O wyższości anteny nad "pałerem"

Posted on śro 29 grudzień 2010 in Wireless

Dzisiaj mały wykład z dziedziny sieci radiowych. Spróbuję pokazać jak dobrze zaprojektować link punkt-punkt. No może nie do końca, ale zobaczymy dlaczego to antena jest jednym z najistotniejszych elementów systemu.

No dobra. Widoczność optyczna pomiędzy punktami jest zachowana, upewniliśmy się także, że strefa Fresnela jest czysta. Jak dobrać moc nadajnika i odpowiednie anteny? Na jaki poziom sygnału możemy w danej konfiguracji liczyć?

Free Space Loss

Panie i Panowie - dystans pomiędzy punktami powoduje spadek poziomu sygnału! To zjawisko to tzw. Free Space Loss. Naszą "symulację" powinniśmy rozpocząć od wyliczenia FSL pomiędzy punktami. Poniżej wzór:
Free Space
Loss
d to odległość wyrażona w kilometrach, natomiast f to częstotliwość w MHz. To mały przykład: mamy link o długości 4,5km pracujący w częstotliwości 5640.

Zgodnie ze wzorem: FSL = 32,45 + 20Log(4,5) + 20Log(5640) = 32,45 + 13 + 75 = \~120,45dB

Dla niektórych może być zaskakujące, że strata jest tak duża ;)

Całkowite wzmocnienie systemu i poziomy sygnałów

Pora na obliczenie całkowitego wzmocnienia systemu. Takie obliczenia wykonuje się dla każdego "sajtu" - no chyba, że używamy dokładnie takiego samego kompletu nadajnik+antena - w takiej sytuacji możemy się ograniczyć do obliczenia jednej strony. Poniżej wzór wyjaśniający jak podejść do tematu:

Link
budget

Spieszę z wyjaśnieniami:

  • P - moc modułu/nadajnika
  • W - wzmocnienie anteny w obliczanym punkcie
  • L - straty - kable, konektory itp.
  • W2 - wzmocnienie anteny po drugiej stronie linku
  • L2 - straty po drugiej stronie linku

I znowu pora na przykład:

Site A Site B
Moc 20dBm Moc 18dBm
Wzmocnienie 23dBi Wzmocnienie 19dBi
Strata 2dB Strata 2dB
Czułość -89dBm Czułość -80dBm

Wykonajmy obliczenia dla obu stron linku:

Site A = 20 + 23 - 2 + 19 - 2 = 58dB
Site B = 18 + 19 - 2 + 23 - 2 = 56dB

Kolejnym krokiem będzie obliczenie poziomu sygnału w obu punktach. W tym celu odejmujemy od uzyskanych w poprzednim kroku wartości wyliczone wcześnie FSL:

Site A = 58 - 120,45 = -62,45dB
Site B = 56 - 120,45 = -64,45dB

Teraz pora na porównanie poziomu sygnałów do czułości modułów z tabeli powyżej. Czułość odbiornika to minimalny poziom sygnału jaki odbiornik "usłyszy". W naszym przypadku na Site A mamy całkiem niezły margines 26,55 - generalnie raczej nie powinno się schodzić poniżej \~20dB. Nieco lepiej mogłoby być w Site B - margines to tylko 15,55 - generalnie powinno działać ale do ideału nieco brakuje.

Co w takim razie zrobić? Ktoś mógłby wpaść na genialny pomysł i wrzucić mocniejszy moduł radiowy na słabszym linku... Przyjrzyjmy się w takim razie jeszcze raz wzorowi:

Link
budget

To co może rzucić się w oczy, to to, że zwiększenie mocy modułu ma wpływ tylko na jedną stronę połączenia - wzór nie uwzględnia mocy po drugiej stronie. Co jeśli zmienimy antenę? Zwiększenie wzmocnienia anteny po jednej stronie zwiększa poziomy sygnałów po obu stronach połączenia. Ale to nie wszystko - większe wzmocnienie anteny to mniejszy kąt promieniowania (większa kierunkowość anteny) - co za tym idzie - mniej zakłóceń. Poza tym najczęściej taniej jest wymienić jedną antenę niż dwa nadajniki na raz.

FIN