Мощность сигнала и радиус работы
Радиус действия точки доступа напрямую зависит от мощности? Мощность передатчика точки доступа определяет расстояние, на которое будет передаваться сигнал, а также скорость передачи данных. Но это не единственная величина, которая влияет на дальность работы беспроводной сети , она зависит от множества различных факторов:
- Диапазон частот
- Выходная мощность передатчика
- Чувствительность приемника
- Техника модуляции
- Расстояние и преграды
- Другие факторы
Разные факторы по разному влияют на распространение сигнала. Например, ч ем больше расстояние и чем больше поглощение сигнала, тем меньше скорость. В диапазоне частот 2.4 ГГц – длина волны составляет 12.5 см и чем больше длина волны (ниже частота), тем больше проникающая способность сигнала и выше дальность распространения сигнала при одной и той же излучаемой мощности. Соответственно радиосигнал в диапазоне 2.4 ГГц имеет большую проникающую способность, чем в диапазоне 5 ГГц.
Не каждая проблема с подключением возникает из-за слабого уровня сигнала.
Мощность передатчика
Мощность передатчика беспроводного оборудования на территории России, Украины, Белоруссии и других стран СНГ и Европы имеет региональные ограничения и не должна превышать 20 dBm равных 100 mW и 23 dBm = 200 mW при использовании динамического управления излучаемой мощностью сигнала. В реальном оборудовании данные показатели находятся в диапазоне от 15 до 20 dBm. Связано это по большей части с нежеланием производителя “рисковать”, ведь устройство мощностью свыше 20 dBm просто не пройдет сертификацию.
Усиление излучаемой мощности сигнала – означает более надежное соединение, но это не решает все проблемы. Даже если клиент будет слышать точку из-за большого усиления, то точка не услышит клиента, ввиду того, что у него же вы мощность не подняли.
Чувствительность приемника
Чувствительность приемника – это минимальный уровень входящего сигнала для обеспечения приёма данных с клиентского устройства, и влияющий на дальность связи и скорость приема данных. При увеличении излучаемой мощности сигнала радиомодуля, чувствительность незначительно может улучшиться, но при чрезмерном усилении этот показатель может значительно ухудшится, так появится “перекос” в скорости приема и передачи данных, когда скорость передачи клиенту будет выше в несколько раз, чем скорость от клиента к точке доступа.
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 (меньший уровень шума), и тем выше чувствительность приемника.
Диапазон частот
Диапазон 2.4 ГГц – это низкая полоса частот и наиболее распространённая, способная легче преодолевать различные преграды, что повышает радиус работы данной сети, но не обладает высокой скоростью передачи данных. Диапазоны 5 ГГц и 6 ГГц – напротив обладают более высокой частотой, достигая высоких скоростей передачи данных, менее загружены, но имеют меньше пробивною способность и меньший радиус работы.
Уровень сигнала
- Самый точный способ выразить это с помощью мBт (миливатт) (mW / 1 mW = 0 dBm)
- Signal (уровень сигнала) – показатель уровня сигнала принимаемым устройством, обычно значения находятся в промежутке от 0 до -100
- RSSI (индикатор мощности принятого сигнала) – это обычное показатель, но большинство поставщиков адаптеров Wi-Fi обрабатывают по разному, поскольку он не стандартизирован. Некоторые адаптеры используют шкалу от 0 до 60, а другие от 0 до 255
- Noise (уровень шума) – показатель допустимого уровня шума, для указанной ширины каналы
- SNR (отношение уровня сигнала к шуму) – разница между уровнем сигнала и уровнем шума
Изменения мощности сигнала не являются плавными и постепенными, dBm масштабируется логарифмически, а не линейным образом. Правило 3 и 10 подтверждает логарифмическую природу dBm:
- 3 dBm потерь = -3 dBm = уменьшает вдвое мощность сигнала
- 3 dBm усиления = +3 dBm = удваивает мощность сигнала (100 mW = 20 dBm , 200 mW = 23 dBm )
- 10 dBm потерь = -10 dBm = в 10 раз меньше мощности сигнала
- 10 dBm усиления = +10 dBm = в 10 раз больше мощности сигнала (10 mW = 10 dBm , 100 mW = 20 dBm )
Оценка качества сигнала (Signal)
Нужно помнить о значении Signal – работаем с отрицательным значением. -30 – более высокий сигнал, чем -80, потому что -80 – намного меньшее число
- -30 dBm – Максимальный уровень сигнала, вероятно, находитесь рядом с точкой доступа
- -50 dBm – Ниже этого уровня, считать отличным сигналом
- -60 dBm – Ниже этого уровня, хорошим и надежным уровень сигнала
- -67 dBm – Это минимальное значение, требующих бесперебойной и надежной передачи данных, скорость будет низкой, но стабильной
- -70 dBm – Сигнал слабый, скорость передачи крайне низкая
- -80 dBm – Уровень сигнала слишком мал, не возможно поддерживать надежное соединение
- -90 dBm – Подключение практически невозможно, или скорость передачи данных будет слишком мала
dB, dBi, dBm
При расчетах все эти dB, dBi, dBm по сути своей все являются децибелами, т.е. суммируются (если усиление) или вычитаются (если затухание), но dBm имеет приоритет как величина мощности сигнала. Например: Уровень на входе приемника(dBm) = Мощность передатчика(dBm) + Усиление антенн(dBi) – Ослабление сигнала(dB)
Расчет дистанции беспроводной связи
Найти информацию о том, чему равна дальность действия WiFi роутера, в действительности не так-то просто. Обычно приводятся сведения о мощности передатчика, также можно узнать, как изменится интенсивность радиоволн при установке той или иной антенны. Проблема состоит в том, что использовать более совершенную антенну, или даже усилитель, можно только на стороне роутера, но не абонентского устройства. В таком устройстве, как смартфон, установлена внутренняя антенна Wi-Fi, и заменить ее нельзя. Поэтому, кстати, нет смысла наращивать мощность передатчика роутера – последний все равно «не услышит» сигнал, исходящий от маломощного излучателя смартфона. Попытаемся определить, чему равна дальность беспроводной связи для устройств разных классов.
Согласно действующему закону РФ, мощность передатчика в абонентском устройстве не может превосходить 100 милливатт. Также предусмотрено, что для точек доступа, в том числе встроенных в роутер, это значение не должно превышать 250 мВт. По шкале дБм (децибел на 1 микровольт) данные значения выражаются другими цифрами: 20 и 24 дБм. Официально в Россию никогда не завозилось и не завозится оборудование, у которого мощность передатчика не соответствует этим цифрам. Нас будет интересовать, как зависит скорость беспроводного соединения от дистанции между роутером и стандартным абонентским устройством, при условии, что выполнены требования закона. Еще мы исходим из условия, что абонентская антенна является штыревой однозвенной (как в большинстве смартфонов).
Методика расчета эффективного расстояния
Допустим, беспроводная связь работает, когда расстояние между точкой доступа и смартфоном равно N метров при отсутствии препятствий на пути сигнала. Таблица, из которой можно выяснить, во сколько раз снижается интенсивность при прохождении того или иного препятствия, есть на нескольких сайтах (например, ZyXEL). В то же время, известно, что снижение интенсивности в 2 раза (на 3 децибела) эквивалентно уменьшению эффективного расстояния N в корень из двух раз. Все просто – квадрат расстояния обратно пропорционален интенсивности.
При прохождении сигналом стеклянного окна интенсивность снижается как раз на 3 дБ, а значит, эффективное расстояние уменьшается в корень из двух раз. Пользуясь этой методикой, можно рассчитать, на какой дистанции связь Wi-Fi все еще будет работать в той или иной ситуации:
- Окно стеклянное – снижает интенсивность на 3 дБ (в 2 раза)
- Окно с тонировкой – 6 дБ (в 4 раза)
- Стена из дерева – 9 дБ (в 8 раз)
- Межкомнатная стена панельная, бетонный пол – 15-20 дБ (в 32 раза и больше).
Коэффициент, на который Вы разделите значение дистанции, равен корню квадратному из коэффициента уменьшения интенсивности. Рассмотрим пример.
Допустим, N равно 400 м. Теперь мы между роутером и смартфоном «помещаем» одну панельную стену и одну стену из дерева. Сложив децибелы (15+9 дБ), получим 24 децибела. По логарифмической шкале – 24, а по линейной это эквивалентно снижению интенсивности в 251 раз. Теперь, вычисляем, чему равен корень из 251 (это 15,84). Делим 400 метров на 16, получаем 25 м. Как видите, все просто и похоже на правду.
Эффективное расстояние без препятствий
Наверное, читателя интересует, а чему же равно значение N при полном отсутствии препятствий в зависимости от выбора диапазона Wi-Fi. Если мощность передатчика роутера равна 40 мВт, а его антенна «усиливает» сигнал в горизонтальной плоскости на 3 дБ (она многозвенная), то, согласно информации ZyXEL, значение N составляет 400 метров. Смотрите: в роутере установлен менее мощный передатчик, чем в смартфоне, но в нем используется многозвенная антенна. Итого, получаем: связь между двумя устройствами Wi-Fi с мощностью передатчика 100 мВт и обычной штыревой антенной уверенно поддерживается на расстоянии до 400 м. Здесь речь шла о диапазоне 2,4 ГГц.
Теперь у Вас есть методика, позволяющая рассчитать эффективную дистанцию беспроводной связи теоретическим методом.
Тут идет речь о диапазоне 2,4 ГГц, но для более высокочастотных волн сейчас просто нет сведений об уровне влияния тех или иных препятствий. Понятно, что для диапазона 5 ГГц значение N будет меньше, а степень влияния препятствий окажется больше. Если известно, что мощность передатчика смартфона заметно меньше, чем 100 мВт, надо сделать так: необходимо 100 разделить на действительную мощность в милливаттах, и вычислить корень квадратный из полученного числа. У Вас будет поправочный коэффициент, на который требуется поделить расстояние, значение которого получено по рассмотренной методике.
Результаты практических наблюдений
Оценим «пробивную способность» Wi-Fi на практике. Для этого возьмем набор точек доступа, поддерживающих связь в диапазоне 2,4 ГГц: это TEW-411BRP+ фирмы TRENDnet, DWL-2100AP от D-Link, и USR 805450 компании US Robotics. В качестве абонентского устройства будем использовать смартфон, мощность передатчика которого равна 100 мВт. На точки доступа установим штатные антенны, а сами они будут располагаться на пятом этаже панельного дома.
Предельная дистанция, уверенный прием
Уже на третьем этаже здания, где установлено наше оборудование, сеть Wi-Fi отсутствует. Волна преодолела 2 железобетонных перекрытия, то есть мы потеряли 30 дБ – и все, связи нет. В действительности, считайте, что при прохождении двух перекрытий теряется 35 децибел. Сюда надо прибавить и затухание, зависящее от длины дистанции, тогда мы получим примерно 36-38 дБ. Значит, именно такое затухание для 100 милливатт является критическим.
Пробуем поймать сигнал на улице. На расстоянии 150-180 метров наличие сети можно заметить, но это верно, если находиться напротив окна комнаты, где установлено оборудование. А стабильной связь остается на расстоянии 100 метров. Как видим, теория соответствует практике с достаточным уровнем достоверности. Для надежности теоретически полученный результат (одно окно –> 200 метров) лучше делить на 2.
Чего делать не нужно
Всем понятно, что вряд ли стоит повышать мощность одного из передатчиков, когда второй, то есть «абонентский», остается без изменений. То же можно сказать и о применении антенн, позволяющих увеличить интенсивность волны, но сужающих диаграмму. Впрочем, применение секториальных и многозвенных антенн все равно будет эффективно, и вот почему. Роутеры и другие излучатели радиоволн могут быть не только у Вас в квартире, но и у соседей и т.д. А сужая сектор захвата, можно избавить Ваш роутер от посторонних радиочастотных шумов.
Настраивая беспроводную сеть в роутере, необходимо выбирать не максимальное, а оптимальное значение мощности. В интерфейсе многих устройств подобная регулировка есть. Начните с максимума, и шаг за шагом понижайте значение:
Мощность Передатчика Сигнала WiFi Роутера — Как Уменьшить или Увеличить TX Power?
Увеличить или уменьшить мощность wifi роутера, а точнее сигнала передатчика (TX Power), часто бывает необходимо при настройке беспроводной сети. Например, для того, чтобы сигнал не ловил в коридоре или в соседней квартире. Чтобы не провоцировать потенциальных злоумышленников на попытки взлома вашего вайфая. Но обычно пользователи спрашивают, как сделать беспроводной сигнал сильнее и тем самым расширить зону приема от роутеров TP-Link, Asus, Zyxel Keenetic, D-Link, Tenda, Upvel.
Актуальные предложения:
Что такое TX Power?
TX Power — это мощность сигнала роутера, а точнее его передатчика wifi.
Хотя этот термин в интерфейсе администраторской части может и не встречаться. Но он всегда измеряется в таких единицах, как «dBm». То есть «децибел на метр». Например, в технических характеристиках передатчика пишут — 20 dBm, 30 dBm и так далее. В разных странах даже есть законы, ограничивающие это максимальное значение.
Какую страну выбрать в настройках wifi для максимальной мощности?
Если вы меня спросите, какую страну необходимо выбрать для обеспечения максимальной мощности соединения с интернетом по вай-фай, то на данный момент их 6:
- Япония
- Австралия
- Южная Корея
- Новая Зеландия
- США
- Сингапур
Выбирайте одну из них, и получите наилучшую силу беспроводной сети на определенных каналах. Ниже привожу таблицу с разрешенными каналами и мощностью:
| Страна | Поддиапазон (МГц) | Канал |
|---|---|---|
| Австралия | 915 — 920 | 1, 2, 4 |
| 920 — 928 | 1, 2, 4, 8 | |
| Япония | 916.5 — 927.5 | 1 |
| Ю. Корея | 917 — 923 | 1, 2, 4 |
| Новая Зеландия | 915 — 924 | 1, 2, 4, 8 |
| 924 — 928 | 1, 2, 4 | |
| Сингапур | 866 — 869 | 1, 2 |
| 920 — 925 | 1, 2, 4 | |
| США | 902 — 904 | 1, 2 |
| 904 — 920 | 1, 2, 4, 8, 16 | |
| 920 — 928 | 1, 2, 4, 8 |
Также иногда в интерфейсе маршрутизатора можно встретить такое понятие, как «TX Burst», то есть увеличение мощности передатчика wifi.
Что такое мощность wifi сигнала в реальности?
Но это все только теория. А у нас, практиков, возникает резонный вопрос — 20 dbm, это сколько метров? Ответить на него однозначно невозможно. Ведь зона приема очень сильно зависит не только от самого передатчика сигнала, но и от множества других факторов. Например, препятствия или перегородок, находящихся на пути от источника к приемнику. Или от окружающих электромагнитных волн, которые могут наводить помехи.
В настройках марштуризатора мы же можем принудительно уменьшить или усилить TX Power. Свойство снижать мощность сигнала сильно пригодится тем, кто считает, что wifi — это вредно для здоровья. И хотя на многих маршрутизаторах существует возможность отключать его по расписанию, возможность сделать беспроводной сигнал на одно-два деления меньше тоже не помешает, тем более, если у вас квартира небольшая.
Как пользоваться TX Power на роутере TP-Link — регулировка мощности сигнала wifi
На роутере TP-Link регулировка мощности wifi сигнала ограничена тремя предустановленными настройками TX Power:
- Низкая
- Средняя
- и Высокая
Находятся они в разделе «Дополнительные настройки — Беспроводной режим»
Управление мощностью сигнала TX Power на роутере Asus
На маршрутизаторе Asus настройки выходной мощности находятся в разделе «Беспроводная сеть», во вкладке «Профессионально», но имеется не во всех моделях. Здесь если прокрутить страницу в самый низ, то увидите последний пункт «Управление мощностью сигнала TX Power». В некоторых роутера Asus мощность wifi нужно прописать самостоятельно в цифрах в видео единиц измерения mW — максимально 200mW.
В других это сделано более наглядно в виде ползунка в процентах от максимальной мощности сигнала
Настройка мощности сигнала wifi на роутере Zyxel Keenetic
Для того, чтобы увеличить или уменьшить мощность wifi на роутере Zyxel Keenetic, нужно пройти в меню «Сеть Wi-Fi» и среди всех прочих настроек найти строку «Мощность сигнала». Здесь из выпадающего списка выбираем необходимое значение в %.
Если вы являетесь владельцем более современного маршрутизатора Keenetic, то для регулировки TX Power открываем меню «Домашняя сеть» и далее кликаем на ссылку «Дополнительные настройки».
Преобразование dBm в милливатты
Иногда нужно определить мощность передатчика не в dBm а в милливаттах. Чтобы быстрее преобразовать можно использовать данную таблицу:
| dBm | мW |
| 0 | 1 |
| 1 | 1,3 |
| 2 | 1,6 |
| 3 | 2 |
| 4 | 2,5 |
| 5 | 3,2 |
| 6 | 4 |
| 7 | 5 |
| 8 | 6 |
| 9 | 8 |
| 10 | 10 |
| 11 | 13 |
| 12 | 16 |
| 13 | 20 |
| 14 | 25 |
| 15 | 32 |
| 16 | 40 |
| 17 | 50 |
| 18 | 63 |
| 19 | 79 |
| 20 | 100 |
| 21 | 126 |
| 22 | 158 |
| 23 | 200 |
| 24 | 250 |
| 25 | 316 |
| 26 | 398 |
| 27 | 500 |
| 28 | 630 |
| 29 | 800 |
| 30 | 1000 |
Для начинающих несколько слов о непонятных для многих единицах измерения принятых в антенной технике и радиотехнике высоких частот.
dB (дБ) — децибел. В общем случае логарифмическая единица отношений чего либо. Заменяет собой такое понятие как «разы». Т.е. это не абсолютная величина типа вольт или ватт, а относительная, как например проценты.
Например, если уровень сигнала возрос в 1000 раз по мощности, то это соответствует +30 dB (говорят сигнал возрос на 30 дБ). Применение такой единицы измерения отношений, позволяет заменить умножение/деление на сложение/вычитание при подсчете усиления/ослабления. Пример. В фидере сигнал был ослаблен в 4 раза, а усилитель его повысил в 220 раз. Тогда в системе фидер-усилитель сигнал усилился в 220 / 4 = 55 раз. В децибелах расчет проще 23 — 6 = 17 дБ.
dBm (дБм). Иногда удобно какую либо величину принять за эталон (нулевой уровень) и относительно ее измерять уровень уже в децибелах. Так, если принять за нулевой уровень — 1мВт и относительно его измерять, то появляется такая единица измерения как дБм(1мВт = 0 дБм). Она уже имеет вполне весомый физический смысл, в отличии от безличных децибелов, dBm — это мера мощности. В ней измеряют уровень слабых сигналов (в том же «палкомере» модема), чувствительность приемников, мощность передатчиков и т.п. Например уровень в 50 мкВ на 50-омном входе приемника соответствует уровню мощности 5·10 -8 мВт или -73 дБм. Измерять чувствительность в единицах мощности более удобно, чем в единицах напряжения, так так нам приходится иметь дело с сигналами разной формы, в том числе шумовыми. К тому же, мы избавляемся от необходимости каждый раз уточнять, каково входное сопротивление приемника. Например, пороговая мощность большинства «свистков», при которой они еще коннектятся с базовой станцией около -110 dBm. Мощность передатчика тоже можно измерять в dBm. Например мощность Wi Fi роутера в 100 мВт равна 20 dbm.
dBi (дБи). Единица измерения усиления антенн относительно «эталонной» антенны. За такую эталонную антенну принят так называемый изотропный излучатель — идеальная антенна, диаграмма направленности которой представляет собой сферу, коэффициент усиления которой равен единице и КПД которой равен 100%. Излучение сигнала таким излучателем происходит с равномерной интенсивностью во все стороны. Такой антенны в природе не существует, это виртуальный объект, однако, очень удобный в качестве эталона для измерения параметров реальных антенн. Существует еще одна единица: dBd — здесь за эталон принят полуволновой диполь. Однако, использование dBi предпочтительнее, т.к. в этом случае проще расчет энергетического баланса трассы радиосвязи. dBi — это относительная единица, ничем по сути от простого децибела не отличима, кроме определения эталона, относительно которого и идет отсчет. Принципиальной разницы между dBi и dBd нет — усиление в dBi = усилению в dBd + 2.15 dB . В старых радиолюбительских книжках и журналах усиление антенн измеряют просто в децибелах. В этом случае чаще всего имеется ввиду усиление относительно полуволнового вибратора, т.е. оно эквивалентно dBd. Измерение относительно изотропного излучателя изначально использовалось только в США, но в последнее время распространилось во всем мире, поэтому во избежании путаницы сейчас, если речь идет об усилении антенны, правилом хорошего тона считается использование децибела с суффиксом — dBi или dBd.
В принципе за «нулевой уровень» можно принять любую величину. Так на свет появляются такие звери как «дБмкВ» (напряжение — отношение к одному микровольту), «дБВт» (мощность — отношение к одному ватту). В акустике за нулевой уровень звука принято звуковое давление 2·10 -5 Па — порог слышимости. При этом там не стали заморачиваться с довеском к «дБ», а прямо так и измеряют уровень звука в децибелах. Так сложилось исторически, потому что децибелы впервые применялись именно в области акустики. Но надо иметь ввиду — это как бы не «чистые» относительные децибелы, а «звуковые» — абсолютные. Например, шум реактивного самолета с расстояния 25 м равен 140 дБ, а 0 дБ — это порог слышимости. Часто можно встретить единицу под именем dBA. Она специально придумана для измерений интенсивности шумов. Величина дБА — уровень звукового давления, измеренный в «звуковых» децибелах при помощи шумомера, содержащего корректирующую цепочку, имитирующую чувствительность человеческого уха, что дает возможность получать отсчеты более соответствующие реальной слышимости шума.
Вообще, люди начали использовать децибелы для измерения различных вещей не просто так. Еще в XIX веке психофизиологами Эрнстом Вебером и Густавом Фехнером было установлено, что “сила ощущения p пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя S”. Это относится к звуку, освещенности, тактильным ощущениям.
В технике проводной связи используют другую единицу — Непер. Неперы определяются не через десятичный, а через натуральный логарифм. Может это и правильнее, ведь многие законы природы основаны на числе Эйлера, которое является основанием натурального логарифма. Но все-таки мы пользуемся децибелами.
При расчетах все эти dB, dBi, dBm по сути своей все являются децибелами, т.е. суммируются (если усиление) или вычитаются (если затухание), но dBm имеет приоритет как мера мощности сигнала. Например:
Уровень на входе приемника(dBm) = Мощность передатчика(dBm) + Усиление антенн(dBi) — Ослабление сигнала(dB)
Неискушенный аноним обычно теряется при виде такого изобилия разновидностей децибел. Но затем приходит понимание, что это приносит упрощение в расчетах.