- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
Написать данную статью побудило наличие в сети большого количества заблуждений маркетинговой информации, типа «радиооборудование, работающее на дальности в 100км», или «радиооборудование работает на полностью закрытых трассах», и т.п. В принципе, маркетинг на то и существует, чтобы наврать приукрасить тот или иной продукт, однако сейчас всё чаще и чаще сталкиваюсь с тем, что многие коллеги воспринимают данные маркетинговые заявления за чистую монету. В статье постараюсь озвучить и обосновать некоторые утверждения, которые конкретизируют некоторую «маркетинговую информацию».
Прежде чем начать, имеет смысл напомнить общепринятую классификацию диапазонов радиоволн в теории радиосвязи.
Собственно, никто никому не запрещает придумать свою классификацию диапазонов радиоволн, но все классификации в теории радиосвязи обычно строятся либо по частотному типу (УВЧ — ультравысокие частоты), либо по длине волны (УКВ — ультракороткие волны). Пользуются обычно совмещённой классификацией (когда говорят «УКВ», подразумевают определённый частотный диапазон). Некоторая общая классификация диапазонов радиоволн дана в таблице здесь [1] — ну куда же без Википедии.
Дополнение к ней именно по УКВ-диапазону дано в верхней таблице здесь [2].
Согласно этим данным, всё общераспространённое на рынке оборудование, с помощью которого строятся радиоканалы в диапазоне от 30МГц и выше (есть смысл говорить о верхней границе до 90ГГц), относится к УКВ-диапазону. Т.е. все протоколы классов и семейств типа GSM, WiFi, WiMax, LTE, ШБД, РРЛ и т. д. работают именно в данной категории со всеми присущими данному диапазону особенностями. Радиосвязь в УКВ-диапазоне организуется поверхностной волной, поэтому дальность в пределах Земли не очень велика и ограничивается «кривизной Земли». Когда говорят про радиосвязь, часто все рассуждения сводятся к связи между 2-мя точками. Поэтому чтобы не усложнять нашу статью схемами «точка — многоточка», «многостанционный доступ» и т.д. ограничимся схемой «точка — точка» или «радиоканал».
Итак приступим.
Максимальная практическая дальность, на которую можно организовать радиоканал в УКВ-диапазоне — 50-60км. Поясню термин «практическая». Он означает только одно: организовать радиотрассу на большие расстояния возможно, но только в том случае, если будет подходящая высота подвеса оборудования.
На моей практике были случаи организации УКВ радиорелейной связи на расстояние примерно в 400км. Сеанс связи был организован на старых аналоговых радиорелейных станциях, работающих на антенны с круговой диаграммой направленности, одна из которых была в летящем самолёте (высота более 1000м).
Спутниковая связь работает в том же диапазоне, но там видимость есть всегда, когда спутник связи над горизонтом.
Заметим, значения мощности передатчика и чувствительности приёмника в формуле не участвуют. Дело в том, что влияние мощности на дальность радиосвязи в УКВ-диапазоне мало существенно, ибо диапазон высокочастотный. Мощности у существующего на рынке оборудования измеряются в десятках, реже в сотнях миливатт (встречались величины в 20, 63, 150мВт), варьируются также коэффициенты усиления у антенн. Понятно, что радиооборудование большей мощности и с большим коэффициентом усиления антенны даст лучшую энергетику в канале, но это в основном влияет на скорость канала и его устойчивость при наличии помех, препятствий и т. д., но об этом несколько ниже.
При организации радиосвязи на современном цифровом оборудовании на длинных радиотрассах (более 30км) часто наталкиваются на ограничения, которые накладываются высокими скоростями в канале. При организации высокоскоростных радиотрасс используется радиооборудование, которое применяет довольно сложные способы манипуляции/модуляции сигнала, одновременно несколько поляризаций сигнала, работает с увеличенной шириной полосы пропускания канала. Если протяжённость радиотрассы большая, а мощность передатчика и чувствительность приёмника при этом недостаточные, то на всё это начинает сильно влиять естественная задержка сигнала в канале, отражённые сигналы, это приводит к потерям и переповторам, адаптивному снижению скорости и пропаданию связи, т. е. радиоканал банально часто «падает».
На «полностью закрытых трассах» организовать УКВ-радиосвязь практически нельзя. Традиционно поясню термин «практически». Сделать это можно, но довольно проблематично — нужны отражатели ретрансляторы, какие-то другие способы обхода препятствий или повышения энергетики в канале. Обычно, когда такое утверждается каким-либо вендором, то речь идёт либо о «полузакрытой трассе», либо связь организуется на «отражённом сигнале».
Теория говорит, что модель радиотрассы описывается не лучом, а фигурами, которые напоминают огурец и стакан вытянутый элипсоид вращения. Это так называемые зоны Френеля, для нас критична 1-я, про неё и будем говорить. При расчёте радиотрассы смотрят, есть ли препятствия на ней, и как они закрывают зону Френеля данной трассы. Практика показывает, что видимость между двумя точками, между которыми нужно организовать радиотрассу, может и быть, а вот при частичном перекрытии зоны Френеля препятствиями, энергетика радиотрассы будет слабенькой, и организовать радиоканал с нужными скоростями будет проблематично. Трасса с 20% закрытия зоны Френеля уже будет «полузакрытой» и будет терять энергетику. Оборудование, которое может реально работать на полузакрытых трассах (30-40% перекрытия зоны Френеля), на рынке стоит довольно дорого, и представлено очень малым количеством вендоров (упоминать не буду, ибо реклама). При закрытии зоны Френеля на 50% и более, нормальная работа радиотрассы без потерь практически нереальна.
h = ²√[1/3*D* λ*X/D*(1 — X/D)], где
h — величина «просвета»,
D — длина радиотрассы в м.,
Λ — длина рабочей радиоволны в м,
Х — расстояние до точки препятствия, в м.
Компенсировать влияния препятствий на зону Френеля можно либо поднятием точки подвеса антенн ещё на необходимую величину просвета — смотрим рассуждения по Утверждению 1, либо повышением энергетики в канале — не бюджетные новые затраты на мощность, коэффициенты усиления антенн, проприетарные протоколы отдельных вендоров.
Скорость в радиоканале, заявляемая продавцом оборудования, реальная скорость в радиоканале fullduplex, пакетная производительность — совершенно разные характеристики, друг с другом часто не совпадающие.
Обычно, когда в характеристиках радиооборудования упоминается скорость организуемого радиоканала, оказывается, что не все йогурты одинаково полезны это общая теоретическая скорость в радиоканале. Т.е. это суммарная скорость в радиоканале «туда» и «обратно». Поясню на примере. Как-то столкнулись с радиооборудованием, про которое заявлялось, что на нём можно организовать радиоканал в 350Мбит/с. Детальное изучение показало, что мы имеем в лучшем случае только теоретические 175Мбит/с FullDuplex. Реально речь шла в лучшем случае о 140Мбит/с, а далее выяснилось, что радиооборудование имело интерфейс 10/100BaseTx, т. е. величину реальной скорости по каким-то веским причинам производитель ограничил до 70-80Мбит/с.
Текущие аппаратные реализации практически всего радиооборудования представляют собой в общем виде коктейль сетевой IP-маршрутизатор (той или иной степени функциональности) с радиоприемо-передающим модулем/модулями. Всё это помещено в одну коробку. Работает это примерно так — сетевой протокол обрабатывается железом под спецификации радиопротокола (обычно 802.11) и выдаётся в эфир. Естественно, для этого требуется некоторая мощность аппаратной начинки. Отсюда и ограничения, которые характеризуются пакетной производительностью.
Пакетная производительность — это паразитная и вредная для маркетинга характеристика радиооборудования, которая показывает какой будет скорость в канале, когда начнётся рок-н-ролл если пойдёт «тяжёлый» трафик. К «тяжёлому трафику» обычно относят трафик, который генерируется приложениями, использующими пакеты малого размера (VoIP, TV и т.д.). Есть старенькая статья [4], в которой осуществляется подробный анализ пакетной производительности оборудования WiFi, применяемого в сетях ШБД. Статья, конечно, направлена на рекламу конкретного типа оборудования и конкретную компанию, но анализ, которым пользуется автор, на мой взгляд правильный. Итог статьи, если опустить всю рекламу, таков. Если не знать пакетную производительность конкретного радиооборудования, то можно получить неприятный сюрприз в виде максимальной скорости на радиоканале в 16% от заявленной. Знаю только одного вендора, у которого пакетная производительность оборудования реально совпадает с заявленной скоростью на радиоканал. Этого данный вендор добился применением исключительно проприетарных протоколов в работы своего оборудования. Гораздо чаще бывает, что пакетная производительность — это не задокументированная характеристика.
В нашей стране радиочастотный спектр является собственностью государства. Для надзора за правильным его использованием созданы надзорные и контролирующие органы. Гражданские лица и организации могут использовать конкретную радиочастоту под работу своего радиооборудования, но, во-первых, на вторичной основе, т. е. если не мешают своими радиоэлектронными средствами работе радиооборудования государственных организаций (МО, ФСБ, МВД и т. д.), во-вторых, если не мешают своими радиоэлектронными средствами существующим радиотрассам таких же гражданских организаций, в-третьих, только в разрешённом для этого диапазоне. Для этого внедрена процедура получения и регистрации радиочастотного ресурса. Радиочастотными органами диапазон, разрешённый для использования, поделён на радиоканалы. По какой-то, мне не известной, причине, видимо исторически так сложилось, ширина этих радиоканалов, а по сути ширина полосы пропускания выделяемого радиоканала, составляет 20МГц. Т.е. если мы получаем для пользования частоту/частоты, то за пределы +10МГц и -10МГц от несущей, мы шагнуть не можем. Если нам нужна полоса в 40МГц или 80МГц, то, соответственно, нужно получать разрешение на 2 или 4 смежные несущие частоты. Практически это не реально, ибо оказывается, что что-то рядом уже кем-то занято, ибо разрешённый диапазон не пустует. Казалось бы, ну и ладно, зачем нам нужен дуплексный разнос в 40 или 80МГц? Ответ прост — для организации радиоканалов со скоростью более 50Мбит/с fullduplex требуются величина полосы пропускания в 40МГц, а при увеличении аппетита свыше 150Мбит/с — 80МГц.
По теме, касательно того, кому нужно получать разрешение на работу в разрешённом диапазоне, а кому нет, остановлюсь очень кратко, ибо это тема для отдельного разговора. Порядок получения разрешения может иметь разрешительный характер или уведомительный. Он довольно сложен, всё зависит от того, кто мы — юридическое или физическое лицо, организуем радиоканал в коммерческих целях или для собственного пользования, оборудование какой мощности используем, используем в помещении или вне его, на какую высоту подвешиваем, в каком диапазоне работаем.
Автор: VarvarRus
Источник [5]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/wi-fi/89441
Ссылки в тексте:
[1] таблице здесь: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D1%8B
[2] верхней таблице здесь: http://www.echolink.ru/repeaters/ukw_bandplan.php
[3] рассчитанной таблицы: http://www.comptek.ru/wireless/laboratory/earth.html
[4] старенькая статья: http://unidata.com.ua/add/WiFi_deployment.pdf
[5] Источник: http://habrahabr.ru/post/256299/
Нажмите здесь для печати.