой высшей точки препятствия в зоне (км, f – частота (ГГц. 17.3 - поправочный коэффициент, который зависит от единиц измерения расстояний и частоты передачи сигнала. Задача 4.1. Для каждого варианта, согласно предпоследней цифре номера зачетной книжки, рассчитать радиус зоны Френеля и сделать вывод о качестве соединения. Таблица 4.2 – Исходные данные Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 ГГц 5.80 2.45 2.47 5.80 2.43 2.47 5.80 2.41 2.45 антенн, м 25 17 10 11 15 14 20 22 12 h препят,м 7 10 8 5 7 10 12 15 15 8 S, км 10 9 3 1 4 5 6 7 8 D, км 3 14 5 8 12 2 1 4 5 *- В расчетах речь идет о WiFi – мостах. Кривизной поверхности земли пренебрегают. Пример расчета Рассчитать радиус зоны Френеля и сделать вывод о качестве соединения, если частота канала 5.8 ГГц, расстояние от ПРД до вершины дерева (S) 5 равно 3 км, расстояние от вершины дерева до ПРМ (D) равно 6 км, h антенн = м, h препят = м. По формуле 8.1: 𝑅 = 17.3√ 1 𝑓 𝑆𝐷 𝑆+𝐷 = 17.3√ 1 5.8 3×6 3+6 = 10.2м Для хорошего качества соединения должно быть свободно 80% зоны, этом. Т.к. высота препятствиями оно располагается нестрого по радиусу зоны, то это препятствие не будет влиять на качество соединения и скорость передачи в канале. 4.2 Расчет энергетического бюджета беспроводной трассы Данный расчет позволяет вычислить энергетический бюджет беспроводного соединения и получить ответы на вопросы возможна ли связь на заданном расстоянии, какие антенны для этого потребуются, какая скорость в канале может быть при этом достигнута Результат расчета - запас по энергетике, который должен составлять не менее 22 dB для сохранения устойчивой связи при резких ухудшениях условий прохождения радиоволн. Функция расчета качества беспроводного соединения точка-точка учитывает все коэффициенты ослабления при передаче сигнала от передатчика до приемника в свободном пространстве, потери мощности сигнала при прохождении по кабелю (если таковые имеются, усиление сигнала с помощью антенн на передаче и на приеме. Эти расчеты позволяют оценить надежность беспроводного соединения, когда передатчики приемник находятся на определенном расстоянии друг от друга. Расчет качества связи еще называют запасом по мощности или запасом по усилению. По полученным результатам запаса по мощности можно оценить качество соединения - отличный - радиоканал работает с высокой надежностью, идеально подходит для работы с приложениями, требующими высокого качества соединения. Запас на затухание сигнала более 22 дБ. - хороший – удовлетворительная устойчивость сигнала, соединение дает возможность просматривать веб-страницы. Запас на затухание 14-22 дБ. - нормальный - соединение не всегда стабильное, скорость передачи незначительна. Запас на затухание 14 дБ и ниже. Энергетический бюджет линии можно рассчитать последующей формуле P = P r – γ, (4.2) где Р - запас по мощности сигнала, дБ Р – уровень сигнала на входе приемника, дБм; γ – чувствительность приемника, дБм. Мощность полученного сигнала можно найти следующим образом P r = Р – l t •λ к,прд + G прд + G прм – l r •λ к,прм – L, (4.3) 6 где L - потери в свободном пространстве, дБ Р – мощность передатчика, дБм; l t – длина фидера на передаче, м l r - длина фидера на приеме, м λ к,прд – потери в кабеле при передаче, дБ/м; G прд – усиление антенны при передаче, дБи; G прм – усиление антенны при приеме сигнала, дБи; λ к,прм - потери в кабеле при приеме сигнала, дБ/м; P r – уровень сигнала на входе приемника (мощность полученного сигнала, дБм. Задача 4.2. Для каждого варианта, согласно последней цифре номера зачетной книжки, рассчитать энергетический бюджет линии и сделать вывод о качестве соединения. Таблица 4.2 – Исходные данные Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 f, МГц 2412 5150 2437 5250 2452 5350 2472 5800 2462 d, км 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 5.0 5.5 4.5 10.0 8.0 P прд , дБм 26 19 28 15 27 16 27 18 28 21 γ, дБм -70 -73 -78 -82 -85 -88 -87 -90 -92 -93 l t , мм λ к,прд дБ/м 0.95 0.09 0.12 0.17 0.08 0.30 0.05 0.80 1.12 0.70 λ к,прм дБ/м 0.93 0.09 0.13 0.16 0.12 0.40 0.03 0.05 0.50 0.70 G прд , дБи 24 18 25 17 23 18 22 14 25 16 G прм , дБи 2 1 0 2 1 2 1 0 1 2 *- потери в разъемах тракта незначительны, составляют не более 0.5 - 1dB, ими можно пренебречь. Предполагается, что антенны приемника и передатчика находятся в зоне прямой видимости. Справочную информацию, необходимую для расчета, можно посмотреть в приложении. Пример расчета Рассчитать энергетический бюджет линии и сделать вывод о качестве соединения, если f = 5350 , d = 3 км, P прд = 26 дБм, γ = -66 дБм, λ к,прд = λ к,прм = 1.5 дБ, G прд = 24 дБи, G прм = 1дБи. Найдем потери мощности в свободном пространстве L = 20 lg (d) + 20 lg (f) + 32.44 = 20 lg 3 + 20 lg 5350 + 32.44 = 20•0.48 + 20•3.73 + 32.44 = 9.6 + 74.6 + 32.44 = 116.64 дБ Найдем уровень сигнала на входе приемника P r = 26 – 1.5 + 24 + 1 – 1.5 – 116.64 = -68.64 дБм Рассчитаем энергетический бюджет линии следующим образом 7 P = -68.64 – (-66) = -2.64 дБ Поскольку запас по энергетике канала не входит в рамки требуемого (22 дБ, то такая линия существовать не может. Следует пересмотреть оборудование, взятое для построения подобного линка. Список литературы 1. Голдсмит А. Беспроводные коммуникации перс анг. – М.:Техносфера, 2011. – 904 с. 2. Маковеева ММ, Шинаков ЮС. Системы связи с подвижными объектами учебное пособие для вузов. - Г Радио и связь, 2002. - 440 с. 3. Галкин В.А. Цифровая мобильная радиосвязь учебное пособие для вузов. – М Горячая линия - Телеком, 2012. – 432 с. 4. Величко В.В. Передача данных в сетях мобильной связи третьего поколения – М Техносфера, 2005. – с. 5. Кшиштов В. Системы подвижной радиосвязи / перс польского. – М Горячая линия - Телеком, 206. – 536 с. 6. Овчичников ММ, Королева Л.Н. Сравнительный анализ зарубежных и отечественных цифровых радиорелейных систем. Учебное пособие / МТУСИ, 2002 г. 7. http://www.nporapira.ru/sections/4/articles/28 |