Site Loader

Содержание

Общие сведения о радиосвязи и Wi-Fi оборудовании

Скачать книгу: «Wi-Fi оборудование в видеонаблюдении»

1.1. Основы связи Wi-Fi в видеонаблюдении

1.1.1. Выбор месторасположения

1.1.2. Работа в конкретных условиях

1.1.3. Расположение антенны

1.1.4. Тип беспроводных клиентов

1.2.1. Стандарты семейства 802.11

1.2.2. Используемые частоты и каналы в диапазоне 2.4 ГГц

1.2.3. Нестандартные частоты и каналы в диапазоне 2.4 ГГц

1.2.4. Используемые частоты и каналы в диапазоне 5 ГГц

2.1. Реальная скорость связи по Wi-Fi и факторы, влияющие на нее

2.2.1. Дальность работы по Wi-Fi

2.1.1.1. Отношение сигнал/шум в точках расположения антенн приемника и передатчика

2.1.1.2. Наличие препятствий на пути распространения сигнала

2.1.1.3. Наличие препятствие в зоне Френеля

2.1.1.4. Влияние погоды беспроводную связь с Wi-Fi камерами

2.1.1.5. Кабельная система

2.1.1.6. Мощность передатчика

2.1.1.7. Чувствительность приемника

2.1.1.8. Используемые антенны

2.2. Антенны Wi-Fi

2.2.1. Изотропный излучатель

2.2.2. Диаграмма направленности антенны

2.2.3. Коэффициент усиления антенны

2.2.4. Поляризация

2.2.5. Компромисс при выборе антенн

2.2.6. Типы антенн для Wi-Fi-устройств

2.2.6.1. Всенаправленные антенны (Omni-directional)

2.2.6.2. Направленные антенны

2.2.6.2.1. Секторные антенны

2.2.6.2.2. Антенны «волновой канал»

2.2.6.2.3. Сегментно-параболические антенны

2.2.6.2.4. Панельные антенны

2.2.7. Грозозащита

2.3. Размещение антенн

2.4. Беспроводные точки доступа

2.4.1. Точки доступа комнатного исполнения

2.4.1.1. Типичная точка доступа комнатного исполнения

2.4.2. Точки доступа уличного исполнения

2.4.2.1.2. Точка доступа уличного исполнения Ubiquiti NanoStation2

2.4.2.2. Точки доступа уличного исполнения без встроенной антенны

2.4.2.2.1. Точка доступа WAP-8000

3.2. Окончательная настройка Wi-Fi подключения

3.2.1. Убедитесь в наличии прямой видимости

3.2.2. Проверьте правильность настройки антенн

3.2.3. Выбор беспроводного канала

3.2.4. Выбор режима работы

3.2.5. Установка скорости работы

3.2.6. Выбор поляризации антенн

3.2.7. Выбор дополнительных параметров

3.2.8. Выбор выходной мощности

3.2.9. Настройка скорости работы камеры

3.2.10. Изменение схемы работы беспроводной сети

1.1. Основы связи Wi-Fi в видеонаблюдении
В беспроводном видеонаблюдении используется диапазон частот 2.4 или 5 ГГц, т.е. ВЧ и КВЧ. Радиоволны в этих диапазонах частот не огибают препятствия, распространяются в пределах прямой видимости.Основная проблема организации беспроводного подключения IP камер и другого оборудования на частотах 2.4 ГГц или 5 ГГц в помещении или на улице заключается в том, что радиосигналы очень плохо проходят через твердые объекты. Обходя препятствия, радиосигнал многократно отражается от различных препятствий.

Внимание! Для работы любой Wi-Fi камеры требуется наличие прямой видимости между точками установки приемной и передающей антенн. Трасса прохождения радиосигнала должна быть свободна от любых помех — деревьев, кустов, зданий и т.д. в пределах зоны Френеля (подробности ниже).

Отраженные радиосигналы от различных препятствий проходят по разным траекториям и приходят к антенне приемника с различной временной задержкой, что может привести к наложению переданных пакетов друг на друга.
Для преодоления таких проблем используется кодирование OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов). OFDM разрабатывалась для использования вне помещений. Суть кодирования OFDM состоит в создании широкополосного сигнала, состоящего из некоторого количества «ортогональных» сигналов, каждый из которых передает поток данных с низким битрейтом.

Беспроводные IP камеры, а также другое беспроводное оборудование, работают в соответствии с международными стандартами семейства 802.11. Наиболее важные и распространенные из них – 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n.

1.1.1. Выбор месторасположения
Чтобы избегать взаимного влияния оборудования, следует располагать беспроводное оборудование (точки доступа, беспроводные адаптеры) подальше трансформаторов, микроволновых печей, мощных электродвигателей, светильников дневного света и другого промышленного оборудования. Клиенты должны подключаться к точке доступа находящейся в прямой видимости, так как различные препятствия на пути сигнала могут существенно повлиять на пропускную способность. Обычная офисная перегородка может сильно ослабить сигнал, а капитальная стена и вовсе стать надежным экраном на пути сигнала. Для обеспечения равномерного покрытия отдельных помещений используйте несколько точек доступа.

1.1.2. Работа в конкретных условиях
На беспроводную сеть влияет множество факторов (соседствующие беспроводные сети, погода, расстояния, расположение и тип используемых антенн, интенсивность использования беспроводных каналов и количество одновременно подключенных клиентов, преграды на пути сигнала и т.п.). При инсталляции новой беспроводной сети очень сложно предугадать как она будет работать в выбранном Вами местоположении. Каждая среда размещения уникальна в плане различной инфраструктуры, количеством препятствий материалами из которых они изготовлены, погодными условиями, и т.д. Поэтому практически невозможно дать точную оценку работы того или иного беспроводного решения без проведения тестовых испытаний.

1.1.3. Расположение антенны
Антенна с круговой диаграммой направленности позволяет выполнить ее регулировку в вертикальной и горизонтальной плоскости. Иногда поворот антенны помогает при слабом уровне сигнала. Вы можете использовать направленные антенны, чтобы расширить зону покрытия. Перед заменой антенны следует убедиться что она подходит по характеристикам (частотный диапазон) и имеет разъем соответствующего типа. Если тип разъема у антенны отличается, то Вам необходимо заранее приобрести соответствующий переходник.

Внимание! Если на пути сигнала находится капитальная стена или перекрытие (из армированного железобетона), то замена антенны на более мощную не даст положительного результата. Такие преграды практически полностью поглощают и отражают сигнал точки доступа. Если возможно обогнуть препятствие с помощью установки дополнительного ретранслятора, который имеет прямую видимость с точками приема и передачи, то такое решение намного лучше, чем пытаться преодолеть его в лоб.

1.1.4. Тип беспроводных клиентов
Если точка доступа настроена на поддержку беспроводных клиентов стандартов 802.11b и 802.11g, то при подключении клиентов стандарта 802.11b пропускная способность беспроводной сети значительно снизится. Причина в том, что в этом режиме каждому 802.11g OFDM пакету должен предшествовать RTS-CTS или CTS, который может быть распознан устройствами стандарта 802.11b. Этот дополнительно снижает скорость. Поэтому если в вашей беспроводной сети нет оборудования работающего по стандарту 802.11b рекомендуется перевести точку доступа в режим G only. Также значительно влияет на пропускную способность беспроводного подключения использование режимов WDS и Repeater (снижение пропускной способности в два раза).

1.2.1. Стандарты семейства 802.11
IEEE 802.11 — набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2,4; 3,6 и 5 ГГц. Наиболее известен по названию Wi-Fi.
802.11
Первый вариант стандарта, диапазон работы – 2.4 ГГц. Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и опционально на скорости 2 Мбит/с. В настоящее время не используется. Ширина канала – 11МГц.

802.11a
Стандарт, использующий диапазон 5ГГц, обеспечивает скорости работы 54 до 36, 24, 18, 12, или 6 Мбит/c. Ширина канала – 20МГц.
802.11b
Дальнейшее развитие стандарта 802.11, использующего диапазон 2.4ГГц, Обеспечивает скорости работы 11, 5.5, 2 и 1 Мбит/с Ширина канала – 22МГц.
802.11g
Наиболее распространенный стандарт, обеспечивающий лучшую по сравнению с 802.11b пропускную способность. Стандарт использует диапазон 2.4 ГГц, и обеспечивает скорости работы 54, 36, 24, 18, 12 и 6 Мбит/с. Обратно совместим со стандартом 802.11b, и, соответственно поддерживает также скорости работы 11, 5.5, 2 и 1 Мбит/с. Ширина канала – 20МГц.
802.11n
Стандарт 802.11n повышает скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g (максимальная скорость которых равна 54 МБит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 480 Мбит/с. Устройства 802.11n работают в диапазонах 2,4 — 2,5 или 5,0 ГГц.
Однако, данная скорость передачи данных подразумевает использование большей ширины канала (40МГц) и использования нескольких антенн для приема и передачи данных. Это затрудняет применение данного оборудования вне помещения, кроме того, из-за распространения устройств Wi-Fi, работа со спектром 40 МГц в реальных условиях крайне маловероятна.

1.2.2. Используемые частоты и каналы в диапазоне 2.4 ГГц
Для беспроводной Wi-Fi связи используется определенный диапазон частот, причем в зависимости от страны, этот диапазон может быть различным. Весь диапазон частот разбит на несколько каналов, на которых может работать оборудование.
Стандарты 802.11b, 802.11g и 802.11n определяют следующие каналы:

Канал Частота, ГГц Страны
1 2,412 США, Европа, РФ, Япония
2

2,417

США, Европа, РФ, Япония
3 2,422 США, Европа, РФ, Япония
4 2,427 США, Европа, РФ, Япония
5 2,432 США, Европа, РФ, Япония
6 2,437 США, Европа, РФ, Япония
7 2,442 США, Европа, РФ, Япония
8 2,447 США, Европа, РФ, Япония
9 2,452 США, Европа, РФ, Япония
10 2,457 США, Европа, РФ, Япония
11 2,462 США, Европа, РФ, Япония
12 2,468 Европа, РФ, Япония
13 2,472 Европа, РФ, Япония
14 2,484 Япония

Из таблицы видно, что шаг каналов в диапазоне 2.4 ГГц составляет 5 МГц, а ширина канала, как описано выше, составляет 20МГц. Таким образом, спектр рабочих частот оборудования перекрывается и независимых каналов, работа на которых возможна без взаимных помех, всего три – например 1 (2,412 ГГц), 6 (2,437 ГГц) и 11 (2,462 ГГц), частоты которых отличаются более чем на 20 МГц. Можно также использовать как независимые каналы 2, 7, 12 или 3, 8, 13.
Так как имеется всего 3 независимых Wi-Fi канала, причем реальная скорость работы Wi-Fi устройств в реальных условиях не превышает 8-10 Мбит/, то подключение по Wi-Fi множества устройств одновременно сильно затруднено из-за ограничения пропускной способности.
Опыт показывает, что подключение более 4-5 беспроводных Wi-Fi камер с битрейтом 500-1000 кбит/с к одной точке доступа нецелесообразно. Причем ограничивает количество подключаемых камер не только ширина беспроводного канала, но и ограниченное быстродействие процессора точки доступа, который просто не успевает обрабатывать поступающие пакеты данных при подключении множества устройств одновременно. Таким образом, с использованием стандартных средств можно подключить не более 12-15 камер по Wi-Fi.
Кроме того, нужно учитывать, что в настоящее время имеется множество оборудования, работающего в данном стандарте, и, соответственно, беспроводные каналы могут быть заняты другими радиосетями, что еще более затрудняет подключение IP камер.
Применение оборудования Wi-Fi требует офрмление соответствующих лицензий и разрешений в соответствии с законодательством РФ. Для преодоления данного ограничения существует два пути – использовать оборудование, работающее в диапазоне 5 ГГц или использовать нестандартные частоты в диапазоне 2.4 ГГц.

1.2.3. Нестандартные частоты и каналы в диапазоне 2.4 ГГц
Некоторое оборудование может работать за пределами стандартного диапазоне частот, определенного стандартом Wi-Fi. Это свойство полезно при зашумленности или занятости стандартных Wi-Fi каналов. Так как в данном случае используются нестандартные частоты, то должно применяться только совместимое оборудование.
Нестандартные каналы, доступные для оборудования Ubiquiti:

Канал 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250
Частота, ГГц 2,312 2,317 2,322 2,327 2,332 2,337 2,342 2,347 2,352 2,357 2,362 2,368 2,372 2,377
Канал 251 252 253 254 255 0                
Частота, ГГц 2,382 2,387 2,392 2,397 2,402 2,407                

Из таблицы видно, что шаг нестандартных каналов составляет 5 МГц, а ширина канала, как описано выше, составляет 20МГц. Таким образом, спектр рабочих частот оборудования также перекрывается и независимых каналов на нестандартных частотах, работа на которых возможна без взаимных помех и  частоты которых отличаются более чем на 20 МГц – четыре: например 237, 242, 247 и 252. Можно также использовать как независимые каналы 238, 243, 248 и 253 или 239, 244, 249 и 254 и т.д.
Итак, имеет 3 стандартных неперекрывающихся Wi-Fi канала и 4 нестандартных неперекрывающихся  Wi-Fi канала, итого 7 каналов, в каждом из которых можно подключить до 4-5 беспроводных камер, итого имеется возможность подключить 28-35 камер при использовании беспроводной связи в диапазоне 2.4 ГГц. Однако применение такого оборудования требует офрмление соответствующих лицензий и разрешений в соответствии с законодательством РФ.

1.2.4. Используемые частоты и каналы в диапазоне 5 ГГц
Для беспроводной Wi-Fi связи в диапазоне 5 ГГц в Европе используется два диапазона частот 5150МГц–5350МГц (нижний диапазон) и 5470МГц–5850МГц (верхний диапазон). Это связано с тем, что в этом диапазоне очень маленькая длина волны и тяжело изготовить антенну, которая одинаково хорошо работает на всем диапазоне 5 ГГц вследствие ограничений на геометрические размеры элементов.
Стандарт 802.11а определяет следующие каналы:

Канал 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60
Частота, ГГц 5,170 5,180 5,190 5,200 5,210 5,220 5,230 5,240 5,250 5,260 5,270 5,280 5,290 5,300
Канал 62 64 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 147
Частота, ГГц 5,310 5,320 5,500 5,520 5,540 5,560 5,580 5,600 5,620 5,640 5,660 5,680 5,700 5,735
Канал 149 15 152 153 155 157 159 160 161 163 165 167 171 173
Частота, ГГц 5,745 5,755 5,760 5,765 5,775 5,785 5,795 5,800 5,805 5,815 5,825 5,835 5,855 5,865
Канал 177 180                        
Частота, ГГц 5,885 5,905                        

Из таблицы видно, что шаг каналов в диапазоне 5 ГГц составляет 5 — 20 МГц, а ширина канала, как описано выше, составляет 20МГц. Таким образом, спектр рабочих частот оборудования перекрывается и независимых каналов, работа на которых возможна без взаимных помех – 22 (сравните с 3-7 каналами в диапазоне 2.4 ГГц).
На каждом из каналов можно подключить до 4 беспроводных камер, итого имеется возможность подключить 88 камер при использовании  беспроводной связи в диапазоне 5 ГГц. Применение оборудования Wi-Fi требует офрмление соответствующих лицензий и разрешений в соответствии с законодательством РФ.

2.1. Реальная скорость связи по Wi-Fi и факторы, влияющие на нее
Следует учитывать, что указанные выше скорости передачи данных – это теоретические пиковые  значения для каждого из стандартов. Реальная эффективная скорость передачи будет гораздо ниже потому, что, во-первых, часть полосы пропускания канала уходит на передачу служебных данных, а во-вторых, скорость передачи данных по радиоканалу между двумя абонентами существенно снижается с увеличением расстояния между ними и/или увеличением уровня помех.
Оборудование стандарта IEEE 802.11b в реальных условиях функционирования обеспечивает эффективную пропускную способность порядка 5 Мбит/с, в среднем же реальная скорость передачи данных обычно не превышает 4 Мбит/с. Более быстрые системы 802.11a и 802.11g позволяют передавать данные с реальными скоростями от 6 до 20 Мбит/с, причем устройства 802.11а, как правило, работают чуть быстрее, чем 802.11g. Естественно, с увеличением расстоянием скорость передачи падает из-за снижения соотношения сигнал/шум на входе приемника.
Таким образом, можно сделать вывод, что эффективная пропускная способность сетей Wi-Fi любых типов примерно равна половине пиковой скорости передачи данных, обеспечиваемой конкретной спецификацией.

2.1.1. Дальность работы по Wi-Fi
На дальность работы, скорость связи и устойчивость подключения по Wi-Fi влияют множество факторов.

2.1.1.1. Отношение сигнал/шум в точках расположения антенн приемника и передатчика
Это отношение зависит от шумов и помех на используемых частотах, наличия других мешающих беспроводных сетей, работающих на тех же или соседних каналах, наличия помех от промышленного оборудования, наличия беспроводных аналоговых  систем передачи видео (видеосендерах), работающих на тех же частотах и т.д. Без наличия соответствующих приборов (анализаторов спектра) оценить соотношение сигнал/шум на выбранном канале невозможно, можно только перевести точку доступа в режим клиента и просканировать эфир на наличие мешающих беспроводных сетей.
Обычно отношение сигнал/шум можно оценить только на практике после установления связи и при наличии большого уровня помех бывает необходимо отстроиться от них, перейдя на другие каналы или даже на другой диапазон.

2.1.1.2. Наличие препятствий на пути распространения сигнала
Если на пути распространения сигнала есть объекты, мешающий его распространению, то на расстоянии более 50 метров отсутствие связи практически гарантировано! Объекты, мешающие распространению радиосигналы, могут быть любыми, наиболее распространены здания, линии электропередач, деревья и т.д.Очень часто недооценивают влияние деревьев. Следует учитывать, что один метр кроны ослабляет сигнал до 6 дБ!
Для устранения препятствий можно изменить место установки антенн, поднять антенны выше препятствий (с учетом зоны Френеля, о чем будет написано ниже), либо организовать передачу видео от беспроводных камер с использованием промежуточных ретрансляторов или мостов.

2.1.1.3. Наличие препятствия в зоне Френеля
Зона Френеля – это область вокруг линии прямой видимости, в которой распространяются радиоволны. Как правило, перекрывание 20% зоны Френеля не вызывает больших потерь сигнала. Но при перекрывании более 40% потери становятся уже значительными.

Расстояние между
антеннами, м
Требуемый радиус первой
зоны Френеля на частоте 2.4 ГГц, м
Требуемый радиус первой
зоны Френеля на частоте 5 ГГц, м
300 3,06 2,12
1600 7 4,9
8000 15,81 10,95
10000 17,68 12,25
15000 21,65 15

На расстояниях более нескольких километров для расчета прямой видимости радиолинка кроме рельефа необходимо учитывать кривизну земли.

2.1.1.4. Влияние погоды беспроводную связь с Wi-Fi камерами
Природные явления, такие как дождь, туман и снег незначительно влияют на стабильность беспроводной связи. Некоторое влияние оказывает сильный дождь или сильный туман. Влияние погодных условий становится заметно при частотах выше 4 ГГц, поэтому в системах на 2.4 ГГц влияние погоды будет незначительно. Диапазон 2.4 ГГц достаточно плотно занят, а влияние погоды на 5 ГГц диапазон пренебрежимо мало на расстояниях порядка 800 м.

2.1.1.5. Кабельная система
Для подключения внешних антенн к точке доступа используются кабельные сборки, состоящие из кабелей с соответствующими разъемами для подключения к точке доступа и антенне. Качество изготовления кабельной сборки и монтажа ее в месте установки антенны оказывает большое влияние на качество и скорость связи.

По внутреннему проводнику передается радиосигнал, а внешний экран предотвращает излучение сигнала в атмосферу и интерференцию с внешними сигналами. При передаче сигнала по кабелю, он затухает. Степень затухания зависит от частоты передачи и конструкции кабеля. Затухание в кабеле должно быть сведено к минимуму, для чего необходимо применять качественные кабели, рассчитанные на используемый диапазон частот минимальной длины. Длина кабеля в любом случае не должна превышать нескольких метров из-за того, что потери в кабеле на частотах Wi-Fi весьма велики.
Еще одним компонентом кабельной сборки являются разъемы. Наиболее часто используемые разъемы при связи по Wi-Fi – это разъемы типа N и SMA.
Разъемы делятся на разъемы типа male (папа) и разъемы типа female (мама), а также на тип соединения – винт или гайка.
Таким образом, существует 8 типов разъемов и при подключении оборудования необходимо внимательно подойти к выбору типов разъемов кабельной сборки.

Внимание! Обращение с кабельными сборками требует осторожности!
  •  Не бросайте кабельные сборки на пол и не наступайте на них при монтаже и демонтаже!
  •  Не перегибайте кабель и не выдергивайте разъем, держась за кабель.
  •  Не используйте инструменты для закручивания разъемов. Всегда делайте это только руками.
  •  Не допускайте попадания влаги (снег, дождь, туман) на внутренние части разъемов и под изоляцию кабеля. Вода на частотах работы Wi-Fi оборудования оказывает очень большое сопротивление. Помните, что попавшую влагу практически невозможно высушить и кабельная сборка после попадания влаги подлежит замене!
  •  После окончания монтажа и настройки линии связи дополнительно загерметизируйте разъемные соединения.

Помните, что при несоблюдении данных условий возможно возникновение проблем со стабильностью работы из-за нестабильности параметров кабельных сборок! Эти проблемы очень трудно отследить и обнаружить, а они могут привести к непредсказуемому поведению радиоканала.

2.1.1.6. Мощность передатчика
Мощность передатчика определяет расстояние, на которое будет передаваться сигнал, а также скорость передачи. Чем больше мощность передатчика, тем на большем расстоянии можно установить связь. Мощность передачи обычно измеряется в милливаттах или дБм.
Если необходимо обеспечить максимальную дальность связи, то используйте передатчик большой мощности и антенну с большим коэффициентом усиления.

2.1.1.7. Чувствительность приемника
Параметры приемника Wi-Fi характеризуются прежде всего его чувствительностью, которая определяется как минимальный уровень сигнала, при котором приемник способен удовлетворительно декодировать информацию. Порог приемлемости определяется частотой появления ошибочных битов (BER), частотой появления ошибочных пакетов (packet error rate, PER) или частотой появления ошибочных фреймов (frame error ratio, FER).
Обратите внимание на то, что чувствительность приемника указывается для конкретной скорости передачи, поскольку каждая схема модуляции имеет свои требования к отношению сигнал/шум (SNR). В общем случае, чем выше скорость передачи данных, тем больше должно быть отношение сигнал/шум и, следовательно, тем выше чувствительность приемника.
Чувствительность приемника — один из важнейших входных параметров для оценки характеристик Wi-Fi оборудования, который, в конечном счете, определяет достижимые скорости передачи данных и радиус действия.

2.1.1.8. Используемые антенны
Несмотря на важность всех описанных выше параметров, основное влияние на дальность и скорость связи оказывают типы применяемых антенн.

2.2. Антенны Wi-Fi
Для правильного выбора антенн для применения в конкретных условиях организации связи, важно разбираться в их свойствах, таких, как диаграмму направленности, поляризацию, направленность, коэффициент усиления, входной импеданс, полосу частот и т.д.
Коэффициент усиления — один из важнейших характеристик антенн. Часто название этого параметра приводит к ошибочному предположению, что антенны способны усиливать сигнал. На самом деле это не так — если мощность передатчика, к примеру, составляет 50 мВт, то какую бы антенну Вы ни установили, мощность передаваемого сигнала будет такой же. Дело в том, что все антенны подобного рода представляют собой пассивные устройства и брать энергию для усиления передаваемого сигнала им попросту неоткуда. Но что же тогда означает коэффициент усиления? Для того чтобы ответить на этот вопрос, прежде ознакомимся с такими важными понятиями, как идеальный изотропный излучатель и диаграмма направленности антенны.

2.2.1. Изотропный излучатель
Антенны излучают энергию в виде электромагнитных волн во всех направлениях. Однако эффективность передачи сигнала для различных направлений может быть неодинакова и характеризуется диаграммой направленности. Для оценки эффективности передачи сигнала по различным направлениям введено понятие изотропного излучателя, или изотропной антенны.
В природе изотропных излучателей не существует. Каждая передающая антенна, даже самая простая, излучает энергию неравномерно — в каком-то направлении ее излучение максимально. Изотропный же излучатель рассматривается исключительно в качестве некоторого эталонного излучателя, с которым удобно сравнивать все остальные антенны.

2.2.2. Диаграмма направленности антенны
Направленные свойства антенн принято определять зависимостью напряженности излучаемого антенной поля от направления. Графическое представление этой зависимости называется диаграммой направленности антенны. Трехмерная диаграмма направленности изображается как поверхность, описываемая исходящим из начала координат радиус-вектором, длина которого в том или ином направлении пропорциональна энергии, излучаемой антенной в данном направлении. Кроме трехмерных диаграмм, часто рассматривают и двумерные, которые строятся для горизонтальной и вертикальной плоскостей.
При этом диаграмма направленности имеет вид замкнутой линии в полярной системе координат, построенной таким образом, чтобы расстояние от антенны (центр диаграммы) до любой точки диаграммы направленности было прямо пропорционально энергии, излучаемой антенной в данном направлении.

Пример диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскости.

Для изотропной антенны, излучающей энергию одинаково по всем направлениям, диаграмма направленности представляет собой сферу, центр которой совпадает с положением изотропного излучателя, а горизонтальная и вертикальная диаграммы направленности изотропного излучателя имеют форму окружности.
Для направленных антенн на диаграмме направленности можно выделить так называемые лепестки, то есть направления преимущественного излучения. Направление максимального излучения антенн называется главным направлением; соответствующий ему лепесток — главным; остальные лепестки — боковыми, а лепесток излучения в сторону, обратную главному направлению, называется задним лепестком диаграммы направленности антенны. Направления, в которых антенна не принимает и не излучает, называются нулями диаграммы направленности.

Диаграмму направленности также принято характеризовать шириной, под которой понимают угол, внутри которого коэффициент усиления уменьшается по отношению к максимальному не более чем на 3 дБ. Практически всегда коэффициент усиления и ширина диаграммы взаимосвязаны: чем больше усиление, тем уже диаграмма, и наоборот.

2.2.3. Коэффициент усиления антенны
Коэффициент усиления антенны определяет, насколько децибел плотность потока энергии, излучаемого антенной в определенном направлении, больше плотности потока энергии, который был бы зафиксирован в случае использования изотропной антенны. Коэффициент усиления антенны измеряется в так называемых изотропных децибелах (дБи или dBi).
Так, если коэффициент усиления антенны в заданном направлении составляет 5 dBi, то это означает, что в этом направлении мощность излучения на 5 дБ (в 3,16 раза) больше, чем мощность излучения идеальной изотропной антенны. Естественно, увеличение мощности сигнала в одном направлении влечет за собой уменьшение мощности в других направлениях. Конечно, когда говорят, что коэффициент усиления антенны составляет 5 dBi, то имеется в виду направление, в котором достигается максимальная мощность излучения (главный лепесток диаграммы направленности).
Зная коэффициент усиления антенны и мощность передатчика, нетрудно рассчитать мощность сигнала в направлении главного лепестка диаграммы направленности. Так, при использовании беспроводной точкой доступа с мощностью передатчика 20 dBm (100 мВт) и направленной антенны с коэффициентом усиления 10 dBi мощность сигнала в направлении максимального усиления составит 20 dBm + 10 dBi = 30 dBm (1000 мВт), то есть в 10 раз больше, чем в случае применения изотропной антенны.

2.2.4. Поляризация
Электромагнитные волны, излучаемые антенной, могут по-разному распространяться в среде. Особенности распространения зависят от поляризации передающей антенны. Она может быть линейной или круговой.
Большинство антенн, используемых для беспроводной связи, являются антеннами с линейной поляризацией, горизонтальной или вертикальной. Первое означает, что вектор электрического поля лежит в вертикальной плоскости, второе — что в горизонтальной. Чаще применяется вертикальная поляризация, хотя в некоторых ситуациях антенны с горизонтальной поляризацией эффективнее.
Для линии связи, работающей в пределах прямой видимости, на обоих ее концах нужно использовать антенны с одинаковой поляризацией. Иногда, при изменении поляризации (т.е. при повороте антенны относительно крепления на 90°) можно улучшить качество связи, избавившись от некоторых помех.

2.2.5. Компромисс при выборе антенн
При выборе антенны помните, что многие ее параметры взаимосвязаны, поэтому, хотя оптимальным вариантом, казалось бы, была максимизация всех «положительных» характеристик антенны или минимизация всех «отрицательных», на практике такое оказывается невозможным. Например, если вы выберете антенну с очень широким главным лепестком, вам придется пожертвовать коэффициентом усиления; выбрав широкополосную антенну, вы можете обнаружить, что ее диаграмма направленности неоднородна. Поэтому важно определить, какие именно характеристики антенны важны для условий конкретного ее применения, и сделать соответствующий выбор.

2.2.6. Типы антенн для Wi-Fi-устройств
В плане использования все антенны для Wi-Fi-устройств можно условно разделить на два больших класса: антенны для наружного (outdoor) и для внутреннего применения (indoor).
Отличаются эти антенны прежде всего герметичностью и устойчивостью к внешним воздействиям окружающей среды. Антенны для наружного использования больше по размерам и предусматривают  крепления либо к стене дома, либо к вертикальному столбу.
По направленности антенны делятся на всенаправленные (ненаправленные) и направленные.

2.2.6.1. Всенаправленные антенны (Omni-directional)
Всенаправленные антенны — это антенны с круговой диаграммой направленности.Всенаправленные антенны равномерно покрывают территорию во всем радиусе действия. Как правило, всенаправленные антенны представляют собой штырь, устанавливаемый вертикально. Этот штырь распространяет сигнал в плоскости, перпендикулярной своей оси.  Такими антеннами комплектуются беспроводные IP Wi-Fi камеры комнатного исполнения, точки доступа комнатного исполнения и т.д.
Использование всенаправленных антенн очень ограничено, их, как правило, применяют только в помещениях и лишь в редких случаях на улице при расстоянии до беспроводных камер не более 300-500 метров, так как они из-за круговой диаграммы направленности не только излучают во все стороны, но и «собирают помехи» также со всех сторон.
Кроме того, необходимо помнить, что всенаправленные антенны имеют круговую диаграмму направленности только в горизонтальной плоскости! Например, уличная всенаправленная антенна ANT-OM8 с усилением 8 дБ имеет диаграмму направленности в горизонтальной плоскости 360° и всего 60° в вертикальной плоскости, т.е. все беспроводные устройства должны находиться на такой высоте, чтобы попадать в створ 60° данной антенны.
А всенаправленная антенна ANT-OM15 с усилением 15 дБ имеет диаграмму направленности в горизонтальной плоскости 360° и всего 10° в вертикальной плоскости, т.е. все беспроводные устройства должны находиться на такой высоте, чтобы попадать в створ 10° данной антенны, что невозможно, например, при размещении данной антенны на крыше высотного здания, а беспроводных Wi-Fi камер на столбах.

2.2.6.2. Направленные антенны
Направленные антенны используются для связи Точка-Точка или Точка — Многоточка. Если Вам требуется подключить беспроводную камеру на расстоянии более 50-100 метров, необходимо использовать именно такую антенну. Направленные антенны делятся на секторные антенны, антенны типа волновой канал, параболические и сегментно-параболические антенны, панельные антенны и т.д.

2.2.6.2.1. Секторные антенны
Секторные антенны предназначены для излучения радиоволн в определенном секторе, обычно 60°, 90° или 120°. Секторными антеннами очень легко регулировать зоны покрытия передатчиков практически без помех для остальных сегментов Wi-Fi сети.

2.2.6.2.2. Антенны «волновой канал»
Антенны типа «волновой канал» (или антенны Уда — Яги, по именам впервые описавших ее японских изобретателей) получили широкое распространение. Состоит антенна «волновой канал» из активного элемента — вибратора — и пассивных элементов — рефлектора и нескольких директоров, установленных на одной общей стреле.

2.2.6.2.3. Сегментно-параболические антенны
Данные антенны предназначены для организации беспроводной связи на большие расстояния  в диапазоне 2.4 ГГц, отличаются повышенным усилением и позволяют организовать связь с беспроводными камерами на расстоянии до нескольких десятков километров.

2.2.6.2.4. Панельные антенны
Данные антенны имеют плоскую конструкцию и наиболее удобны при монтаже, хорошо работают на расстояниях до нескольких километров и наиболее широко применяются.

2.2.7. Грозозащита
Грозозащита является немаловажным элементом беспроводной сети. Разделяют грозозащиту, предназначенную для защиты антенно-фидерных трактов, выходов приемопередатчиков от наведенного электромагнитного импульса грозовых разрядов (статическое напряжение) и грозозащиту, предназначенную для защиты кабелей Ethernet от действия электростатического напряжения в предгрозовой период, а также для снижения амплитуды наведенных помех, воздействующих на оборудование локальных вычислительных сетей в грозовой период.

Внимание! Грозозащиту необходимо заземлять, или должна быть заземлена мачта, на которой она установлена.

Применение грозозащиты уменьшает вероятность повреждения оборудования в 5-6 раз по сравнению с незащищенным. Она способна обеспечить защиту только от вторичных воздействий молнии, и неэффективна в случае прямого попадания в кабель. Установка грозозащит затруднений не вызывает, но следует помнить, что грозозащита работает только при высоком качестве заземления.

2.3. Размещение антенн
Как уже упоминалось выше, имеется небольшое количество неперекрывающихся каналов, и при большом количестве подключаемых камер приходится использовать смежные или перекрывающиеся каналы. Между этими каналами в месте размещения антенн возможны взаимные помехи и интерференция. Более того, возможно глушение приемника работающим рядом передатчиком.
Поэтому точки доступа и антенны следует размещать таким образом, чтобы в створ раскрытия антенны не попадал сигнал соседней точке доступа, особенно работающей на близкой частоте. Кроме того, точки доступа необходимо физически разносить на расстояние не менее 1-5 метров во избежание интерференции между чипами точек доступа.

Следующая страница

Сравнение дальности действия радиоканальных систем В диапазонах 433 и 868 МГц, 2,4 ГГц

В рубрику «Пожарная безопасность» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Целью статьи является сравнение результатов измерений дальности действия различных радиосистем в конкретном здании с бетонными стенами и проверка соответствия полученных дальностей с заранее рассчитанными теоретическими величинами


М.С.Елькин

Специалист отдела технической поддержки компании «Аргус-Спектр»

В настоящее время на рынке систем безопасности наиболее распространены внутриобъектовые радиоканальные системы сигнализации, работающие в следующих диапазонах частот: 433 и 868 МГц, 2,4 ГГц. Это не-лицензируемые диапазоны с разрешенной максимальной мощностью передатчика 10 мВт (для 433 и 868 МГц), а также 100 мВт (для 2,4 ГГц). Однако при использовании диапазона 2,4 ГГц необходимо зарегистрировать установленное на объекте оборудование в территориальных органах Роскомнадзора (см. статью «Особенности применения радиоканальных устройств в диапазоне 2,4 ГГц», опубликованную в журнале «Системы безопасности», № 6, 2009).

Диапазон 433 МГц в России уже более 10 лет широко применяется для систем сигнализации. Несколько лет назад у нас и в Европе «открыли» новый диапазон – 868 МГц. Необходимо отметить, что в России невозможно применение радиосистем для этого диапазона, произведенных в Европе, так как ни один из европейских поддиапазонов не отвечает российским требованиям.

Диапазон 2,4 ГГц используется в основном для скоростной передачи данных в сетях WiFi, WiMAX и т.д. Производство радиоканальных систем охранно-пожарной сигнализации в этом диапазоне стало возможным с появлением маломощных передатчиков, работающих в протоколе ZigBee.

Расчет дальности радиосвязи в здании

Проведем оценку дальности радиосвязи между извещателем и приемно-контрольным прибором (ПКП) в здании. Напомним, что каждая пара радиоустройств характеризуется энергетическим запасом (потенциалом), который необходим для компенсации ослаблений радиосигнала. Для устойчивой работы на этом радиоинтервале должен быть предусмотрен энергетический запас в 20–25 дБ. Дальность радиосвязи определяется четырьмя параметрами:

  • мощность передатчика;
  • чувствительность приемника;
  • ослабление сигнала в свободном пространстве;
  • ослабление сигнала при прохождении через стены помещений.

Определим начальные условия.

Мощность передатчика
Максимальная разрешенная мощность передатчиков в диапазонах 433 и 868 МГц равняется 10 мВт. В диапазоне 2,4 ГГц разрешенная мощность составляет 100 мВт. Но, для того чтобы обеспечить несколько лет работы устройств от батарей, необходимо снизить мощность излучения до тех же 10 мВт. Таким образом, мощность передатчиков одинакова для всех радиосистем – 10 мВт.

Чувствительность приемника
Будем рассматривать радиосистемы с двухсторонним протоколом обмена, то есть в каждом устройстве используется приемопередатчик. Для радиоустройств, работающих на частотах 433 и 868 МГц, используются трансиверы, максимальная чувствительность которых равна 107 дБм. Для трансиверов диапазона 2,4 ГГц чувствительность не превышает 100 дБм. С учетом мощности излучения передатчиков получаем энергетический запас 117 дБ для диапазонов 433/868 МГц и 110 дБ для 2,4 ГГц.

Ослабление сигнала в свободном пространстве
Оно определяется рабочей частотой системы. График зависимости ослабления сигнала в свободном пространстве от расстояния представлен на рис. 1.


Ослабление сигнала при прохождении через стены помещений
Значения ослабления сигнала при прохождении через стены помещений представлены в табл. 1. Если толщина стены превышает некоторую предельную величину, то радиосигнал не будет проходить через нее. Предельная толщина стены для разных диапазонов частот представлена в табл. 2. В качестве примера возьмем здание с бетонными стенами. Будем считать, что толщина стен не превышает предельную величину и дополнительных препятствий не существует. Проведем расчет дальности устойчивой радиосвязи между прием-но-контрольным прибором и извещателем. 


Рассмотрим три случая.

Расстояние 15 м, 2 стены
Диапазон 433 МГц. Ослабление сигнала в свободном пространстве: Vо = 49 дБ. Ослабление сигнала за счет препятствий: Vпр.= 2 x 10 дБ = 20 дБ. Суммарное ослабление сигнала: V = 49 + 20 = 69 дБ. Энергетический запас на замирание равен: 117-69 = 48 дБ. Диапазон 868 МГц. Ослабление сигнала в свободном пространстве: Vо = 55 дБ. Ослабление сигнала за счет препятствий: Vпр.= 2 x 10 дБ = 20 дБ. Суммарное ослабление сигнала: V = 55 + 20 = 75 дБ. Энергетический запас на замирание равен: 117 – 75 = 42 дБ. Диапазон 2,4 ГГц. Ослабление сигнала в свободном пространстве: Vо = 64 дБ. Ослабление сигнала за счет препятствий: Vпр.= 2 x 10 дБ = 20 дБ. Суммарное ослабление сигнала: V = 64 + 20 = 84 дБ. Энергетический запас на замирание равен: 110 – 84 = 26 дБ. Энергетический запас для всех диапазонов больше 20 дБ, что достаточно для стабильной радиосвязи.

Расстояние 20 м, 3 стены
Для диапазона 433 МГц энергетический запас равен 36 дБ, для диапазона 868 МГц – 30 дБ, для диапазона 2,4 ГГц – 14 дБ. Энергетический запас больше 20 дБ только для диапазонов 433 и 868 МГц.

Расстояние 25 м, 4 стены
У диапазона 433 МГц энергетический запас равен 24 дБ, у диапазона 868 МГц – 18 дБ, у диапазона 2,4 ГГц отсутствует связь. Энергетический запас больше 20 дБ только для диапазона 433 МГц (устойчивая радиосвязь). Для диапазона 868 МГц – неустойчивая радиосвязь. Таким образом, мы определили, что расчетные значения максимальной дальности устойчивой радиосвязи для разных диапазонов отличаются и составляют:

  • диапазон 2,4 ГГц: дальность 15 м, 2 стены;
  • диапазон 868 МГц: дальность 20 м, 3 стены;
  • диапазон 433 МГц: дальность 25 м, 4 стены.

Теперь давайте сравним полученные величины с результатами практических измерений в здании.

Результаты практических измерений

Специалистами были произведены замеры дальности устойчивой радиосвязи и максимальной дальности между приемно-контрольным прибором и извещателем для каждого из рассматриваемых диапазонов. Результаты показаны на рис. 2–4. Дальность устойчивой радиосвязи – расстояние, при котором энергетический запас на быстрые и медленные замирания между приемно-контрольным прибором и извещателем не меньше 20 дБ (на рисунках отмечено зеленой заливкой).


Максимальная дальность – расстояние, при котором за период контроля приемно-контрольный прибор принимает хотя бы один тестовый сигнал от извещателя (отмечено коричневой заливкой).

Итоги сравнения

1. Теоретическая оценка радиосвязи (представленная в статье «Радиоканальные системы сигнализации. Проектирование и расчет дальности действия» в журнале «Системы безопасности», №2, 2010) подтверждается реальными измерениями. Для частоты 2,4 ГГц измеренная дальность получилась меньше расчетной. Это объясняется тем, что толщина бетонных стен в здании равна 10 см, что является предельной толщиной проникновения для указанного диапазона.


2. Наибольшая дальность радиосвязи в здании – у диапазона 433 МГц. Частота 2,4 ГГц подходит лишь для небольших объектов.

Опубликовано: Журнал «Системы безопасности» #3, 2010
Посещений: 52756

  Автор


Елькин М. С.Специалист отдела технической поддержки компании «Аргус-Спектр»

Всего статей:  7

В рубрику «Пожарная безопасность» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Выходная мощность передатчика — это… Что такое Выходная мощность передатчика?

Выходная мощность передатчика

«…Выходная мощность передатчика — средняя величина мощности, излучаемая передатчиком во время передачи полезной части пакета…»

Источник:

» СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ СЕТЕЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSM 900/1800. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ. РД 45.301-2002″

(утв. Минсвязи РФ, введен Приказом Минсвязи РФ от 04.04.2003 N 34)

Официальная терминология. Академик.ру. 2012.

  • Выход теоретический
  • Выходной радиационный контроль продукции

Смотреть что такое «Выходная мощность передатчика» в других словарях:

  • Выходная мощность передатчика — 1. Средняя величина мощности, излучаемая передатчиком во время передачи полезной части пакета Употребляется в документе: РД 45.301 2002 Средства измерений электросвязи сетей подвижной связи стандарта GSM 900/1800. Технические требования …   Телекоммуникационный словарь

  • Испытательная выходная мощность передатчика — Пиковая мощность, соответствующая нижнему допустимому пределу, установленному в ТУ на радиостанцию конкретного типа Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Пиковая мощность передатчика — Средняя мощность в испытательной нагрузке передатчика, соответствующая максимальной амплитуде огибающей выходного сигнала Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • минимальная мощность передатчика — Минимальная устанавливаемая выходная мощность базовой станции с временным разделением каналов (TDD BS) достигается, когда регулятор мощности установлен в минимальное положение. Это происходит, когда требуется, чтобы была установлена минимальная… …   Справочник технического переводчика

  • средняя мощность передатчика — 3.1.5 средняя мощность передатчика: Выходная мощность нормально работающего передатчика, определяемая как среднее значение мощности за время, превышающее период наименьшей частоты модулирующего сигнала, в течение которого средняя мощность… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Мощность несущей (радиопередатчика) — 1. Подводимая от передатчика к фидеру антенны мощность, усредненная за время одного радиочастотного периода при отсутствии модуляции Употребляется в документе: МСЭ 2007 год 2. Выходная мощность радиопередатчика при непрерывном излучении без… …   Телекоммуникационный словарь

  • длительность переходных процессов при включении передатчика — 3.11 длительность переходных процессов при включении передатчика: Время между инициированием функции «передатчик включен» и: а) моментом, когда выходная мощность передатчика достигла уровня на 1 дБ ниже или на 1,5 дБ выше уровня установившейся… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • длительность переходных процессов при выключении передатчика — 3.12 длительность переходных процессов при выключении передатчика: Время между инициированием функции «передатчик выключен» и моментом, когда выходная мощность передатчика уменьшилась на 50 дБ ниже уровня Рс и с этого времени остается ниже этого… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • автоматическое регулирование мощности передатчика — Метод, при котором выходная мощность радиопередатчика автоматически изменяется в соответствии с условиями на трассе. В нормальных условиях на трассе АРМП поддерживает выходную мощность передатчика на пониженном уровне. Замирание радиосигнала… …   Справочник технического переводчика

  • Средняя мощность (радиопередатчика) — 1. Подводимая от передатчика к фидеру антенны мощность, усредненная в течение достаточно длительного промежутка времени по сравнению с наиболее низкой частотой, встречающейся при модуляции при нормальных условиях работы Употребляется в документе …   Телекоммуникационный словарь

Влияние мощности радиостанции на дальность связи

Человек, впервые столкнувшийся с показателем выходной мощности радиопередатчика, сразу же интуитивно предположит, что радиус действия радиостанции будет напрямую зависеть от мощности. Отчасти это так, но есть масса нюансов.

Если кратко:

  • Для СВ/LB радиостанций, особенно работающих с амплитудной модуляцией (АМ), это абсолютно справедливое утверждение. Действительно, увеличение мощности приводит к приросту дальности связи.
  • Для цифровых радиостанций, а также высокочастотных UHF/VHF раций эта закономерность не столь ярко выражена.

Рассмотрим подробнее взаимосвязь мощности передатчика и дальности связи.

Человек, впервые столкнувшийся с показателем выходной мощности радиопередатчика, сразу же интуитивно предположит, что радиус действия радиостанции будет напрямую зависеть от мощности. Отчасти это так, но есть масса нюансов. Если кратко:

  • Для СВ/LB радиостанций, особенно работающих с амплитудной модуляцией (АМ), это абсолютно справедливое утверждение. Действительно, увеличение мощности приводит к приросту дальности связи.
  • Для цифровых радиостанций, а также высокочастотных UHF/VHF раций эта закономерность не столь ярко выражена.

Рассмотрим подробнее взаимосвязь мощности передатчика и дальности связи.

Идеальная и реальная дальность: основные отличия

Зачастую можно встретить рекламные заявления производителей радиостанций о дальности связи портативных цифровых радиостанций до 11 — 20 км. Однако производители не говорят, что такая «идеальная» дальность возможна только в одном единственном случае:

  • Если два обладателя рации выйдут в море на двух лодках
  • Будут находиться в пределах видимости друг друга
  • Будет штиль и ясная погода

В реальных же условиях на дальность связи влияет уйма факторов: от поглощения сигнала ландшафтом и городской застройкой до конструкции антенны. Однако вернемся к вопросу мощности.

С физической точки зрения, мощность передатчика определяет энергию, излучаемую рацией в эфир. Соответственно, чем больше энергии отдается, тем выше вероятность, что ее будет достаточно для преодоления препятствий. Учитывая природу радиоволн, всё происходит намного сложнее:

  • Высокочастотные волны очень хорошо поглощается различными объектами: людьми, домами, рельефом. Это значит, что увеличение мощности с 1 Вт до 5 Вт не принесет расширения радиуса, если есть серьезная преграда. Как 1 Вт энергии, так и 5 Вт успешно поглотит то же самое препятствие.
  • Волны СВ-диапазона случайным образом отражаются от ионосферы. В результате, иногда возможны случайные получения сигналов СВ-радиостанциями, которые находятся на расстоянии 1000 км друг от друга, но такой прием скорее спорадический и только мешает в работе.

Нелинейная зависимость между мощностью передатчика и дальностью связи

Эксперименты радиолюбителей показывают, что прирост радиуса действия радиостанции равен примерно от корня кубического до корня квадратного от прироста мощности. Это значит, что, удваивая мощность передатчика, вы получите прирост радиуса действия от 25% до 40%. При этом увеличение мощности в 10 раз позволит получить расширение радиуса всего вдвое.

Такие показатели накладывают рациональные ограничения на мощность передатчиков. Как правило, портативные радиостанции редко оборудуются передатчиком мощностью свыше 5 Вт, а наиболее распространенные модели имеют мощность 3-5 Вт. В свою очередь радиостанции для дальней связи комплектуют передатчиками до 35 Вт. Больше – попросту нет смысла, так как избыточная энергия будет быстро садить батарею, а реальный эффект от этого будет минимальный.

Факторы, которые влияют на дальность связи сильнее мощности передатчика

В завершение, хит-парад факторов, которые гораздо значимее с точки зрения дальности связи:

  • Чувствительность приемника. Вы не ошиблись, для радиостанции гораздо важнее хорошо уметь принимать, чем мощно передавать.
  • Рельеф. Будучи в низине или среди плотной промышленной застройки, можно получить минимальный радиус даже при самом мощном передатчике.
  • Конструкция антенны. Радиостанции с удачными антеннами могут иметь радиус действия в 2 раза больше, чем плохие рации с такой же мощностью передатчика.
  • Высота расположения рации. Даже если просто поднять в руке рацию над головой, дальность может расшириться больше, чем если нарастить мощность передатчика в 2 раза.
  • Радиочастотное окружение. Если присутствуют электромагнитные помехи или интерференция (густо населенный радиочастотный ресурс), дальность связи может упасть до нуля даже при мощном передатчике.
  • Количество людей вокруг вас. Люди очень хорошо поглощают радиоволны, потому радиус действия рации на пустой городской площади и той же площади, забитой людьми, может отличаться в 2 и больше раз.

Потому, учитывая эти особенности, при выборе рации не стоит ориентироваться на мощность передатчика как ключевой фактор.

Как проверить мощность сигнала и зону покрытия беспроводной сети Wi-Fi роутера?

Используя современные мобильные устройства, можно легко определить уровень сигнала Wi-Fi от точки доступа в разных комнатах квартиры, частного дома или офиса.

Например, возьмите смартфон или планшет на базе ОС Android и установите специальное бесплатное приложение для определения свободных каналов, проверки качества приема и силы сигнала Wi-Fi. Выбор таких приложений достаточно большой (например, Wifi Analyzer, WiFiAnalyzer (open-source), WiFi Analyzer). Пройдитесь по квартире с мобильным устройством с запущенным приложением и проверьте уровень сигнала в разных местах квартиры. С помощью подобных приложений вы сможете посмотреть список ближайших сетей Wi-Fi, номера радиоканалов, которые они в настоящий момент используют, силу сигнала сети Wi-Fi вашего роутера и соседних сетей. Из полученной информации можно будет определить силу сигнала в разных комнатах и радиус действия вашей сети Wi-Fi.

Для измерения силы сигнала Wi-Fi используется показатель уровня принимаемого сигнала, RSSI (англ. received signal strength indicator) — полная мощность принимаемого приёмником сигнала. Измеряется приёмником в дБм (dBm, децибел относительно 1 милливатта).

RSSI может принимать значения от 0 до -100 дБм. Чем выше значение RSSI (ближе к 0), тем сигнал лучше (мощнее), и чем ближе к -100, тем сигнал хуже (слабее). Качественным сигналом Wi-Fi можно считать значения не ниже -65 дБм. При более низкой мощности уже будет наблюдаться снижение скорости подключения, потеря пакетов, повторные передачи данных (ретрансмиты).

Вот примерные значения соответствия силы сигнала Wi-Fi и его качества:

  • Отличные показатели: от -35 до -50 дБм
  • Хорошие показатели: от -50 до -65 дБм
  • Удовлетворительные показатели: от -65 до -75 дБм
  • Плохие показатели: от -75 до -85 дБм
  • Неприемлемые значения: от -85 до -100 дБм

TIP: Примечание: Данные значения не являются абсолютными. Определение точных значений в данном случае невозможно, т.к. сила сигнала Wi-Fi зависит не только от показателя RSSI, но и от ряда других факторов (от загруженности радиоэфира, от мощности сигнала точки доступа, от помех, характеристик мобильного устройства). Оценка параметров носит условный (субъективный) характер и основан на нашем практическом опыте и данных, полученных от пользователей.

Приведем пример.

Измерение производилось в двухкомнатной квартире площадью 56 кв.м. в многоэтажном панельном доме. Замер выполнялся для беспроводной сети Wi-Fi 2,4 ГГц со смартфона, который поддерживает стандарт Wi-Fi 802.11n с максимальной канальной скоростью подключения до 150 Мбит/c (ширина канала 40 МГц, один пространственный поток MIMO 1Tx1R). На интернет-центре Keenetic беспроводная сеть Wi-Fi имеет значения по умолчанию (мощность сигнала установлена на 100%).

Измерение сигнала выполнено в комнате с роутером в двух метрах от него в прямой видимости. Помех на пути прохождения сигнала нет. Сила сигнала -40 дБм, канальная скорость 150 Мбит/с.

Измерение сигнала выполнено в соседней комнате. Помехи: одна межкомнатная бетонная стена. Сила сигнала -54 дБм, канальная скорость 135 Мбит/с.

Измерение сигнала выполнено в самой дальней от роутера комнате (на кухне). Помехи: две межкомнатных бетонных стены. Сила сигнала -72 дБм, канальная скорость от 60 до 80 Мбит/с.

Через 3 бетонных стены мощность сигнала будет уже крайне низкой, скорость упадет до минимальных значений, в работе сети Wi-Fi возможны разрывы или вообще не получится установить соединение с роутером.

Как известно, различные препятствия (стены, потолки, мебель, металлические двери и т.д.), расположенные между Wi-Fi-устройствами, могут частично или значительно отражать/поглощать радиосигналы, что приводит к частичной или полной потере сигнала. Таблицу, потери эффективности сигнала Wi-Fi при прохождении через препятствия, вы найдете в статье «Коэффициенты затухания сигнала Wi-Fi при прохождении через различные среды».

При очень слабом сигнале Wi-Fi в дальних комнатах рекомендуем расширить зону покрытия существующей сети добавлением дополнительного ретранслятора (интернет-центра Keenetic). Не пытайтесь покрыть одним роутером многокомнатное или разноуровневое помещение. Как нельзя осветить многокомнатную квартиру или большой дом одной лампочкой (даже если это прожектор), так и с Wi-Fi: лучше использовать несколько интернет-центров Keenetic в качестве ретрансляторов там, где это необходимо. Дополнительную информацию вы найдете в статье «Что такое Wi-Fi-система?».

Ознакомьтесь со следующими статьями:

 

На что влияет изменение параметра мощности сигнала в настройках точки доступа?

 

Данный параметр изменяет мощность Wi-Fi сигнала, излучаемую передатчиком точки доступа. При 100% мы имеем максимальную номинальную мощность роутеров Keenetic в 20 дБм (dBm).
 

При изменении этого параметра, имеем следующее затухание:

75%: номинальная мощность уменьшается на 1 дБм и составляет 19 дБм;

50%: номинальная мощность уменьшается на 3 дБм и составляет 17 дБм;

25%: номинальная мощность уменьшается на 6 дБм и составляет 14 дБм;

10%: номинальная мощность уменьшается на 9 дБм и составляет 11 дБм.

При получении данных значений стоит учитывать погрешность измерений: +-1 дБм

 

Важно отметить тот факт, что измеряя мощность сигнала с помощью таких программ как InSSIDer, мы получаем мощность принимаемого приемником сигнала (RSSI), а не мощность источника сигнала (TX Power).

 

Мощность же самого источника можно получить только специальным оборудованием, способным измерять непосредственно выходную мощность Wi-Fi передатчика точки доступа. Измерительное оборудование в данном случае подключается напрямую к передатчику, тем самым исключаются внешние факторы (затухание в среде, помехи и пр.).

 

Также обращаем ваше внимание, что как правило мощность передатчика на точке доступа (в интернет-центре) в разы больше мощности передатчика на клиентских устройствах, особенно на мобильных.

В зоне покрытия сети могут быть такие места, где клиент будет слышать точку доступа хорошо, а точка доступа клиента — плохо, или вообще не слышать (ситуация, когда сигнал на клиентском устройстве есть, а связи нет). В канале связи возникает асимметрия от разных значений мощностей и чувствительности приемников.
Для обеспечения хорошего уровня сигнала нужно, чтобы между клиентским устройством и точкой доступа было как можно более симметричное соединение, чтобы точка доступа и клиент уверенно слышали друг друга.
Как это не покажется странным, но для устранения асимметрии и получения более стабильной связи иногда следует понизить мощность передатчика в точке доступа.

Стоит отметить, что шкала мощности дБм является нелинейной, поэтому при уменьшении мощности в два раза уровень сигнала дБм не уменьшится во столько же раз. 

Улучшение возможностей беспроводных передатчиков путем калибровки мощности

Типовой беспроводной передатчик со встроенным управлением мощностью

На рис. 1 показана блок-схема типового передатчика, обладающего функциями измерения и управления мощностью. Внутренний приемник обеспечивает непрерывную обратную связь на уровне тока, контролирующую уровень мощности на выходе. Для калибровки трансмиттера можно использовать внешний измеритель мощности совместно со встроенным. Небольшая часть сигнала отводится от УМ посредством направленной связанной пары (directional coupler) и подается на приемник высокочастотного сигнала. В этом случае связанная пара находится в непосредственной близости от антенны, но после удвоителя (duplexer) и изолятора. Сопутствующая потеря мощности учитывается соответствующей поправкой при калибровании.

Направленная связанная пара обычно имеет коэффициент связи 20–30 дБ, следовательно, сигнал, проходящий через нее, на столько же слабее, чем в антенне. Такой способ отвода мощности вносит некоторые потери в тракт передачи. Обычно они составляют несколько десятых децибела. При применении в беспроводной инфраструктуре, где наибольшая передаваемая мощность обычно составляет 30–50 дБм (1–100 Вт), сигнал, проходящий через направленную связь, все еще остается слишком большим для измерения высокочастотным детектором. Поэтому между ним и антенной необходим дополнительный аттенюатор.

Современные среднеквадратичные и не среднеквадратичные детекторы позволяют измерять мощность в диапазоне 30–100 дБ, при этом их выход не зависит от температуры и частоты. В большинстве случаев сигнал с них подается на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Выходные значения последнего, с использованием калибровочных коэффициентов, хранящихся в энергонезависимой памяти (EEPROM), преобразуются в значения передаваемой мощности. Они-то и сравниваются с установленным уровнем. Если есть отличия, то происходит подстройка мощности. Ее можно осуществить во многих точках по пути распространения сигнала. Например, изменить амплитуду немодулированных данных, управляющих радиоканалом, переменный коэффициент передачи усилителей ПЧ или ВЧ, а также коэффициент усиления УМ. При этом цепи обратной связи, регулирующие коэффициенты усиления, будут поддерживать передаваемую мощность в желаемых пределах. Важно отметить, что передаточные функции управления коэффициентом усиления УМ и управляемых напряжением аттенюаторов (voltage variable attenuator, VVA) часто являются достаточно нелинейными. Поэтому действительные изменения коэффициента усиления, произошедшие после подстройки, могут быть неопределенными. Это делает обязательным наличие управляющей обратной связи, обеспечивающей данными о произошедших изменениях последующий итеративный процесс.

 

Необходимость фабричной калибровки

В описанной выше типовой системе передатчика почти нет компонентов с очень хорошей, абсолютно точной характеристикой передаточного коэффициента. Рассмотрим случай, когда необходимо поддерживать изменение мощности в пределах ±1 дБ. Абсолютный передаточный коэффициент устройств типа УМ, управляемых напряжением аттенюаторов, блоков усиления радиосигнала и других компонентов в цепи его распространения, может варьировать столь значительно, что изменения выходной мощности могут неожиданно превысить ±1 дБ. Вдобавок передаточный коэффициент тракта распространения сигнала может меняться также с температурой и частотой. В результате необходимо непрерывно наблюдать за излучаемой мощностью и управлять ею.

Калибровку выходной мощности можно определить как перенос точности внешнего эталона на калибруемую систему. В данном случае антенна отключается и заменяется внешним эталонным измерителем, таким, как изображенный на рис. 1. При этом точность внешнего измерителя мощности переносится на внутренний детектор. В ходе процедуры калибровки устанавливаются несколько уровней мощности, снимаются показания измерителя мощности и детектора, которые затем помещаются в энергонезависимую память (EEPROM). После того как антенна возвращается на свое место, передатчик становится способен точно управлять своим выходом. В случае, если с температурой «уходит» коэффициент усиления, изменяется частота передачи или уровень желаемой выходной мощности, то встроенный калиброванный приемник высокочастотного сигнала действует как внутренний измеритель мощности с абсолютной точностью, что всегда гарантирует излучение передатчиком запланированного уровня энергии, не выходящего за границы допуска. Заводская процедура калибровки описана в разделе «Калибровка петли управления мощностью радиосигнала». Прежде всего должны быть сняты характеристики типового детектора мощности радиосигнала. Его линейность и стабильность при изменении температуры и частоты значительно влияют на сложность программы калибровки и достигаемую в дальнейшем точность.

 

Передаточная функция приемника радиосигнала

На рис. 2. показана несколько гиперболизированная для наглядности передаточная функция приемника радиосигнала с логарифмическим выходом (log amp, логарифмического усилителя) при различной температуре. Передаточная функция логарифмического усилителя в пределах линейного рабочего участка может быть промоделирована с помощью простого уравнения первого порядка. Три кривые показывают зависимость выходного напряжения от входной мощности при +25, +85 и –40 °C. При температуре +25 °C выходное напряжение приемника изменяется от 1,8 В при входной мощности –60 дБм до 0,4 В при 0 дБм. Передаточная функция хорошо совпадает с воображаемой прямой, наложенной на график. Хотя она отклоняется от прямой в самом конце, но следует отметить, что также есть признаки нелинейности и при уровнях мощности, лежащих между –10 и –5 дБм.

Быстрый подсчет показывает, что этот детектор имеет наклон характеристики примерно –25 мВ/дБ, т. е. при изменении входной мощности на 1 дБ выходное напряжение изменится на 25 мВ. Этот наклон остается постоянным на линейной части динамического диапазона. Таким образом, несмотря на несколько худшую линейность, обнаруживаемую в районе –10 дБм, поведение передаточной функции при +25 °C может моделироваться уравнением:

где Intercept — точка, в которой экстраполированная прямая пересекает ось x (рис. 2). Следовательно, передаточная функция приемника может моделироваться этим простым уравнением первого порядка, что весьма полезно с позиций перспектив калибрования, поскольку при этом можно определить передаточную функцию детектора, приложив и измерив всего лишь два уровня мощности.

Теперь давайте обсудим поведение воображаемого приемника при изменении температуры. Отметим, что при входной мощности –10 дБм выходное напряжение изменяется примерно на 100 мВ, как в случае понижения температуры до –40 °C, так и ее повышения до +85 °C. Исходя из предыдущего расчета наклона (–25 мВ/дБ), это эквивалентно девиации измеряемой мощности на ±4 дБ, что приемлемо для большинства реальных систем. На практике же необходим детектор с передаточной функцией, имеющей минимальный дрейф с температурой. Такой подход гарантирует, что процедура калибрования передатчика, выполненная при нормальной температуре, будет также действительна при ее изменении. Это позволяет проводить данную процедуру на заводе в обычных условиях, без дорогих и затратных по времени циклов калибрования при охлаждении и нагреве. Если трансмиттер является быстро перестраиваемым по частоте и необходимо, чтобы он работал при нескольких ее значениях в пределах заданной полосы, то пользователю надо обратить внимание на поведение приемника при ее изменении. В идеальном случае должно использоваться устройство, чей отклик несущественно изменяется внутри определенной полосы частот. Это позволит проводить калибровку трансмиттера на единственной частоте (в общем случае на середине диапазона) и гарантирует, что при изменении частоты его точность ухудшится ненамного или этого совсем не произойдет.

В таблице приведены рабочие диапазоны и значения температурной стабильности различных приемников фирмы Analog Devices со среднеквадратичным и не среднеквадратичным выходом.

Таблица. Детекторы мощности радиосигнала со среднеквадратичным и не среднеквадратичным выходом
Уст-во Максимальная
входная
частота, ГГц
Динамический
диапазон, дБ
Температурный
дрейф, дБ
Корпус Комментарий
AD8317 10 55 ±0,5 2×3 мм
8-выводной LFCSP
Логарифмический детектор
с не среднеквадратичным выходом
AD8318 8 70 ±0,5 4×4 мм
16-выводной LFCSP
Логарифмический детектор
с не среднеквадратичным выходом
AD8319 10 45 ±0,5 2×3 мм
8-выводной LFCSP
Логарифмический детектор
с не среднеквадратичным выходом
ADL5513 4 80 ±0,5 3×3 мм
16-выводной LFCSP
Логарифмический детектор
с не среднеквадратичным выходом
ADL5519 10 62 ±0,5 5×5 мм
32-выводной LFCSP
Сдвоенный логарифмический детектор
с не среднеквадратичным выходом
AD8361 2,5 30 ±0,25 6-выводной SOT-23,
8-выводной MSOP
Линейный по V/V
среднеквадратичный детектор
ADL5501 6 30 ±0,1 2,1×2 мм
6-выводной SC-70
Линейный по V/V
среднеквадратичный детектор
AD8362 3,8 65 ±1,0 6,4×5 мм
16-выводной TSSOP
Логарифмический среднеквадратичный
детектор
AD8363 6 50 ±0,5 4×4 мм
16-выводной LFCSP
Логарифмический среднеквадратичный
детектор
AD8364 2,7 60 ±0,5 5×5 мм
32-выводной LFCSP
Сдвоенный логарифмический
среднеквадратичный детектор

 

Калибровка петли управления мощностью радиосигнала

На рис. 3 представлена блок-схема алгоритма, который может быть использован для калибровки передатчика, аналогичного изображенному на рис. 1. Этот простой и быстрый двухточечный метод полезен, когда выходная мощность задана приближенно (но измерять ее все равно надо точно). Для того чтобы такая калибровка была эффективной, встроенный приемник радиосигнала должен быть стабильным при изменении температуры и частоты, а также иметь предсказуемый отклик, который мог бы быть смоделирован простым уравнением.

Убедимся в том, что диапазон рабочих мощностей передатчика адекватно отображается на линейный участок характеристики приемника радиосигнала. Для начала убираем антенну и присоединяем к ее разъему внешний усилитель мощности. Затем устанавливаем уровень выходной мощности, близкий к максимальному. Значения, измеряемые на антенном гнезде измерителем мощности, передаются на встроенный микроконтроллер или цифровой сигнальный процессор (DSP). Одновременно оцифрованные данные с приемника радиосигнала поступают в процессор передатчика.

Затем уменьшаем мощность до величины, близкой к минимальной, и повторяем процедуру (измеряем мощность на разъеме антенны и снимаем оцифрованные данные с приемника радиосигнала). По этим четырем показаниям (высокий и низкий уровень мощности, большее и меньшее значения с АЦП) могут быть вычислены величины наклона (Slope) и точки пересечения (Intercept) с осью x (рис. 3), которые затем запоминаются в энергонезависимой памяти.

 

Реальная работа петли управления мощностью радиосигнала

На рис. 4 показана блок-схема процесса точной установки мощности передатчика после окончания калибровки. В этом примере целью является установка мощности с допуском ±0,5 дБ. Первоначальный уровень устанавливается, исходя из первого наилучшего прогноза. Затем считываются значения с АЦП детектора. Из памяти извлекаются значения Intercept и Slope, вычисляется значение выходной мощности. Если она не находится в пределах ±0,5 дБ от PSET, то с помощью управляемого напряжением аттенюатора ее значение увеличивается или уменьшается примерно на 0,5 дБ. Слово «примерно» в данном случае применено потому, что переходная характеристика такого аттенюатора может быть нелинейной. Излучаемая мощность вновь измеряется, делается следующее изменение ее значения до тех пор, пока она не окажется в пределах требуемого допуска ±0,5 дБ.

После того как это происходит, наблюдение за выходной мощностью продолжается, и при необходимости она подстраивается. Например, если изменение коэффициента передачи компонента цепи распространения сигнала с температурой привело к выходу мощности за пределы ±0,5 дБ, то активизируется петля обратной связи.

Существуют иные вариации этого алгоритма. Другой подход может быть применен в случае, если желательно держать выходную мощность на минимальном уровне, но с отклонением от установленного значения не более 0,5 дБ. При этом первоначально мощность устанавливается на уровень, лежащий ниже желаемого и выходящий за пределы допуска. Петля обратной связи замеряет значения мощности и при необходимости изменяет ее на значительно меньшую, чем в предыдущем случае, величину 0,1 дБ. Мощность в процессе приближения к заданному значению всегда остается меньше него. Как только она окажется внутри заданного интервала, процесс останавливается. Такой метод гарантирует, что реальная мощность сигнала в процессе приближения всегда будет оставаться меньше назначенной.

 

Ошибки после калибровки

На рисунках с пятого по восьмой показаны данные одного и того же приемника радиосигнала, но полученные разными путями с отличающимся числом точек калибровки. На рис. 5 можно видеть передаточную функцию детектора микросхемы AD8318 на 2,2 ГГц, логарифмического устройства с широким динамическим диапазоном, способного работать на частотах до 8 ГГц. В этом случае для калибровки используется двухточечная процедура с отсчетами на –12 и –52 дБм. По окончании калибровки может быть построен график остаточной ошибки измерения. Отметим, что ошибка не бывает нулевой даже при проведении калибровки при нормальных условиях окружающей среды. Это происходит вследствие того, что логарифмический усилитель (log amp) даже в пределах своего рабочего диапазона не может вполне точно удовлетворять идеальной зависимости VOUT от PIN (VOUT = Slope ×(PINIntercept)). Ошибка же в точках –12 и –52 дБм равна нулю по определению.

На рис. 5 также приведены графики ошибок выходного напряжения при температурах –40 и +85 °C. Эти кривые были построены с использованием значений калибровочных коэффициентов Slope и Intercept, определенных при +25 °C. Несмотря на слабый остаточный температурный дрейф, пока не применяется программа калибровки, учитывающая температуру, нужно использовать коэффициенты, полученные при +25 °C.

Во многих случаях, когда УМ работает на максимуме, желательно иметь более высокую точность. Это имеет смысл со многих точек зрения. Например, могут существовать требования регулирующих органов, устанавливающие более высокую точность при работе на номинальных (rated) или максимальных уровнях мощности. Однако, с точки зрения перспектив создания систем, можно получить выигрыш в более высокой точности и при номинальных режимах. Рассмотрим передатчик, рассчитанный на излучение 45 дБм (примерно 30 Вт). Если калибровка может дать наилучшую точность ±2 дБм, то схемотехнику УМ (мощный транзистор и теплоотвод) надо создавать с расчетом на надежное излучение 47 дБм, или 50 Вт. Это приведет к потерям свободного пространства и денег. Систему же, где точность после калибровки составляет ±0,5 дБм, можно создавать, рассчитывая на надежное излучение 45,5 дБм, или примерно 36 Вт.

В некоторых случаях на достижимую точность можно значительно влиять, выбирая различные точки калибровки. На рис. 7 показаны те же измеренные данные, что и на рис. 5, но калибровочные точки выбраны другие. Заметьте, насколько велика точность на этом рисунке (±0,25 дБм в диапазоне от –10 до –30 дБм). Однако она значительно снижается при низких уровнях мощности, находящихся далеко от точек калибровки.

На рис. 6 показано, как ценой линейности, перемещая калибровочные точки, можно расширить динамический диапазон. В данном случае точки выбраны на уровнях –4 и –60 дБм. Они находятся на концах линейного диапазона устройства. Вновь можно видеть ошибку в 0 дБ при +25 °C, а также то, что диапазон микросхемы AD8318, в котором обеспечивается точность ±1 дБ, расширяется до 60 дБ при +25 °C и до 58 дБ с повышением температуры. Недостатком этого метода является рост общей ошибки, особенно у верхнего конца диапазона приемника.

На рис. 8 показана посткалибровочная ошибка, которая получается при применении более аккуратного многоточечного алгоритма. В этом случае на трансмиттере с шагом 6 дБм устанавливаются несколько значений выходной мощности и измеряются выходные напряжения детекторов. Эти величины используются для разбиения передаточной характеристики на сегменты, каждый из которых имеет свое значение Slope и Intercept. Этот алгоритм направлен на весьма значительное снижение ошибки, происходящей от нелинейности детектора.

Основным источником погрешности при этом остается только температурный дрейф. Недостаток этого метода заключается в большем времени, затрачиваемом на процедуру, и увеличении объема памяти, требуемой для хранения многочисленных калибровочных коэффициентов Slope и Intercept.

Рис. 8 иллюстрирует интересную разницу в поведении детектора мощности у нижнего и верхнего концов его динамического диапазона. Хотя многоточечный алгоритм сдвигает верхний конец динамического диапазона, это расширение не является очень полезным из-за большого температурного дрейфа. Заметьте, как кривые, соответствующие нормальной, высокой и низкой температурам, расходятся при значениях выше –10 дБм. Более полезен результат при низких значениях мощностей. Кроме того, многоточечный алгоритм помогает сдвинуть и нижнюю границу динамического диапазона.

Однако в этом случае кривые, соответствующие высокой и низкой температурам, плотно отслеживают поведение кривой, снятой при нормальных условиях, даже в области нелинейности. Поэтому если нейтрализовать нелинейность, используя многоточечный алгоритм, то такая калибровка будет поддерживать очень хорошие результаты при изменении температуры. Данный подход с пользой расширяет передаточную функцию микросхемы AD8318 вниз вплоть до –65 дБм.

 

Заключение

Различные системы калибровки необходимы, когда требуется излучать радиосигнал, точно поддерживая значение мощности. Современные детекторы мощности радиосигнала, расположенные внутри интегральных схем, имеют линейный отклик и стабильны по частоте и температуре. Это может значительно упростить процедуру калибровки и обеспечить точность системы, превышающую ±0,5 дБ. Расположение и число точек калибровки существенно влияет на точность, достижимую после нее.

Уровень сигнала

— обзор

Прежде чем вы сможете установить и / или сконструировать любую антенну, вам следует ознакомиться с несколькими терминами и расчетами. Хотя ученая степень по физике не является обязательной, полезно иметь базовое понимание физики.

Антенна — это просто пассивный преобразователь, излучающий энергию (усиление ) в космос. Антенны фактически не усиливают сигнал; они просто изменяют форму излучаемой энергии. Вы сможете выбрать или сконструировать базовую антенну для своего использования, если поймете основы конструкции, конструкции и эксплуатации антенны.

Мы используем измерения в децибелах, потому что сила сигнала изменяется логарифмически, а не линейно. Логарифмическая шкала позволяет простым числам представлять большие вариации уровней сигнала. Вы увидите, что это также очень полезно для расчета прибылей и убытков системы. В следующие разделы мы включили краткие определения всех терминов, которые мы будем использовать в этой главе:

дБ Децибел. Базовая единица измерения, представляющая соотношение двух уровней сигнала.

дБм / дБВт Децибел милливатт. Это измерение используется для представления мощности, при этом 0 дБмВт определяется как 1 милливатт. Для более мощных сигналов есть также дБВт, ссылка на 1 Вт. Слабые сигналы представлены отрицательными числами (например, -95 дБм). При ссылке на коммерческие устройства Wi-Fi выходная мощность обычно указывается в дБмВт. Многие карты WLAN PCMCIA и некоторые точки доступа (AP) имеют выходную мощность + 17 дБм (50 мВт). Также обычно существует измерение индикатора чувствительности принимаемого сигнала (RSSI), указанное в дБм (например, -95 дБм).

дБд Диполь децибел. Выходная мощность (усиление) антенны по сравнению с дипольной антенной на той же частоте. Дипольная (двухполюсная) антенна — это антенна 1/2 волны, используемая в качестве эталона для всех других антенн. Это эталон, известный как 0 дБд (нулевой децибел относительно диполя). Измерение дБд обычно используется только с антеннами ниже 1 ГГц.

дБи Децибел изотропный. Это измерение используется для антенн выше 1 ГГц.У дипольной антенны усиление на 2,14 дБ выше, чем у эталонной дипольной антенны 0 дБи. Если усиление антенны указано в дБд, а не в дБи, добавьте 2,14, чтобы преобразовать его в рейтинг дБи.

Как только вы поймете различные измерения децибел, вы легко поймете показатели качества (FoM) при работе с антеннами. FOM — это атрибуты, которые описывают рабочие характеристики антенны. FoMs перечислены как часть спецификаций каждой антенны. Важные атрибуты FoM, такие как усиление , и отношение передних / задних частот, указаны в дБ или дБм.Есть много других радиочастотных терминов и цифр, в которых используются ссылки и значения в децибелах (эти термины объясняются более подробно позже в этой главе). Если вы в целом ознакомитесь с FoM, вам будет легко распознать важные особенности антенн и выбрать лучшую антенну для вашего приложения.

Эффективная изотропная излучаемая мощность (EIRP) определяется как мощность, обнаруженная в основном лепестке антенны относительно изотропного излучателя с коэффициентом усиления 0 дБ. EIRP рассчитывается как усиление антенны (в дБи) плюс мощность (в дБмВт), приходящая от передатчика.Например, антенна 9 дБи, питаемая мощностью 26 дБм, будет иметь EIRP 35 дБм.

9 дБи + 26 дБм = 35 дБм (3,2 Вт)

Диаграмма на рисунке 10.1, известная как диаграмма Smith , показывает зону распространения антенны Yagi. Диаграмма Смита прилагается к любой спецификации антенны и представляет диаграмму направленности антенны. Он также показывает соотношение между передним и задним и «боковые лепестки», которые представляют собой меньшие и менее мощные диаграммы направленности на каждой стороне главного лепестка.

Рисунок 10.1. Изображение диаграммы направленности излучения однонаправленной антенны Yagi с разрешения компании Pacific Wireless (www.pacificwireless.com)

Верхняя диаграмма направленности представляет главный лепесток и усиление передачи. Нижний узор задней доли. Разница (в дБ) между передним и задним лепестками называется отношением переднего к заднему.

Федеральная комиссия связи

Распространенное заблуждение при использовании «нелицензионного» оборудования состоит в том, что не существует правил, регулирующих использование такого оборудования.Хотя лицензионных требований нет, у FCC есть некоторые правила в отношении максимальных уровней выходной мощности при использовании нелицензионного оборудования. В части 15 правил FCC для радиооборудования перечислены конкретные требования к питанию. Мы обсуждаем соответствующие ограничения в этом разделе.

FCC ослабила правила ограничения EIRP для систем точка-точка (PtP). Это увеличило выбор антенн и расширило диапазон систем PtP. EIRP для системы PtP 2,4–2,5 ГГц теперь составляет 36 дБм (потрясающие 4 Вт!). Мы должны рассчитать бюджет канала, чтобы определить общую EIRP, и оставаться в соответствии с требованиями FCC.FCC разрешает только 30 дБм (1 Вт) EIRP для связи точка-множество точек (PtMP). Это ограничивает выбор антенн и делает очень важным расчет выходной мощности системы. Однако для большинства стандартного коммерческого оборудования, использующего прикрепленные антенны, выходная мощность составляет 50–200 мВт. Это в сочетании с антенной 6 дБи значительно ниже ограничений FCC. Использование предыдущих диаграмм и запоминание правил поможет вам рассчитать уровни мощности и соблюдать их. Хорошее правило, которое следует помнить для систем PtP 2,4 ГГц, заключается в том, что (при максимальных уровнях выходной мощности) на каждые 3 дБи усиления антенны, превышающие 6 дБи, выходная мощность передатчика должна быть уменьшена на 1 дБ.Для PtMP 2,4 ГГц (при максимальных уровнях выходной мощности) каждые 3 дБи усиления антенны, превышающие 6 дБи, должны соответствовать снижению мощности передатчика на 3 дБ.

Диапазон 5 ГГц имеет различные ограничения выходной мощности. Пределы зависят от поддиапазона в диапазоне 5 ГГц, в котором вы работаете. Нижние части нелицензируемого диапазона 5 ГГц находятся в диапазоне от 5,15 до 5,25 ГГц. Выходная мощность для этих устройств фиксирована на максимальном уровне 50 мВт. Средний поддиапазон 5,25–5,35 ГГц имеет предел мощности 250 мВт.

5.Верхняя полоса 725–5,825 ГГц обычно используется для широкополосных (T-1, OC-3) передач, связанных с микроволновым радио. Эта полоса совсем недавно была принята многими поставщиками услуг беспроводного Интернета (WISP) в качестве решения «обратного рейса» с высокой скоростью передачи данных. Это устраняет перегрузку в полосе частот 2,4 ГГц (DSSS) и позволяет сконцентрировать гораздо большую полосу пропускания (и больше пользователей) для передачи.

Бюджет канала — это расчет потерь и усиления (в дБ) для всей РЧ-системы, который определяется с помощью простой формулы, которая объединяет все значения мощности и усиления для обеих сторон канала.

Бюджет канала = P (t) + TX (G) + Rx (G) + Rx — потери в тракте

Где:

P (t) = мощность передатчика (например, 17 дБм)

TX (G) = усиление передающей антенны (например, 6 дБи)

RX (G) = усиление приемной антенны (например, 6 дБи)

Rx = Чувствительность приема приемника

Цифры представляют собой усиление цифр, используемых в бюджете канала.Мы также рассмотрим уровни потерь или затухания — вызванные кабелями, разъемами и т.д. (Хороший онлайн-калькулятор можно найти на сайтах www.afar.net/RF_calc.htm и www.qsl.net/pa0hoo/helix_wifi/linkbudgetcalc/wlan_budgetcalc.html)

Потеря пути, величина потерь в дБ, которая возникает при радиосигнал проходит через свободное пространство (воздух), также известный как потеря свободного пространства (FSL). FSL можно рассчитать по следующей формуле:

FSL (изотропный) = 20Log10 (Частота в МГц) + 20Log10 (Расстояние в милях) + 36.6

Дополнительные факторы, которые следует учитывать при определении требований к вашему каналу:

Диаграмма направленности / угол распространения Угол распространения указывается в градусах и обозначает, на какую площадь в градусах антенна передает свой сигнал. Пример: вертикальный угол = 45 градусов, горизонтальный угол = 7 градусов. Поищите в Интернете информацию о различных производителях антенн, чтобы найти примеры диаграмм Смита, которые представляют различные углы распространения.

Полярность Все антенны имеют «полюс» (сокращенно от полярности), который может быть горизонтальной, вертикальной или круговой поляризацией.Полярность указывает угол распространения радиочастотной волны относительно плоскости H / V / C. Вы должны убедиться, что все системы Wi-Fi, с которыми вы хотите связаться, имеют антенны на одном полюсе. Разница в полюсах H / V (например, если одна антенна имеет горизонтальную поляризацию, а другая — вертикальную) — это потеря 30 дБ.

Ширина луча по вертикали / горизонтали Это угол «луча» RF относительно горизонтальной или вертикальной плоскости.Как правило, чем выше коэффициент усиления, тем более сфокусированный (узкий) луч. Пример: антенна 24 дБи обычно имеет ширину луча 18 градусов по сравнению с антенной 9 дБи, которая будет иметь ширину луча от 45 до 60 градусов.

Зона Френеля Зона Френеля — это путь распространения сигнала по воздуху. Зону Френеля можно определить по приведенной ниже формуле. Зона Френеля важна при установке линейного оборудования, потому что, если зона Френеля или какая-либо ее часть будет заблокирована, это окажет прямое и отрицательное влияние на возможность подключения системы.

Расчет зоны Френеля = 72,1 * SqrRoot (Dst1Mi * Dist2Mi / Freq (в ГГц) * Расстояние в милях

Вы можете найти хороший онлайн-калькулятор зоны Френеля на сайте www.radiolan.com/fresnel.html.

Соотношение передней и задней части Соотношение передней и задней части антенны обычно выражается в дБ и обозначает, сколько сигнала проецируется за антенной по сравнению с сигналом, проецируемым перед антенной (в Чем меньше отношение передних и задних частот, измеряемое в дБ, тем лучше.Причина в том, что вы не хотите, чтобы из задней части антенны распространялся чрезмерный сигнал.

Маржа связи Маржа связи, иногда называемая системным рабочим запасом (SOM), представляет собой минимальную разницу между принятым сигналом (в дБмВт) и чувствительностью приемника, необходимую для безошибочной работы. Во многих системах это также называется отношением сигнал / шум (SNR).

В таблице 10.3 перечислены поля замираний для различных расстояний между линиями связи.

Таблица 10.3. Запас замираний для различных расстояний между линиями связи

Расстояние (мили) Консервативный запас замираний (дБ)
0,5 4,2
1 7,5 7,5
3 12,75
4 14,1
5 15,2
10 18.5
15 20,4

Во многих новых радиостанциях вместо показаний / измерений RSSI используется спецификация отношения сигнал / шум (SNR). Система Motorola Canopy 5 ГГц требует только 3 дБ SNR для обеспечения возможности подключения, в то время как система Alvarion EasyBridge 5,8 ГГц требует минимального SNR 10 дБ для подключения. На нескольких хороших веб-сайтах есть калькуляторы для зоны Френеля, границы замирания и потерь на пути:

www.zytrax.com/tech/wireless/calc.htm

www.dataradio.com/mso/tsan002rf.xls

www.andrew.com/products/antennas/bsa/default. aspx? Calculators / qfreespace.htm

НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ… ЧЕМ БОЛЬШЕ ОНИ ЗВОНИТЕ, ЧЕМ ДАЛЬШЕ ЗВОНИТЕ

Размер имеет значение! Возможно, потребуется увеличить размер вашей антенны, если вы обнаружите, что не можете получить желаемое расстояние или пропускную способность от вашего канала. Помните правило «6 дБ», думая об антеннах (размере), расстоянии распространения и потерях на трассе.Правило гласит, что каждый раз, когда вы удваиваете расстояние от передатчика до приемника, уровень сигнала уменьшается на 6 дБ.

Затухание в кабелях, разъемах и материалах

Затухание — это ослабление сигнала из-за длины кабеля, разъемов, адаптеров, окружающей среды или строительных материалов. Часто внутренние беспроводные системы страдают от чрезмерного затухания из-за металлических поперечин или арматуры внутри стен. Важно учитывать тип строительных материалов, используемых либо для внутренних систем, либо для систем, в которых клиентские антенны устанавливаются внутри помещения, а антенны точки доступа находятся снаружи на расстоянии.Также важно учитывать потери в кабелях и разъемах при расчете бюджета канала.

В таблице 10.4 перечислены распространенные строительные материалы и ожидаемые потери в дБ.

Таблица 10.4. Коэффициенты затухания для различных материалов

Материал Коэффициент затухания / потери в дБ
Стена из гипсокартона 3 дБ
Стеклянная стена с металлическим каркасом 6 дБ 6 дБ 4 дБ
Окно офиса 3 дБ
Металлическая дверь 6 дБ
Металлическая дверь в кирпичной стене 12.4 дБ. Потери на частоте 2,4 ГГц на 100 футов = 24,8 дБ.

LMR 195 По габаритам идентична RG 58, но с меньшими потерями. Потери на частоте 2,4 ГГц на 100 футов = 18,6 дБ.

LMR 400 Чаще всего используется для антенн длиной более 6 футов.Потери на частоте 2,4 ГГц на 100 футов = 6,6 дБ.

LMR 600 Лучший, но и самый дорогой кабель. Потери на частоте 2,4 ГГц на 100 футов = 4,3 дБ.

Потери, указанные для кабеля любой спецификации, обычно составляют 100 футов. При установке наружных систем важно помнить о коэффициенте потерь. Как для кабелей, так и для разъемов коэффициент потерь обычно указывается как «вносимые потери». Хороший онлайн-калькулятор потерь в кабеле можно найти на сайте www.timesmicrowave.com/cgi-bin/calculate.pl.

На рисунках с 10.7 по 10.11 показаны примеры типов разъемов, используемых в нелицензионных беспроводных системах. В большинстве случаев предполагается, что потери на соединитель составляют от 0,2 до 1,0 дБ. Многие люди используют 0,5 дБ потерь на разъем в качестве общего практического правила. Если разъем подозрительный и дает больше потерь, значит он либо плохой конструкции, либо неисправен.

Рисунок 10.7. Тип «N»

Рисунок 10.8. SMA

Рисунок 10.9. MMCX

Рисунок 10.10. TNC

Рисунок 10.11. Обратная полярность (R / P) TNC

Мощность сигнала и вывод RSSI

Индикатор уровня принимаемого сигнала (RSSI) измеряет мощность радиосигнала. Это приблизительное значение мощности сигнала, принимаемого антенной.

Измерение уровня сигнала на приемной антенне — один из способов определения качества канала связи. Если удаленный передатчик перемещается ближе к приемнику, сила передаваемого сигнала на приемной антенне увеличивается.Аналогичным образом, если передатчик перемещается дальше, мощность сигнала на приемной антенне уменьшается.

RSSI измеряется в дБм. Большее отрицательное значение (в дБм) указывает на более слабый сигнал. Следовательно, -50 дБм лучше, чем -60 дБм.

Вывод 6 модуля XBee

может быть сконфигурирован как вывод RSSI, который выводит сигнал ШИМ (широтно-импульсной модуляции), представляющий это значение. Для этого настройте P0 как RSSI [1]:

Плата разработки XBee Grove включает светодиод, подключенный к контакту 6 модуля XBee.Когда этот вывод настроен как вывод RSSI, светодиод загорается каждый раз, когда подключенный модуль XBee получает данные. Его интенсивность представляет собой значение RSSI последних полученных данных: более яркий свет означает более высокое значение RSSI и лучшее качество сигнала.

Настройте количество времени, в течение которого вывод RSSI активен, и, следовательно, количество времени, в течение которого светодиод будет гореть, изменив настройку таймера RSSI PWM (RP):

Значение RP выражается в шестнадцатеричной системе счисления.Например, настроенное значение 0x1E эквивалентно 30 в десятичном виде и означает, что вывод будет активен в течение трех секунд (30 * 100 = 3000 мс). Таким образом, светодиод будет гореть в течение трех секунд, представляя последнее значение RSSI. .

По истечении времени RP и отсутствии данных на выводе будет установлен низкий уровень, и светодиод не загорится, пока не будет получено больше данных. Вывод также будет установлен в низкий уровень при включении питания, пока не будет получен первый пакет данных.Значение 0xFF постоянно включает вывод; при такой настройке он всегда будет отражать значение RSSI последнего полученного пакета данных.

Хотя изменение яркости светодиода RSSI может быть трудно различить, светодиод можно использовать для проверки успешного приема пакетов данных. Каждый раз, когда модуль XBee получает данные, светодиод горит постоянно в течение заданного времени.

Примечание Параметр мощности принимаемого сигнала (DB)

Значение RSSI также можно получить, прочитав значение параметра XBee DB .Он представляет собой абсолютное значение RSSI последнего полученного пакета данных, выраженное в шестнадцатеричной системе счисления.

Является ли RSSI лучшим индикатором качества связи?

Следует иметь в виду, что RSSI — это только индикация радиочастотной энергии, обнаруженной на порте антенны. Сообщаемый уровень мощности может быть искусственно завышенным, поскольку он может включать в себя энергию фонового шума и помех, а также энергию полезного сигнала.Эта ситуация ухудшается в среде, подверженной помехам, где можно получить стабильно высокие показания RSSI, но все еще есть ошибки связи.

Если приложение пытается измерить «надежность соединения», а не просто «мощность сигнала», может быть полезно учитывать «% полученных пакетов» или аналогичные данные.

Совет Тест диапазона всегда является хорошей идеей, поскольку он позволяет измерить производительность канала с точки зрения мощности сигнала и процента успешных пакетов.Это поможет вам определить надежность вашей РЧ-системы. Для получения дополнительной информации см. Выполнение теста диапазона.

Улучшение радиоприема | Общественное радио штата Висконсин

Улучшение радиоприема

Здесь представлен обзор информации о радиоприеме и возможные решения проблем с приемом.

Wisconsin Public Radio стремится обеспечить наилучшее качество эфирного сигнала. Мы используем наши передатчики в соответствии с лицензированными Федеральной комиссией связи параметрами мощности, конфигурации антенны и модуляции.Каждая станция имеет разную высоту антенны и выходную мощность и может располагаться в очень разной местности — таким образом, каждая имеет разный диапазон покрытия.

Помимо эксплуатации наших существующих станций, мы также ищем возможности для обновления лицензий и новых станций в новых местах. WPR нанимает консультантов и юристов по коммуникациям в Вашингтоне, чтобы продолжать поиск возможностей для расширения или улучшения, и воспользовались способами улучшения покрытия сигнала в любой части Висконсина и прилегающих регионов, но с годами сотни станций максимально увеличивают свои возможности. лицензий, шансы на большее количество таких возможностей уменьшаются.

Департамент общественной радиотехники штата Висконсин усердно работает над обеспечением хорошего качества передаваемых сигналов. Однако важно помнить, что радиовещание — это * система *, которая сочетает в себе характеристики как передатчика на нашей стороне, так и приемника на вашем конце системы. Прием местных радиостанций в вашем городе может быть довольно простым, не требует особых усилий и усилий — включите радио и вот оно. Но когда вы пытаетесь поймать более удаленную станцию, на приемной стороне определенно есть возможности улучшить прием — особенно для приема дома и в офисе.

Ваш радиоприемник

Радио хорошего качества полезно, особенно когда более мощные местные станции на соседних частотах мешают вам принимать более слабые и удаленные станции. Обратите внимание, что радиоприемники, отличающиеся отличным звуком и точностью воспроизведения, не всегда имеют особенно хорошую схему приемника. Если производительность вашего приемника может быть проблемой, мы также можем порекомендовать радиоприемник, который прост в использовании, недорого, с подключением внешней антенны и имеет хорошие характеристики как в AM, так и в FM.Это GE SuperRadio III.

Это радио доступно в магазинах электроники и на таких сайтах, как amazon.com и universal-radio.com, с заводскими табличками G.E., R.C.A. или Thompson с такими номерами моделей, как «7-2887» или «RP7887». В большинстве случаев слушатели считают, что это отличное AM / FM-радио по хорошей цене — обычно около 50 долларов.

Если в вашем FM-приемнике есть переключатель «стерео» или «моно», попробуйте установить его в обоих положениях, чтобы улучшить прием. Некоторые из наших передатчиков работают в стерео, другие в моно, но если у вас слабый прием, ваше радио будет лучше работать в монорежиме.

Общественные радиостанции штата Висконсин, которые передают в основном музыкальные программы, передают в стереорежиме, а те, которые передают в основном информацию и новости, передают в моно. Поскольку стереофонический режим ухудшает отношение сигнал / шум системы, монофонический режим имеет больший диапазон сигнала. Если станция не передает музыку или другие стереопрограммы, разумно запустить ее в монофоническом режиме для наилучшего приема в самой широкой географической зоне.

Антенны

Радиоприемник важен, но для радиоприема очень важна антенна, которая может быть относительно простым способом улучшить прием.Если у вашего радио есть разъем для внешней антенны на задней панели, вам, вероятно, поможет простая проволочная антенна или более сложная антенна на чердаке или на крыше.

FM-антенны

Для FM-вещания очень важны антенны, а встроенные радиоантенны часто могут быть неадекватными. Добавление внешней антенны может быть относительно простым способом улучшить прием. Есть ли у вашего радио разъемы для внешней антенны на задней панели? Скорее всего, вам пригодится простая дипольная антенна, сделанная из проволоки, или более сложная антенна на чердаке или на крыше.

При приеме в периферийной зоне отражения и отражения сигнала от близлежащих объектов (известные как многолучевые искажения) могут быть большим фактором успеха или неудачи приема. Перемещение антенны всего на пару футов может красиво передать сигнал для одной станции и стать плохим местом для другой благодаря геометрии и длине волны задействованных частот. Сигнал, поступающий непосредственно от передатчика, либо добавляет, либо отменяет отраженные сигналы в разных местах. Поэкспериментируйте с расположением и ориентацией антенны.

Wisconsin Public Radio может отправить вам дипольную FM-антенну, которую можно легко прикрепить и передвинуть для лучшего приема. Вы можете купить их недорого в магазинах электроники. Антенны «заячьих ушей» старых телевизоров тоже неплохо подходят для работы в FM.

Более сложные FM-антенны могут быть установлены на чердаке, на крыше или в башне. Телевизионные антенны часто также могут служить эффективными FM-антеннами. Используйте «разветвитель», чтобы направить сигналы на телевизор и радио. Отличные, но недорогие FM-антенны можно купить в Radio Shack — их каталожный номер 15-2163 примерно за 25 долларов.Установите эту антенну как можно выше и поверните ее для получения наилучшего сигнала.

Антенны AM

Встроенные радиоантенны для AM обычно хорошо справляются со своей задачей, но если ваша радиостанция имеет соединение с внешней AM-антенной на задней панели, вам может помочь простой провод или петля.

Ориентация радиоприемника с его внутренней «полосовой» антенной может иметь важное значение — всегда пытайтесь повернуть AM-радиоприемник, чтобы найти лучший сигнал. Это также верно для внешних рамочных антенн, которые вы можете попробовать — не стесняйтесь экспериментировать с формой и расположением антенны.

Помехи

Шумовые помехи

При борьбе с шумовыми помехами может быть очень полезно разместить радиоприемник и / или его антенну вдали от возможных источников помех, таких как переключатели света, флуоресцентное освещение, компьютеры, микроволновые печи, зарядные устройства, телевизоры, видеомагнитофоны, днем ​​/ ночью и световые приборы с датчиком движения, лампы с датчиком касания и т. д. — все это известные источники шума. Вы можете исключить возможность того, что источник шума находится в вашем собственном доме, послушав помехи на приемнике с батарейным питанием и отключив «Главный» автоматический выключатель в своей собственности.Если шум утихнет, вы знаете, что устройство-нарушитель работает на линиях электропередач в вашем доме, и затем можете сузить местонахождение неисправного оборудования, отключив отдельные прерыватели вместо «Основного». Недавно возник новый источник шумовых помех, который, по всей видимости, связан с установкой нового типа светофоров. Проблемные перекрестки, похоже, относятся к новому типу «светодиодных», а не к более старым лампам накаливания. Наши тесты выявили множество широкополосных шумовых помех вблизи этих мест.Это было не только на частотах станций WPR и даже не только на нижних частотах FM-диапазона, но и на всем диапазоне. Я подтвердил, что характер помех меняется в зависимости от того, какие светофоры горят, так что это, кажется, коррелирует с системой освещения. Это влияет на наши более удаленные FM-станции больше, чем на местные электростанции, работающие на полную мощность, но местные жители тоже могут быть обеспокоены. До сих пор нам не повезло в работе с различными районными и муниципальными транспортными отделами, ответственными за эти установки. Мы рекомендуем вам сообщать о таких помехах дорожному инженеру в вашем городе.

Помехи от других радиостанций

Если кажется, что ваши помехи обнаруживаются только «поверх» одной радиостанции или если вы слышите другие радиопрограммы, то, возможно, источником является другой радиопередатчик или радиоустройство. В случае помех от станции, находящейся на следующей позиции шкалы, будет полезно радиоприемник хорошего качества с лучшей «избирательностью». См. Упомянутую выше GE SuperRadio.

Другая возможность заключается в том, что вокруг вашего дома есть локальный источник помех на определенной желаемой частоте — компьютеры и другие устройства, управляемые микропроцессором, могут излучать паразитные сигналы либо в диапазоне частот, либо на определенных частотах, например около 90.7, 88.3 и т. Д. Есть ли у вас «модуляторы» или другие устройства, позволяющие вашему спутниковому ресиверу, ПК, MP3-плееру и т. Д. Воспроизводить музыку через радио? Часто они являются источником помех. Поэкспериментируйте, выключив такие устройства и послушайте их влияние на прием радиосигналов.

Прием меняется в течение дня или в разные сезоны

Иногда FM-сигналы звучат шумно или искаженно из-за комбинации сигналов, исходящих от передатчика, с другими сигналами, отраженными от холмов, зданий, деревьев и т. Д.Поскольку эти сигналы идут к вашему радиоприемнику разными путями, они могут складываться или вычитаться друг из друга, вызывая искажение намеченного сигнала. Не бойтесь перемещать радио и антенну, чтобы найти место для наилучшего приема.

Multipath легко определить при прослушивании FM в машине. Вы можете наблюдать чередование хорошего и плохого приема во время движения или даже быстрое дрожание сигнала. Если вы остановились в месте, где сигналы подавляют друг друга, а звук зашумлен или искажен, вы можете ускорить движение вперед, и прием изменится — четкое указание на многолучевые помехи.Многие автомобильные приемники пытаются уменьшить влияние многолучевого распространения путем автоматического переключения приемника в монофонический режим. Некоторые даже имеют несколько антенн, спрятанных вокруг автомобиля.

Изменения в растительности и листве по мере смены сезонов могут повлиять на эти FM-отражения — переместите радио или антенну, чтобы найти новое «хорошее место» и восстановить прием.

Иногда удаленные FM-станции в других городах и штатах могут создавать помехи для станций WPR. Это связано с улучшением распространения сигнала, вызванным атмосферными условиями, из-за которых сигналы FM и TV выходят далеко за пределы их нормального диапазона.Это естественное явление, которое чаще случается в летние месяцы. Температурные инверсии, особенно над озером Мичиган, могут вызывать такие помехи от удаленных станций.

Пока мы испытывали помехи для наших местных станций, жители далеких городов получали помехи от наших станций — по крайней мере, это «справедливо и сбалансировано» в этом отношении. Такое вмешательство вряд ли продлится дольше нескольких часов или, самое большее, пары дней.

Сигналы

AM может быть труднее услышать ночью, чем днем.Каждый день, между закатом и восходом солнца, далекие AM-сигналы могут отражаться от верхних слоев атмосферы и отражаться обратно на землю за сотни миль, создавая помехи для местных станций. Федеральная комиссия по связи требует, чтобы AM-станции отрегулировали мощность и антенны, чтобы минимизировать помехи другим станциям в ночное время, поэтому одно или оба этих изменения могут повлиять на ваш прием AM-станции WPR. Электрический шум близлежащих гроз также может повредить прием AM.

Активные или усиленные антенны

Несколько слушателей недавно сообщили о проблемах с приемом наших станций после того, как они добавили к своим радио антенну с усилителем или активную антенну. Наш опыт работы с этими устройствами был ОЧЕНЬ плохим — они, как правило, настолько плохо спроектированы, что создают намного больше шума и помех от других станций, чем усиливают полезный сигнал. Недавно NPR-Labs провела исследование большого разнообразия антенных блоков с усилителями, и все они плохо работали в городских условиях.В этих случаях лучше выбрать пассивную антенну без источника питания.

Особенности приема HD-радио

По нашему общему опыту, покрытие HD-сигнала немного меньше, чем стандартное покрытие аналогового AM или FM. Это означает, что если вы можете получить четкий сигнал на обычном сигнале AM- или FM-радиостанции, у вас есть хорошие шансы получить цифровой HD-сигнал с помощью надлежащего радио. И, конечно же, в случае слабого аналогового сигнала вы можете изменить свою антенну, чтобы улучшить прием и улавливать сигнал HD.

Некоторые слушатели сообщали о пропадании звука или коротких паузах в сервисах HD2. Это связано с предельной мощностью сигнала на радио. Исправление состоит в том, чтобы отрегулировать размещение антенны, чтобы получить лучший сигнал. Важно помнить, что многоадресные каналы HD Radio (HD2, HD3 и т. Д.), В отличие от канала HD1, не имеют аналогового сигнала, на который радио может переключаться при потере цифрового приема. Таким образом, слушатель со слабым или неустойчивым приемом, который теряет цифровой сигнал, будет испытывать периоды тишины, пока сигнал не будет восстановлен.

Хотите больше информации?

AM Наконечники

FM Советы

Есть вопросы? Обратитесь в службу поддержки WPR по телефону 800-747-7444 или [email protected]

.

Noaa Погода Радиоприемник

Радио погоды NOAA

Способы улучшить прием погодных радиоприемников NOAA

Среднее покрытие любого передатчика погодного радиопередатчика NOAA должно быть ограничено областью в пределах примерно 40 миль от передатчика.Ограничивая дальность действия передатчика, NOAA Weather Radio может обеспечить более адаптированные радиопередачи для обслуживаемой территории, а также уменьшить количество предупреждающих сигналов, отправляемых через один передатчик. Фактический диапазон и качество принимаемого сигнала зависят от трех основных факторов: передатчика, местоположения и качества приемника и блокировки луча. Как правило, люди, живущие на равнине или в море и использующие качественный приемник, могут рассчитывать на надежный прием за пределами 40 миль. Люди, живущие в городах, окруженных большими зданиями или живущие в горных районах и использующие приемники стандартного качества, могут испытывать слабый прием или его отсутствие на расстояниях, значительно меньших 40 миль .

  • Коэффициенты передатчика

    • Качество сигнала, отправляемого на передатчик
    • Высота передающей антенны
    • Выходная мощность передатчика

Плохое качество сигнала, отправляемого в передатчик, приведет к плохому качеству сигнала, отправляемого передатчиком.Чтобы обеспечить хорошее качество и постоянство сигнала, поступающего в передатчик, на многих погодных радиопередатчиках NOAA устанавливаются мониторы, которые автоматически сообщают, когда качество сигнала начинает ухудшаться. Эти мониторы также автоматически сообщают о других потенциальных проблемах на месте передатчика, таких как колебания мощности, высокое отношение сигнал / шум, и даже если кондиционер, охлаждающий передатчик, выходит из строя.

Поскольку NOAA Weather Radio осуществляет передачу в диапазоне VHF (очень высоких частот), радиосигнал является сигналом «прямой видимости».Чем выше расположена антенна передатчика, тем дальше она может «видеть» или передавать. Поскольку дальность действия передатчика зависит от высоты антенны, высота часто используется для предотвращения утечки одного передатчика из-за сигнала ближайшего метеорологического радио NOAA на той же частоте и срабатывания предупредительных сигналов тревоги для потенциальных суровых погодных условий, которые не находятся в обозначенном зона прослушивания.

Третий метод уменьшения зоны покрытия — уменьшение выходной мощности передатчика.В то время как многие коммерческие радиостанции вещают на мощности 100 000 Вт, NOAA Weather Radio транслирует максимальную мощность 1 000 Вт.

Несмотря на то, что прилагаются все усилия, чтобы уменьшить перекрытие двух передатчиков погодного радио NOAA на одной и той же частоте, бывают случаи, когда удаленная станция передает сигнал через сигнал более близкой станции. Были случаи, когда передатчик, расположенный на расстоянии более 100 миль от приемника, подавлял сигнал от передатчика, расположенного менее чем в 40 милях от передатчика.В то время как оба передатчика передавали мощность 1000 Вт, более удаленный передатчик находился на горе, а антенна находилась на высоте почти 2000 футов над уровнем моря, в то время как антенна более близкого передатчика находилась всего на высоте 600 футов над уровнем моря. Условия, при которых сигналы погодного радио NOAA могут распространяться на значительные расстояния за пределы 40 миль, к счастью, редки, и слушатели могут быть уверены, что предупреждающие звуковые сигналы указывают на опасную погоду в их районе.

Как и в случае с недвижимостью, есть три важных момента для улучшения приема — местоположение, местоположение, местоположение! Чем дальше от передатчика, тем слабее сигнал.Даже тип конструкции здания влияет на прием погодного радио NOAA. Здания со стальным каркасом, шлакоблоком или бетоном, армированным арматурой, и другими материалами, блокирующими сигнал, значительно снизят мощность и качество сигнала на приемнике. Внутри здания «электрический шум» от электродвигателей, линий высокого напряжения, флуоресцентных ламп и других устройств вызовет статическое электричество на вашем погодном радиоприемнике NOAA. Постарайтесь расположить приемник как можно дальше от любых электрических устройств, которые могут вызывать помехи, чтобы получить лучший сигнал.

Еще одним важным соображением при покупке приемника является его чувствительность к радиосигналам, это особенно важно, если вы находитесь в отдаленной зоне. Приемник более высокого качества может обнаружить сигнал мощностью до 0,3 микровольта, в то время как стандартному приемнику может потребоваться уровень сигнала от 0,8 до 1,0 микровольт, прежде чем вы сможете четко слышать. Сравните не только цену ресиверов, но и их чувствительность.

  • Блокировка луча

    • Местность
    • Многоквартирные дома в городах
    • Грозы и другие погодные факторы

Поскольку радиоволны, передаваемые погодным радио NOAA, являются УКВ или прямой видимостью, они могут быть заблокированы или ослаблены, если им придется проходить через горы, холмы и большие здания.В отдаленных районах даже грозы между передатчиком и приемником будут влиять на мощность сигнала (а также на помехи от молнии).



Чтобы получить наилучший прием от вашего погодного радио NOAA, приобретите приемник самого лучшего качества (самый чувствительный), который вы можете. Убедитесь, что вы настроены на правильную частоту для вашего района, даже если вы можете принять сигнал от другого метеорологического радио NOAA, оно может не иметь часов и предупреждений для вашего конкретного района! Попробуйте найти в доме или офисе лучшее место для получения сильного и стабильного сигнала.Как правило, прием рядом с окнами будет лучше, чем при прохождении сигнала через укрепленные стены. В некоторых местах вам, возможно, придется установить внешнюю антенну для приема погодного радио NOAA.

Установки наружной антенны:

Наружные антенны можно купить во многих магазинах телевидения, радио или электроники, или вы даже можете построить свою собственную антенну.

Если на вашем погодном радио NOAA нет места для подключения антенны, вы все равно можете воспользоваться внешней антенной.Припаяйте «маленький зажим из крокодиловой кожи» к центральному проводу коаксиального кабеля от антенны и закрепите его на антенне вашего радио.

Недорогая УКВ-антенна или антенна сканера, установленная рядом с крышей с коаксиальным или экранированным кабелем к приемнику, обеспечит улучшенный прием для вашего погодного радио NOAA и позволит нам своевременно сообщать вам предупреждения и заявления об опасных погодных условиях!


Устанавливайте наружные антенны осторожно! Не приближайтесь к линиям электропередач или другим опасностям.Наружные антенны также должны быть правильно заземлены, чтобы предотвратить возможное повреждение вашего дома молнией.

Как увеличить мощность сигнала любой антенны: потеряйте корпус

Оптимальная конструкция беспроводной антенны, как и любая инженерная проблема, требует уравновешивания множества различных и потенциально противоречивых ограничений. Хотя «настройка» дизайна с помощью его типичных переменных может привести к постепенным улучшениям, прорывные инновации и новаторские подходы будут происходить только в результате нестандартного мышления — буквально в этом случае.

Что касается мощности сигнала беспроводной антенны, существует несколько распространенных способов увеличения мощности сигнала. Мощность или плотность тока могут быть первой переменной, которая приходит на ум для увеличения интенсивности излучаемой диаграммы, но это влияет на выбор компонентов антенны, набора микросхем, передатчика и кабелей.

Загрузите руководство — получите бесплатную копию книги «Прозрачные антенны: вне поля зрения, из головы»

Другой подход — сосредоточиться на диаграмме направленности.Изменение апертуры диполя или наложение нескольких диполей изменяет форму рисунка, направляя существующую мощность туда, где она будет использоваться. Настройку антенны можно выполнить без изменения оборудования.

Был там, сделал, добился постепенных улучшений. С функциональной точки зрения «система»: что еще может положительно или отрицательно повлиять на работу радиоволн, несущих сигнал?

Независимо от частоты, все формы волны в той или иной степени подвержены влиянию внешних объектов.Поскольку коммерчески используемые частоты попадают в миллиметровую длину волны, препятствия, такие как здания, деревья и даже дождь, могут иметь драматические последствия. Это особенно верно в отношении предстоящей коммерциализации 5G. Вы можете узнать больше об этом и других технологических последствиях сети 5G в следующем видео на YouTube от людей из IEEE Spectum:

Возвращаясь к идее функционального мышления, зная, что препятствия могут мешать радиосигналам, имеет смысл исключить возможность чего-либо, проходящего между передающей и принимающей антеннами.Перемещение антенны за пределы корпуса не только устранит помехи сигнала, создаваемые корпусом, но также даст дополнительное преимущество, заключающееся в приближении антенны к источнику отправляющего / принимающего сигнала. Обратной стороной является то, что антенны уродливые.

Что, если бы существовал коммерчески доступный способ сделать антенну прозрачной? Подумайте о возможностях. Чтобы получить массовую плотность антенн MIMO, необходимую для 5G, офисные здания и стадионы могут встраивать прозрачные антенны в существующие архитектурные элементы, такие как потолочные светильники или акустические панели.Вместо того, чтобы видеть потолок заваленным неприглядными бежевыми пластиковыми корпусами с короткими антеннами, беспроводные сигналы, казалось бы, исходили отовсюду.

Благодаря прозрачным антеннам преобразование существующего электронного устройства для подключения к Интернету вещей становится простым делом «лизать и прилипать» к антенне. Снижается необходимость изменения конструкции корпуса с целью включения антенны. Сегодняшние коммерчески доступные гибридные материалы CNT являются как прозрачными, так и проводящими, обеспечивая широкий спектр оптоэлектронных характеристик для множества приложений, включая прозрачные антенны, позволяющие использовать готовые приложения.Ясно, что это все меняет.

Каким образом функциональное мышление о своем дизайне с использованием гибких прозрачных схем может способствовать инновациям в линейке продуктов вашей компании? Расскажите нам о своем стремлении к инновационным продуктам. Поделитесь своими мыслями в разделе комментариев ниже и не забудьте подписаться на нас в своем любимом канале в социальных сетях.

Хотите узнать больше о гибридах CNT? Загрузите технический документ «Состояние альтернатив ITO»:

Почтовый индекс сигнал | V-Soft Communications Propagation & FCC Allocation Software Broadcast / RF

Найдите напряженность поля станций AM днем, AM Night и FM в пределах U.Почтовые индексы S.P. по всей территории США. Эта веб-программа выдает точные значения напряженности поля сигнала радиостанции, упорядоченные по почтовым индексам, из базы данных FCC CDBS AM и LMS FM по состоянию на 29 марта , 2021 . V-Soft Communications предоставляет эти данные бесплатно в качестве услуги своим клиентам и друзьям.

База данных этой программы теперь содержит канадские и мексиканские станции, которые слышны по почтовым индексам США. Переводчики из США также есть в нашей базе данных.Включены все территории США, такие как Пуэрто-Рико, Виргинские острова, Гуам и Американское Самоа.

ОТКАЗ ОТ ГАРАНТИЙ И ОГРАНИЧЕНИЯ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ДАННЫЕ
, ПРЕДСТАВЛЕННЫЕ, РАСПРОСТРАНЯЮТСЯ И ПРЕДОСТАВЛЯЮТСЯ «КАК ЕСТЬ» И БЕЗ КАКИХ-ЛИБО ГАРАНТИЙ
, ЯВНЫХ ИЛИ ПОДРАЗУМЕВАЕМЫХ. ИСПОЛЬЗУЙТЕ НА СВОЙ РИСК.

Введите почтовый индекс США, чтобы узнать мощность сигнала AM и FM станций, обслуживающих это место.

Поиск почтовых индексов, обслуживаемых станцией:

Письма о вызове станции:


AM У ночных станций к позывным добавляется буква «N».

Уровни напряженности поля:

  • 100+ dBu Чрезвычайно сильный
  • 80+ дБн Очень сильный
  • 70+ дБн Сильное покрытие в основном городе
  • 60+ dBu Хорошее покрытие
  • 50+ дБу Более слабое покрытие — могут быть помехи

* При прогнозировании покрытия используется стандартный метод FCC, диаграммы направленности антенн, если они используются станциями, а для станций FM — Всемирная глобальная база данных рельефа местности за 30 угловых секунд. Дневное покрытие станций в AM и ночное время прогнозируется с использованием кривых проводимости земли M3.50 дБу — это порог прогнозирования для этой программы определения уровня сигнала. Многие станции могут иметь покрытие выше 50 дБн. Большинство FM-станций защищены от помех FCC только до 60 дБн. Для FM-станций любое покрытие, превышающее значение уровня сигнала 60 дБн, будет зависеть от того, есть ли другие станции, вызывающие помехи, которые нельзя надежно спрогнозировать с использованием стандартных методов, используемых здесь. Многие AM-станции, работающие в ночное время, подвержены помехам, которые не учитываются этой программой.

(Нужен почтовый индекс? — Нажмите «Поиск почтового индекса UPSP»)

Заинтересованы в использовании данных сигнала почтового индекса в вашем проекте?

База данных сигналов почтового индекса V-Soft может быть приобретена для использования в ваших пользовательских проектах. Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации.

Открытый RSSI и допустимая мощность сигнала — Справочный центр

RSSI означает индикатор уровня принятого сигнала.Это оценочная мера уровня мощности, которую клиентское RF-устройство получает от точки доступа или маршрутизатора.

На больших расстояниях сигнал становится слабее, а скорость беспроводной передачи данных снижается, что приводит к снижению общей пропускной способности. Сигнал измеряется индикатором мощности принимаемого сигнала (RSSI), который в большинстве случаев показывает, насколько хорошо конкретное радио может слышать удаленные подключенные клиентские радио. Для приложений точка-точка (многоточечный) оптимальный RSSI на каждом конце беспроводного канала составляет от -48 дБм до -65 дБм для достижения максимально возможных скоростей передачи данных.

  • Лучше всего предварительно настроить радиомодули на мощность передачи 15 дБмВт и проверить правильность установки соединения (что также служит для проверки безопасности и настроек MAC-адреса). После того, как точки доступа физически установлены на место, посмотрите на показания RSSI на каждом радиомодуле и отрегулируйте настройки мощности передачи на каждой стороне канала вверх или вниз, чтобы получить RSSI в пределах от -48 дБм до -65 дБмВт

  • Если уровень сигнала превышает -35 дБмВт (типично для беспроводных линий связи на глубине менее 50 футов), электронные усилители становятся насыщенными из-за слишком сильного сигнала, что снижает производительность.В таких сценариях уменьшения мощности до минимума (11 дБмВт) может быть недостаточно, и в этом случае мы рекомендуем намеренно смещать антенны.

  • Если уровень сигнала меньше -75 дБмВт (типично для снимков с очень большого расстояния более 4 миль), может быть трудно поддерживать надежную связь или достичь высокой пропускной способности, особенно при наличии внешних помех. Для съемки с большого расстояния EnGenius рекомендует использовать лазерные инструменты для оптимизации юстировки антенны и увеличения сигнала.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.