Wi-Fi: Все, что Вы хотели знать, но боялись спросить

Выходная мощность радиотехнических устройств обычно измеряется в ваттах. В отличие от стереосистем, которые могут иметь выходную мощность 500 Вт, оборудование Wi-Fi излучает значительно менее мощные сигналы — до 200 мВт. Поскольку радиосредства работают с маломощными сигналами, инженеры предпочитают выражать их уровень в логарифмических единицах, называемых децибелами (дБ). При определении уровня сигнала по отношению к одному милливатту используется сокращение «дБм» (dBm). Уровню сигнала в 0 дБм соответствует мощность 1 мВт.

Если мощность сигнала менее 1 мВт, его уровень отрицателен. Например, чувствительность беспроводного сетевого адаптера стандарта 802.11b при пропускной способности 2 Мбит/с может равняться -90 дБм.

Запомните два полезных в инженерной практике правила. Увеличение или уменьшение уровня сигнала на 3 дБ означает увеличение или уменьшение его мощности в два раза. Увеличение же уровня сигнала на 10 дБ соответствует десятикратному увеличению его мощности. Таким образом, если 0 дБм равняется 1 мВт, то 10 дБм — 10, 20 дБм — 100 и 30 дБм — 1000 мВт, или 1 Вт. С помощью этих правил несложно определить, что уровню сигнала в 23 дБм соответствует мощность 200 мВт.

Усиление и потери

В состав радиопередатчиков входят усилители мощности, повышающие уровень передаваемого сигнала. Для увеличения дальности связи разработчики беспроводного оборудования могут повышать его выходную мощность, но при этом они не должны выходить за пределы налагаемых (регулирующими органами) ограничений на характеристики этого оборудования. И ещё, чем выше выходная мощность, тем больше потребляется электроэнергии (что сокращает срок службы батареи ноутбука) и рассеивается тепла (ноутбук нагревается сильнее).

Дальность связи можно повысить и за счёт применения направленных антенн. Такая антенна фокусирует передаваемый сигнал в определённом направлении и обеспечивает повышение уровня принимаемого сигнала.

Чтобы беспроводная сеть функционировала нормально, суммарное усиление взаимодействующих устройств должно быть выше затухания передаваемого радиосигнала. Затухание радиосигнала в атмосфере (по причине его рассеивания в ней) называется потерями в свободном пространстве.

В зданиях, где работают БЛВС, имеют место и другие виды потерь, в том числе потери, обусловленные поглощением (стенами, межэтажными перекрытиями и дверями), рассеиванием (из-за хаотических отражений от различных поверхностей) и рефракцией (изменением направления распространения волны при прохождении её через объект, например, стеклянную стену) радиоволн. Уровень потерь зависит от частоты радиосигнала. Например, 5-ГГц радиосигнал поглощается межэтажными перекрытиями и стенами сильнее, чем 2,4-ГГц.

Хотя возможность установления радиосвязи зависит в первую очередь от параметров оборудования и потерь передаваемого сигнала, на работу БЛВС влияет и такой фактор, как многолучевое распространение радиоволн, вызванное их отражением от разных предметов. В результате этого один и тот же переданный радиосигнал многократно (с разной временной задержкой) поступает на вход приёмника, что может значительно ослабить принимаемый сигнал.

Инженеры продолжают искать методы борьбы с негативным эффектом многолучевого распространения радиоволн. Сегодня с этой целью многие устройства Wi-Fi оснащены двумя антеннами, что иногда помогает. В большинстве случаев надёжность работы радиосистемы при многолучевом распространении зависит от конструкции её радиоприёмника. По этой причине беспроводная сетевая плата с высокой выходной мощностью может уступать по дальности действия плате с меньшей мощностью, но с улучшенными возможностями работы в условиях многолучевого распространения радиоволн.

Результаты тестирования

Параметр, который вычисляется как разность выраженных в децибелах значений мощности передатчика и чувствительности приёмника, называют системным усилением оборудования или бюджетом радиолинии. Так, соответствующий стандарту 802.11b сетевой адаптер Cisco Aironet имеет максимальную выходную мощность 20 дБм, а чувствительность радиоприёмника точки доступа Cisco 1200 составляет -85 дБм (при максимальной пропускной способности 11 Мбит/с). Следовательно, при использовании этого оборудования бюджет радиолинии равен 105 дБ.

При недостаточно высоком отношении сигнал/шум пропускная способность систем Wi-Fi уменьшается из-за возникновения ошибок в пакетах данных и их повторной передачи. Чтобы устранить эти негативные явления, по мере уменьшения уровня принимаемого сигнала системы Wi-Fi автоматически переходят на менее эффективный метод модуляции, снижая тем самым свою максимальную скорость передачи данных (при этом помехоустойчивость повышается). В системах стандарта 802.11b максимальная скорость снижается постепенно — с 11 до 5,5 Мбит/с, затем до 2 и, наконец, до 1 Мбит/с. Когда же уровня сигнала перестаёт хватать и для работы системы на скорости 1 Мбит/с, связь прерывается.