مفاهیم وایرلس – بخش دوم: توان سیگنال رادیویی

توان سیگنال رادیویی، میزان مسافت قابل انتشار برای موج رادیویی را مشخص می­ نماید، حداکثر توان خروجی تجهیزات وایرلس به قوانین رگولاتوری هر کشور وابسته می­ باشد. واحد توان سیگنال رادیویی وات (w) است که بعلت کوچک بودن مقادیر توان معمولاً با یکهزارم این مقدار یا میلی وات (mW) نمایش داده می­ شود. با توجه به افت بالای توان در سیگنالهای رادیویی و جهت سهولت در مقایسه مقادیر مختلف، از لگاریتم مقدار میلی وات و یا دسیبل میلی وات (dbm) نیز استفاده گسترده ­ای می­ شود:

Power(dbm)=10 Log10 (Power(mw))

تبدیل مقادیر توان از mw به dbm این مزیت را بهمراه داشت که جهت مقایسه مقادیر توان و بدست آوردن بودجه مورد نیاز از جمع نمودن و یا تفریق نمودن مقادیر مختلف استفاده نماییم.در ضمن برخی مقادیر صحیح که از مقایسه دو مقدار توان بدست می آید بشرح جدول زیر می­ باشد:

توان قابل استفاده برای تجهیزات مختلف متفاوت می­ باشد. این مقدار برای اکسس­ پوینت بیشتر از تجهیزات کاربران بوده و توان خروجی تجهیزات کاربران نیز معمولاً به میزان باطری آن وابسته است. بعنوان مثال توان خروجی برای گوشیهای هوشمند کمتر از توان خروجی تجهیزات لپ تاپ می باشد:

1. تضعیف سیگنال (Attenuation):

سیگنال رادیویی ارسالی از سوی فرستنده بعلت عواملی همچون مسافت طی شده، جذب و انعکاس توسط موانع و .. دچار تضعیف شده و توسط گیرنده دریافت می­ شود. یکی از عوامل تضعیف سیگنال رادیویی وجود کابل RF مابین فرستنده و آنتن می­ باشد که هر چه کیفیت کابل و کانکتور آن بالاتر باشد میزان تضعیف نیز کمتر خواهد بود. بنابراین توصیه می شود تا حد امکان از کابلهای اصلی سازندگان تجهیزات استفاده شود. در شکل زیر تضعیف دو نوع کابل LMR-400 و LMR-600 در فرکانسهای مختلف بر حسب متراژ کابل قابل مشاهده می­ باشد:

2. توان سیگنال دریافتی (RSSI):

توان سیگنال دریافتی برای تجهیزات وایرلس با اصطلاح RSSI تعریف می ­شود. در شبکه های WiFi مقدار RSSI برای دو مسیر قابل تعریف است:

  • مقدار RSSI در سمت اکسس پوینت میزان توان سیگنال دریافتی از تجهیزات کاربران را نمایش می ­دهد.
  • مقدار RSSI در سمت تجهیزات کاربران، میزان سیگنال دریافتی از اکسس پوینتهای مختلف را نمایش می­ دهد.

برای داشتن یک ارتباط مطمئن هر دو مقدار میبایست مناسب باشد. اکسس پوینتها قادر هستند سیگنال­های ضعیفتری را نسبت به تجهیزات سمت کاربر دریافت نمایند. بنابراین در طراحی شبکه ­های وایرلس میبایست سیگنال دریافتی در هر دو سمت مورد توجه قرار بگیرد:

3. بودجه توان (Power Budget):

در طراحی شبکه ­های WiFi مقادیر RSSI دریافتی در هر دو سمت اکسس ­پوینت و تجهیزات کاربران اهمیت بالایی داشته و نمایانگر کارایی و سرعت شبکه می­ باشد.جهت محاسبه توان دریافتی توسط گیرنده مقدار توان فرستنده با گین خروجی آنتهای فرستنده و گیرنده جمع شده و از تضعیف­های بوجود آمده در مسیر ارسال سیگنال کم می گردد. البته این رابطه کابرد دیگری نیز داشته و میتوان با دانستن مقادیر توان فرستنده، تضعیف کابلهای RF و مقدار RSSI در سمت گیرنده مقدار تضعیف ناشی از موانع مختلف را محاسبه کرد، مشخصات و گین آنتن در فصل جداگانه­ای مورد بحث قرار خواهد گرفت، تنها مورد قابل ذکر اینکه گین آنتن نشان­ دهنده توان متمرکز نمودن امواج رادیویی توسط آن می­ باشد :

4. توان خروجی موثر (EIRP):

توان خروجی موثر و یا EIRP به حداکثر توان سیگنال رادیوی که از آنتن وایرلس خارج خواهد شد اطلاق می ­شود که از جمع نمودن مقدار توان خروجی، گین آنتن و میزان تضعیف کابل RF حاصل می­شود. حداکثر توان خروجی موثر یا MAX EIRP توسط قوانین رگولاتوری کشورها مشخص می­ شود. این مقدار توسط سازندگان برای انواع تجهیزات وایرلس اعلام می­ گردد:

5. حساسیت گیرنده (Receiver Sensitivity):

حساسیت گیرنده که با Power Levels at the Receiver نیز نمایش داده می­ شود به حداقل توان سیگنالی اطلاق می شود که گیرنده قادر به تشخیص و آشکار­سازی سیگنال خواهد بود. این مقدار برای انواع مدولاسیون متفاوت بوده و هز چه مدولاسیون پیچیده­ تر باشد گیرنده نیز میبایست توان بهتری برای تشخیص بیتها دریافت نماید. نکته مهم دیگر این است مقادیر حساسیت برای اکسس پوینتها معمولاً بیشتر از تجهیزات سمت کاربران است و به آن اجازه می ­دهد سیگنالهای ضعیفتر را نیز شناسایی نماید:

6. توان نویز (Noise Floor):

در شبکه وایرلس، هر سیگنال رادیویی که در فرکانس مشابهی با سیگنال اصلی قرار گرفته باشد، با آن جمع شده و گیرنده را در تشخیص مقادیر دیتا دچار مشکل می­ نماید به این سیگنال مزاحم اصطلاحاً نویز اطلاق می­ گردد. عوامل نویز میتواند ناشی از تجهیزات WiFi و یا غیر WiFi باشد. تجهیزات اکسس پوینت معمولاً مقدار توان نویز را در تمامی باندهای فرکانسی مشاهده کرده و انتخاب کانال فرکانسی بر اساس آن صورت می ­گیرد.در شرایط ایده­ آل مقدار توان نویز حدود -100 dbm و در شرایط عادی حدود -90 dbm می­ باشد، البته مقدار نویز معمولاً در فرکانس 2.4GHz بیشتر از فرکانس 5GHz است چراکه تعداد کانلهای آزاد کمتر می­ باشد.

7. نسبت سیگنال به نویز SNR:

در شبکه ­های وایرلس معمولاً بجای استفاده از توان نویز از نسبت توان سیگنال به نویز یا SNR استفاده می­ شود که نمایشگر اختلاف سیگنال و نویز خواهد بود:

در شبکه­ های WiFi سرعت اتصال کاربران بر اساس مقادیر RSSI و SNR مشخص شده و معمولاً تامین­ کنندگان راهنمایی را بهمراه محصولات خود عرضه می­ کنند، که در آن سرعت قابل دستیابی بر اساس این دو پارامتر مشخص می­ شود. بطور کلی میتوان SNRهای بالاتر از 25dbm را مقادیری مناسب و SNR کمتر از 10 dbm را مقادیری نامناسب در محیطهای WiFi در نظر گرفت:

8. قوانین رگولاتوری:

دولتها مالک باندهای فرکانسی مختلف هستند و از هر باند فرکانسی برای منظور خاصی استفاده می ­شود. استفاده افراد از باندهای فرکانسی بدون داشتن مجوز غیرقانونی است چرا که اینکار ممکن است یک باند فرکانسی را دچار تداخل کرده امنیت و سلامت کشور را با مخاطره مواجه نماید، لذا قوانین استفاده از باندهای فرکانسی بسیار سخت گیر بوده و در صورت ارائه مجوز تنها برای باند فرکانسی خاصی (و پهنای باند محدود) امکان استفاده وجود خواهد داشت. از سوی دیگر سازمان بین­ المللی ITU-R که تحت نظارت سازمان ملل متحد است، بر نحوه استفاده از فرکانسهای رادیویی توسط کشورهای مختلف نظارت می­ کند، این نظارت بخصوص در ارتباطات رادیویی که فراتر از مرزهای یک کشور(نظیر ارتباطات ماهواره ­ای) اهمیت بیشتری پیدا می­ کند. ITU-R محدوده فرکانسی خاصی را برای استفاده­ های صنعتی، پزشکی و علمی معرفی کرده که به آنها باندهای فرکانسی آزاد نیز می ­گویند. شبکه های WiFi نیز از این فرکانسها جهت ارتباطات خود استفاده می­ نمایند.

کشورهای مختلف قوانین رگولاتوری خاصی را برای استفاده از باندهای فرکانسی آزاد در شبکه ­های WiFi وضع نموده ­اند که امکان استفاده عادلانه و سازماندهی شده از این فرکانسها را فراهم می­ نماید. این قوانین از عوامل محدود کننده در طراحی شبکه­ های WiFi خواهد بود، لذا میبایست بدقت مورد توجه قرار بگیرد.(برخی تامین کنندگان نظیر سیسکو نجهیزات خود را مستقلاً تحت رگولاتوریهای مختلف بفروش می ­رسانند که سخت­ افزاری بوده و قابل تغییر نخواهد بود) مواردی که عموماً در این قوانین به آنها اشاره شده است، بشرح زیر می­ باشد:

  • تعداد باندهای فرکانسی قابل استفاده در هر محدوده فرکانس
  • محل استفاده از فرکانس شامل: Indoor، Outdoor Multipoint و Outdoor Point-To-Point
  • حداکثر EIRP
  • حداکثر توان خروجی
  • حداکثر گین آنتن
  • نوع و استاندارد کانکتورها
  • تجهیزات دارای مجوز جهت استفاده

8.1. رگولاتوری FCC:

FCC قوانین رگولاتوری را برای کشور آمریکا و برخی کشورهای دیگر در قاره آمریکا وضع می­ نماید. تمامی تجهیزات WiFi مورد استفاده در این کشورها می­بایست به تایید FCC برسند. FCC قوانین سختگیرانه­ ای را برای مقدار حداکثر EIRP وضع نموده و سازندگان تجهیزات را ملزم می­ نماید کانکتورهای آنتن را به نحوی طرحی نمایند که برای عموم مردم قابل بازسازی نباشد. بعنوان مثال شرکت سیسکو از نوعی کانکتور منحصر­بفرد با نام RP-TNC استفاده می­ کند، مواردی که FCC برای باندهای 5GHz وضع کرده در جدول زیر خلاصه شده است:

8.2. رگولاتوری ETSI:

کشورهای اروپایی و خاورمیانه از قوانین رگولاتوری وضع شده توسط ETSI پشتیبانی می­ نمایند. این قوانین نسبت به قوانین FCC سختگیرانه تر بوده و تعداد باندهای فرکانسی کمتری در محدوده فرکانسی 5GHZ را شامل می­­ شود(تعداد باندهای فرکانسی در محدوده 2.4GHz برای ETSI 13 باند و برای FCC 11 باند می ­باشد). خلاصه موارد ذکر شده توسط ETSI برای باندهای فرکانسی 2.4GHz و 5GHz بشرح زیر است:

8.3. DFS:

برخی از باندهای فرکانسی موجود در محدوده ­های U-NII-2 و Extended U-NII-2 ممکن است توسط برخی تجهیزات خاص نظیر رادارهای هواشناسی و تجهیزات نظامی مورد استفاده قرار بگیرند. با استفاده از DFS تجهیزات WiFi با شناسایی سیگنال ارسال شده توسط این تجهیزات، فرکانس خود را تغییر خواهند داد.

Source:wifiexpert

مفاهیم وایرلس – بخش اول: سیگنال و موج رادیویی

dbmDFSRSSIتضعیف سیگنالتوان خروجی موثر EIRPتوان سیگنال دریافتی RSSIتوان سیگنال رادیوییتوان نویزحساسیت گیرندهرگولاتوری ETSIرگولاتوری FCCسیگنال به نویز SNRقوانین رگولاتوریمفاهیم وایرلسوایرلس
Comments (0)
Add Comment