Московский Государственный Институт Электроники и Математики

(технический университет)

Кафедра Информационно Коммуникационные Технологии

Курсовая работа на тему

“Математический расчет дальности Wi-fi сигнала”

Работу выполнил:

Студент группы С-64

Кузьмищев А.С.

Работу принял:

Доктор технических наук, профессор

Леохин Ю.Л.

Москва 2011

Оглавление

Оглавление 3

Как работает Wi-Fi 4

Пользовательский Wi-Fi 5

802.11b/g/n 5

Wi-fi антенны 7

Децибелы 9

Методика и подход 10

Практическая часть 12

Выводы: 14

Как работает Wi-Fi

Для начала, разберемся в том, что же из себя представляет технология Wi-Fi. Технологией Wi-Fi называют один из форматов передачи цифровых данных по радиоканалам. Изначально устройства Wi-Fi были предназначены для корпоративных пользователей, чтобы заменить традиционные кабельные сети.

Для передачи данных Wi-fi использует диапазон частот СВЧ:

Сверхвысокочастотное излучение (СВЧ-излучение) — электромагнитное излучение, включающее в себя сантиметровый и миллиметровый диапазон радиоволн (от 30 см — частота 1 ГГц до 1 мм — 300 Ггц).

Радиоволна в процессе распространения в пространстве

занимает объем в виде эллипсоида вращения с

максимальным радиусом в середине пролета, который

называют зоной Френеля (рис. 1). Естественные (земля, холмы, деревья) и искусственные (здания, столбы) преграды, попадающие в это пространство, ослабляют сигнал.

Р ис. 1. Естественные и искусственные преграды,

попадающие в некоторый

объем вдоль линии распространения,

существенно ослабляют сигнал

Понятие зон Френеля основано на принципе Гюйгенса, согласно которому каждая точка среды, до которой доходит возмущение, сама становится источником вторичных волн,

и поле излучения может рассматриваться как суперпозиция всех вторичных волн. На основе этого принципа можно показать, что объекты, лежащие внутри концентрических окружностей, проведенных вокруг линии прямой видимости двух трансиверов, могут влиять на качество как положительно, так и отрицательно. Все препятствия, попадающие внутрь первой окружности (первой зоны Френеля), оказывают наиболее негативное влияние. При создании радиомоста между двумя сетями надо знать тот факт, что пространство вокруг прямой линии, проведённой между приёмником и передатчиком должно быть свободно от отражающих и поглощающих препятствий в радиусе, сравнимом с 0.6 радиуса первой зоны Френеля. Её размер можно рассчитать исходя из следующей формулы:

где r – радиус первой зоны Френеля, м;

f – значение частоты обмена, GHz;

D1 и D2 – расстояния до препятствия от передатчика и приемника, км.

Пользовательский Wi-Fi

Итак, выяснив как работает Wi-fi и какой тип радио-волн используется для передачи данных остановимся по подробнее на пользовательских стандартах. Стандарты wi-fi были разработаны Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE (англ. Institute of Electrical and Electronics Engineers — международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники, мировой лидер в области разработки стандартов по радиоэлектронике и электротехнике). Разделяют следующие виды пользовательских стандартов:

802.11 — Изначальный 1 Мбит/с и 2 Мбит/c, 2,4 ГГц и ИК стандарт (1997)

802.11b — Улучшения к 802.11 для поддержки 5,5 и 11 Мбит/с (1999)

802.11g — 54 Мбит/c, 2,4 ГГц стандарт (обратная совместимость с b) (2003)

802.11n — Увеличение скорости передачи данных (600 Мбит/c). 2,4-2,5 или 5 ГГц. Обратная совместимость с 802.11a/b/g (сентябрь 2009)

802.11b/g/n

КаналА	Центральная частотаБ (ГГц)
1	2,412
2	2,417
3	2,422
4	2,427
5	2,432
6	2,437
7	2,442
8	2,447
9	2,452
10	2,457
11	2,462
12	2,467
13	2,472
14	2,48

5 МГц между центральными частотами соседних каналов, исключая 14-й. Каждый канал занимает полосу частот 20 МГц, поэтому в этом диапазоне невозможна одновременная работа более чем 3-х каналов без взаимного перекрытия.

В таблице ниже представлены опорные частоты и длины волн тринадцати актуальных для нас (принятых в Европе) каналов Wi-Fi диапазона 2,4 ГГц.

Номер канала	Частота, МГц	Длина волны, мм
1	2412	124,3
2	2417	124,0
3	2422	123,8
4	2427	123,5
5	2432	123,3
6	2437	123,0
7	2442	122,8
8	2447	122,5
9	2452	122,3
10	2457	122,0
11	2462	121,8
12	2467	121,5
13	2472	121,3

Сравнение стандартов IEEE 802.11
Стандарт	802.11a	802.11b	802.11g
Макс. скорость передачи, Мбит/с	54	11	54
Поддержка скоростей передачи, Мбит/с	6, 12, 24	1, 2, 5.5, 11	1, 2, 5.5, 6, 11, 12, 24
Опциональная поддержка скоростей передачи, Мбит/с	9, 18, 36, 48, 54	-	33, 36, 48, 54
Число не перекрывающихся каналов	12	3	3
Расстояние и скорость передачи данных в помещении, метр @ Мбит/с	12 @ 54  91 @ 6	30 @ 11  91 @ 1	30 @ 54  91 @ 1
Расстояние и скорость передачи данных в пределах прямой видимости, метр @ Мбит/с	30 @ 54  305 @ 6	120 @ 11  460 @ 1	120 @ 54  460 @ 1
Рабочая частота, ГГц	5	2.4	2.4
Схема модуляции	Мультиплексирование с разделением по ортогональным частотам (OFDM)	Широкополосная модуляция с прямым расширением спектра (DSSS)	Мультиплексирование с разделением по ортогональным частотам (OFDM)

Wi-fi антенны

Внешние Wi - Fi антенны служат для усиления сигнала, что позволяет увеличить зону покрытия Wi-Fi сетей.

В основном распространены пассивные антенны - круговые (всенаправленные) и направленные. Основное различие – характер распространения волн антенной.

Круговая антенна излучает сигнал по кругу 360* (горизонталь) и зона покрытия имеет вид тороида.

Направленная антенна распространяет волны лишь на определенный сектор.

В остальном у антенн есть четыре основные характеристики, на которые нужно обратить внимание:

Поляризация – отражает специфику распространения радиоволн. Бывает горизонтальная(линейная) и вертикальная. При проектировании сети это необходимо учитывать при подборе антенн, поляризация обязательно должна совпадать.

HPBW по горизонтали – угол распространения вол по горизонтали. Для всех круговых антенн равен 360*. Для направленных Wi-Fi антенн значительно меньше.

HPBW по вертикали – угол распространения волн по вертикали. Обратите внимание на этот параметр при подборе антенн, т.к. при малом угле возможно возникновение мертвых зон.

Усиление – выражается в dBi и характеризует усиление сигнала. Чем больше dBi , тем на большем расстоянии можно установить связь с сетью.

Удлинительные провода для антенн – используются, если антенна удалена от точки доступа или сетевой карты. Особое внимание следует уделить разъемам, т.к. у разных производителей они могут различаться. Провода используются специальные СВЧ, длина проводов должна быть как можно меньше.