UPUTSTVO: PRORAČUN LINKA

Najčešći način uspostavljanja bežičnih veza se izvodi odokativnom metodom po principu, sigurno će da radi. Jedni ovako rade jer ne znaju za bolje, a drugi zato što imaju dovoljno iskustva tako da mogu da daju manje ili više tačnu procenu. Ipak, najbolje je izvršiti merenja signala i na osnovu toga izračunati kakva je oprema dovoljna za pouzdanu vezu.

Svaka bežična veza se sastoji od veceg broja pomenljivih faktora koje ćemo klasifikovati kao: izvor radio energije, prijemnik radio energije, gubitke u kablovima, na konektorima i drugim elementima neophodnim da se radio energija sprovede, dobit antene i gubitke u slobodnom prostoru. Svi ovi faktori na svoj način utiču na kvalitet veze a ti uticaji se prosto svode na to da li doprinose jačini signala ili ga oslabljuju.

Radi lakšeg računa upotrebljava se merna jedinica decibel, koja je zajednička svim faktorima koji utiču na radio vezu, s tim da se doprinos jačini signala (signal gain) izražava pozitivnim iznosima decibela, a slabljenje signala (signal loss) se izražava negativnim vrednostima. Više o ovoj jedinici naći ćete u posebnom uputstvu Šta je decibel.

Ukratko ćemo objasniti kakvi su uticaji ovih faktora.

Izvor radio energije - predajnik

Predajnik je uređaj koji električne signale pretvara u elektromagnetne tako da ih može poslati bežičnim putem - u obliku radio-talasa. Kod opreme za bežično umrežavanje, sve karakteristike i način funkcionisanja predajnika su standardizovani a jedina bitna karakteristika za proračun kvaliteta veze je snaga predajnika izražena u decibelima. Samim tim što predajnik predstavlja izvor signala on ima pozitivan uticaj na njegovu jačinu.

Prijemnik radio energije - prijemnik

Prijemnik je uređaj koji radio signale pretvara u električne. I on je standardizovan a ima bitnu karakteristiku - osetljivost (sensitivity). Što je prijemnik osetljiviji to će moći da iskoristi i slabije signale odnosno, moći će da "hvata" radio signale sa većih udaljenosti. Osetljivost prijemnika se izražava u decibelima a iako prijemnik praktično pozitivno utiče na jačinu prijemnog signala, osetljivost se izražava kao negativan iznos, iz praktičnih razloga, jer on predstavlja "potrošač". Što je manji broj u decibelima, to je veća osetljivost prijemnika. U tehničkim specifikacijama bežičnih uređaja ova karakteristika je obično navedena.

Prijemnik ima još jednu važni karakteristiku, odnos signal/šum (signal/noise ratio, S/N). Ona predstavlja minimalni odnos između korisnog signala i šuma koji dolazi u prijemnik. Samo ako je signal jači od šuma za navedenu vrednost ili više od toga, prijemnik će taj signal razlikovati od šuma. U praksi se uzima da koristan signal treba da bude 20 dB jači od nivoa šuma. Ako je nivo šuma nepoznat (nije izmeren), uzima se da je isti kao i osetljivost prijemnika.

To znači da ako, na primer, prijemnik ima osetljvost prijemnika -89 dBm, onda koristan signal koji ulazi u prijemnik mora biti najmanje -69 dBm.

Prenosnici radio energije - kablovi, konekori i drugi uređaji

Radio signal iz predajnika se u antenu sprovodi kablovima. Da bi se omogućila laka montaža za spajanje se koriste konektori, radi zaštite uređaja od groma, ispred antene se postavlja i uređaj za zaštitu od groma, a ako se na predajnik spaja više antena onda se koristi uređaj koji to omogućava.

Svi ovi uređaji imaju nekakav otpor provodnika ili prelazni otpor na kontaktima ili imaju određene frekventne na karteristke pa stvaraju nekakvo slabljenje signala - jedan deo energije se izgubi dok prođe kroz njih. Sva ta slabljenja se zajedno nazivaju gubicima, a izražena su konkretnim (negativnim) iznosima decibela.

Prolaskom radio signala kroz kabal dolazi do njegovog slabljenja. Kablovi imaju različite karakteristike pa je i slabljenje u njima različito. Pravilo je da su kvalitetniji kablovi, oni sa manjim slabljenjem - skuplji, tako da uvek treba naći dobar kompromis između kvaliteta i cene. Gubitak signala u kablu je sve veći sa njihovom dužinom pa je očigledno najbolje koristiti što kraće kablove. Tako se gubici smanjuju ali i cena.

Konektori unose konstantno slabljene reda veličine 0.2 dB, pa valja izbegavati postavljanje nepotrebnih konektora. Često se može primetiti da proizvođači ugrađuju antenski kabal direktno u antenu kako bi se izbegla potreba za konektorom na samoj anteni i time smanjili gubici. Gubici na konektorima nisu preterano veliki, ali je najčešći razlog problema u prenosu radio signala, loše postavljen konektor na kablu. Konektore treba postavljati na kabal stručno, odgovarajućim alatom i na način da se obezbede dobri kontakti i minimalni gubici. Ako ste u prilici, kupujte fabrički napravljene i testirane kablove.

Uređaji za zaštitu od groma unose slabljenje od oko 1.5 dB. Neophodni su zbog zaštite uredjaja od električnih pražnjenja u atmosferi.

Nekada je na jedan wireless uređaj potrebno povezati dve ili više antena. Da bi se to izvelo koristi se namenski uređaj (antenna splitter), koji kao sporednu pojavu ima i dodatno slabljenje signala za oko 3 dB ili više. Preporučuje se da se izbegne ovakvo povezivanje antena, ali nekada se to slabljenje može nadomestiti dugim dobicima, recimo mogućnošću da se koriste usmerenije antene.

Antena

Iako na prvi pogled izgleda da je sam wireless uređaj najvažniji za dobru vezu to nije tačno. Najvažnija je antena. Antena ima najveći uticaj na kvalitet veze i njenim poboljšanjem se dobija najviše. Najbitnija karakteristika antene je njena dobit, odnosno, pojačanje (gain). Ova karakteristika doprinosi jačini signala te se označava pozitivnim vrednostima decibela. Važno je napomenuti da antena ima funkciju i kod emitovanja i kod prijema signala tako da ona doprinosi u oba smera.

Ipak treba da razjasnimo jednu dilemu: iako govorimo o pojačanju antene, ona je u stvari pasivan element koji ne vrši nikakvo pojačanje signala. Antena u stvari koncentriše elektromagnetnu energiju jer je usmerava u uzak prostor. Tako se efektivno postiže jači signal u zoni usmeravanja, ali je zato signal oslabljen van te zone. Kada govorimo o pojačanju antene mi u stvari mislimo na efekat dobijen fokusiranjem signala, a ne da antena stvarno vrši pojačanje.

Upravo zbog ovakvog ponašanja antena ima najznačajniju ulogu - ne samo što pojačava signal u prijemu i predaji u zoni usmerenja, nego istvoremeno oslabljuje signal van ove zone, tako da u stvari smanjuje smetnje koje dolaze sa strane.

Prostor

Najviše signala se izgubi na putu kroz slobodan prostor - vazduh. Karakteristika slabljenja signala u vazduhu je promenljiva i zavisi od doba dana, vlažnosti, atmosferskih prilika, zagađenosti i slično. Radi proračuna uzima se neka standardna karakteristika vazduha. Ipak, u proračun uvek treba uvrstiti i rezervu zbog navedene promenljivosti karakteristika vazduha.

Za proračun gubitaka u vazduhu (Gv) koristi se sledeća formula:

Gv= 36.56 + 20Log 10 (f) + 20Log 10 (l * 0.621)

gde je f frekvencija signala u megahercima a l rastojanje koje signal treba da pređe u kilometrima.

Na ovaj način se može izračunati koliki se gubici mogu očekivati u vazduhu na zadatom rastojanju. Podrazumeva se optička vidljivost bez ikakvih prepreka i smetnji.

S obzirom da je uticaj vazduha na signal slabljenje, on je uvek izražen negativnom vrednošću u decibelima.

Grubi proračun linka

Znajući sve potrebne parametre, odnosno, dobitke ili gubitke na jednom linku jednostavnom matematikom možemo izračunati koliki će biti ukupni gubici signala na putu od predajnika do prijemnika i tako oceniti da li je link moguć.

Proračun se, dakle, svodi na to da se saberu emitovana snaga predajnika, dobit u antenama predajnika i prijemnika, gubici u kablovima, konektorima, gubici u vazduhu i osetljivost prijemnika.

Napravimo za primer proračun izvodljivosti jednog linka:

Imamo uređaj snage 50 mW (17dBm) na koji je povezana antena kablom koji pravi slabljenje od 3 dB i konektorima od kojih svaki pravi 0.5 dB gubitka. Antena ima 18 dBi, rastojanje do drugog uređaja je 1000 m (što predstavlja slabljenje od 100 dB), na prijemnoj strani je antena od 24 dBi, dva konektora koji unose slabljenje 0.5 dB svaki, kabal čije je slabljenje 1 dB i prijemni uređaj osetljivosti -89 dBm.

Signal koji se emituje je:

17dBm - 3 dB - (0.5dB * 2) + 18dBi = 30 dBm

Ukupno pojačanje na prijemnoj strani je:

24 dBi - (0.5dB * 2) - 1 dB = 22 dB

Kada saberemo jacinu emitovanog signala, gubitak u vazduhu i pojačanje koje ima prijemna strana:

30 dBm - 100 dB + 22 dB = - 48 dBm

Dobijamo da se u prijemnik ulazi signal od -48 dBm. Pošto je prijemnik osetljivosti -89 dBm to znači da minimalan koristan signal mora biti -69 dBm a izračunati prijemni signal je za 21 dB jači od toga, što je više nego dovoljno da link radi korektno.

Prilikom proračuna treba predvideti i moguće promene karakteristike linka uslovljene vremenskim prilikama i godišnjim dobom. Naime, najveći uticaj na link ima vazduh (u našem primeru, vazduh slabi signal za 100 dB) a njegove karakteristike se menjaju kao mu se menja temperatura i vlažnost što direktno zavisi od vremenskih prilika i godišnjih doba. Treba uzeti da je ovaj proračun predvideo pogodne uslove, a da oni mogu da se pogoršaju, recimo kada pada kuša, sneg ili se pojavi magla.

Zbog toga je potrebno obratiti pažnju na "rezervu" koja se očitava u razlici između prijemnog signala i minimalnog korisnog signala. U našem primeru ta razlika je 21 dB što znači da se uslovi mogu pogoršavati ali sve dok signal nije za 21 dB manji od izračunatog, link će raditi korektno. U uobičajenim uslovima primene bežičnih veza računa se da je rezerva do 10 dB dovoljna, tako da naš proračun pokazuje da na ovom zamišljenom linku ne bi trebalo očekivati probleme uslovljenje atmosferskim prilikama.

Prilikom proračuna treba obratiti pažnju na to da je link dvosmeran i ako se na krajevima link koristi različita oprema treba uraditi proračun za oba smera. Onaj smer koji ima lošije karakteristike treba uzeti u obzir.

I na kraju, ne zaboravite da je ovo samo teorijski proračun, zasnovan na pretpostavkama. On služi da stvorimo sliku šta možemo očekivati u stvarnosti, radi donošenja procene da li je link moguć, odnosno, ako je moguć koja je oprema potrebna, ali tek kada izvršimo merenja i postavimo opremu, moći ćemo da utvrdimo koliko se proračun slaže sa realnom situacijom na terenu.

Ako vas tema više interesuje potražite na netu detaljnja uputstva. Za početak, pogledajte ova dva kalkulatora: pojednostavljeni kalkulator - http://www.zytrax.com/tech/wireless/calc.htm
detaljan proračun - http://my.athenet.net/~multiplx/cgi-bin/wireless.main.cgi

Prepreke i smetnje - Fresnelova zona

Nažalost, prepreke i smetnje su uobičajena pojava. Oni dodatno utiču na slabljenje signala i obično ih ne možemo predvideti ili izračunati. Ako imamo neku prepreku ili smetnju na putanji signala, moramo izvršiti merenje kako bi smo ustanovili njihov uticaj. Neke stvari se ipak mogu unapred znati. Utvrđeno je da signal između dve tačke ima oblik izdužene elipse i da je neophodno da u prostoru koji obuhvata signal nema prepreka. Ovaj prostor se naziva Fresnelova zona. U praksi, toleriše se ako prepreke narušavaju prostor Fresnelove zone do 60% njene širine. Da bi smo znali koje prepreke zaista smetaju možemo da izračunamo Fresnelovu zonu. S obzirom da se radi o kompleksnom geometrijskom obliku, ne moramo ga računati celog. Ako vidimo objekat za koji pretpostavljamo da može da predstavlja prepreku, izračunaćemo širinu Fresnelove zone na udaljenosti na kojoj se nalazi objekat i tako ćemo znati da li on ulazi u potreban prostor ili ne, odnosno, koliku smetnju predstavlja.

... nastaviće se...

Predrag Supurović