Полезные формулы для расчета беспроводных сетей

 

Распространение любого сигнала неизбежно сопровождается его затуханием, причём величина затухания сигнала зависит как от расстояния от точки передачи, так и от частоты сигнала. При измерении в децибелах величины затухания сигнала (ослабление при распространении) пользуются формулой:

расчет затухания радиосигнала расчет баланса мощностей формула,

где: X - коэффициент ослабления, равный 20 для открытого пространства, d - расстояние от точки передачи, f - частота сигнала, с - скорость света.

    Из данной формулы непосредственно вытекает, что с увеличением частоты передаваемого сигнала увеличивается и его затухание. Так, при распространении сигнала в открытом пространстве с частотой 2,4 ГГц он ослабевает на 60 дБ при удалении от источника на 10 м. Если же частота равна 5 ГГц, ослабевание сигнала при удалении на 10 м составит уже 66 дБ.

 

    Расчет баланса мощностей

    Для нормального функционирования системы беспроводной связи необходимо, чтобы суммарное усиление системы было больше, чем суммарное ослабление сигнала. Рекомендуемый запас по мощности (fade margin) составляет 10-15 dB. Это позволит быть уверенным, что система будет функционировать и при плохих метеоусловиях.

    Итак, рассмотрим, как расчитывается баланс системы:

    Сумма "усиление передатчика - потери в кабеле и разъёмах + усиление передающей антенны - потери в среде распространения + усиление приемной антенны - затухание в кабеле и разъёмах на приемной стороне + чувствительность приемника" должна составлять 10-15 dB.

    При подсчете усиление подставляют в формулу со знаком "+", а затухание, соответственно, со знаком "-".

    Некоторые типичные значения для расчета в диапазоне 2.4 ГГц:

 

Параметр

Значение

Еденицы измерения

Усиление передатчика

15

dBm

Потери в кабеле

0.23

dB/метр

Потери на один разъём

0.5

dB

Усиление передающей антенны

24

dBi (параболическая решетка)

Потери в среде распространения

100

dB (при расстоянии в 1 км)

Усиление приемной антенны

24

dBi (параболическая решетка)

Чувствительность приемника

- 85

dBm

    

    Соотношения между mW, W, dBm и dBw

    1 W = 1000 mW
    PdBm =10 * log PmW
    PdBm =10 * log PmWPdBw =10 * log PW
    PdBm =10 * log PmWPdBw = PdBm - 30

    Например, 100 mW составляет 20 dBm или -10 dBw, а также, 0.1 W

  

    Различие между dBm и dBi

    Мощность передатчика обычно измеряют в dBm, то есть децибелах относительно одного милливатта. Антенны же имеют свою образцовую единицу - изотропную антенну. Изотропной называют такую антенну, которая имеет равномерное излучение во все стороны. Используется в качестве точки отсчета в радиотехнических системах при расчете усиления антенн. Означает отношения интенсивности магнитного поля в данном направлении по отношению к излучению изотропной антенны.

  

    Расчет зоны Френеля

    Для нормального функционирования радиолинка недостаточно наличия только прямой видимости в связи с тем, что основная электромагнитная энергия сосредоточена в некотором эллипсоиде вращения около линии визирования, называемом зоной Френеля.

    Достаточным условием возможности установления радиосвязи является наличие открытого интервала, то есть отсутствия препятствий в зоне Френеля, или, хотя бы в 80% радиуса зоны.

    Радиус указанной зоны рассчитывается по формуле:

расчет зоны Френеля,

, где R - радиус зоны Френеля (метры) в точке радиолинка длиной D метров на расстоянии x метров от первой точки на частоте F ГГц.

  

    Зависимость дальности прямой видимости от высоты подвеса антенн

    Еще одна тонкость, связанная с условиями реального мира, окружающего нас. Земля всё-таки круглая, поэтому в расчетах дальних линков необходимо учитывать кривизну земной поверхности. Формула, по которой можно оценить возможную дальность связи D при заданных высотах подвеса антенн h1 и h2:

    Таблица, по которой можно примерно определить порядки величин:

 

Расстояние между антеннами (км) Высота по зоне Френеля (м) Высота за счет кривизны земной поверхности (м) Суммарная высота подъема антенны (м)
Частота ГГц -> 2,4 5,7   2,4 5,7
6 9 6 1 10 7
10 12 8 2 14 10
20 17 11 8 25 19
30 21 14 18 39 32
40 24 16 32 56 48
50 27 18 50 77 67