Сразу необходимо отметить, что вынос антенны – вопрос неоднозначный, так как возникающие при этом негативные факторы, такие как затухание сигнала на кабельных сборках и увеличение уровня паразитных шумов, значительно ухудшают характеристики исходной радиосистемы. Вместе с тем подключенные антенны (особенно с большими коэффициентами усиления) во многом компенсируют все эти негативные факторы, но, несмотря на это, при проектировании все же стараются максимально сократить расстояние от порта активного оборудования точек доступа до вынесенной антенны и по возможности подключить антенну напрямую к точке доступа.
Очень часто бывают случаи, когда необходимо увеличить зону охвата внутри помещений, для этого используют антенны во внутреннем (indoor) исполнении. Для связи между домами или районами используют более дорогое оборудование во внешнем (outdoor) исполнении.
3.2.1 Антенно-фидерный тракт с усилителем
На рис. 3.1 показана беспроводная система с антенно-фидерным трактом, в который включено множество элементов. Их может быть значительно больше, но здесь показаны наиболее часто используемые. Далее поясним, для чего используется тот или иной элемент, как он называется, и какие нюансы необходимо учесть при его использовании.
Точка доступа со съемной антенной. Почти все беспроводное оборудование D-Link комплектуется съемными штатными антеннами 2-5 дБи (например, DWL-2100AP, DWL-3200AP, DWL-8200AP, DWL-2700AP, DWL-7700AP, DWL-G520 и т. д.). Это означает, что штатную антенну можно легко снять и подключить вместо нее более мощную антенну с необходимым коэффициентом усиления и диаграммой направленности. В технических характеристиках беспроводного оборудования всегда сказано, каким типом антенн оно комплектуется по умолчанию.
Кроме поддерживаемых технологий и скоростных характеристик точка доступа имеет несколько важных физических характеристик, которые являются исходными данными для расчета антенно-фидерного тракта и энергетических характеристик системы. К таким характеристикам относятся:
мощность передатчика, которая измеряется или в милливаттах (мВт) или в децибел-милливаттах (дБмВт).
чувствительность приемника для определенной скорости – чем она выше, тем выше скорость.
Полосовой фильтр. Он показан пунктиром, поскольку его довольно редко включают в систему, но тем не менее он присутствует в системах профессионального уровня. Принято думать, что кабель вносит только потери, связанные с длиной кабеля, и достаточно выбрать кабель с малым затуханием или поставить усилитель, и все проблемы будут решены. Однако это не совсем так. В первую очередь, длинный кабель собирает помехи во всем диапазоне частот, поэтому работе будут мешать все радиоустройства, способные создать на входе приемника карты достаточно сильную помеху. Поэтому часто случается, что в городской среде, в которой присутствует сильное зашумление, связь между точками доступа в системах с вынесенной на большое расстояние антенной крайне нестабильна, и поэтому в кабель необходимо включать дополнительный полосовой фильтр непосредственно перед входным разъемом точки доступа, который внесет еще потери не менее 1,5 дБ.
Полосовые фильтры бывают настраиваемыми и с фиксированной центральной частотой, которая настраивается в процессе производства, например как у фильтров серии NCS F24XXX, поэтому желательно заранее определиться с требованиями по настройке и указать их при заказе. Фильтры различаются шириной полосы пропускания, определяющей диапазон частот, которые не ослабляются.
Кабельная сборка SMA-RP-plug ↔ N-type-male. Часто ее еще называют pigtale – это небольшой переходник с антенного вывода indoor точки доступа, который называется SMA-RP (реверс SMA), на широко используемый в антенно-фидерном оборудовании высокочастотный разъем N-type (рис. 3.2).
Pigtale – кабель входит в комплект поставки всех внешних (outdoor) антенн D-Link, антенны для внутреннего использования также комплектуются необходимыми кабелями. Вносит дополнительное затухание около 0,5 дБ.
Инжектор питания. Включается в тракт между активным оборудованием и входным портом усилителя (вносит затухание не более 0,5 дБ) и подключается к блоку питания, который подключается к розетке 220В. Инжектор имеет 2 порта - оба N-type-female. Инжектор питания и блок питания входят в комплект поставки усилителей.
Переходник TLK-N-type-MM (рис. 3.3). Служит для изменения конфигурации порта с female на male, здесь мы его используем, чтобы подключить к инжектору следующую за ним кабельную сборку (стандартные кабельные сборки обычно имеют разъемы N-type-male ↔ N-type-female).
Общепринятым является, что коаксиальный разъем, устанавливаемый стационарно, например входы или выходы усилителей, фильтров, генераторов сигналов, разъемы для подключения, устанавливаемые на антеннах, имеют конфигурацию "гнездо" (female), а разъемы на подключаемых к ним кабелях имеют конфигурацию "штекер" (male). Однако данное правило не всегда соблюдается, поэтому иногда возникают проблемы при сборке тракта на элементах от различных производителей. Решить эту проблему позволяет использование переходника N-type-male ↔ N-type-male.
Кабельная сборка N-type (female) ↔ N-type (male) (рис. 3.4).
Можно также использовать кабельные сборки большой длины, например, последовательно объединив две 15-метровые сборки (или другие длины), важно только чтобы:
уровень сигнала на входном порту усилителя попадал в допустимый диапазон, который указан в характеристиках усилителя;
уровень сигнала, принятого от удаленной точки доступа и усиленного в усилителе, имел достаточную интенсивность для восприятия приемником точки после прохождения кабельной сборки.
Усилитель 2,4 ГГц. Двунаправленный магистральный усилитель (рис. 3.5) предназначен для увеличения мощности передаваемого сигнала и повышения чувствительности канала приема в беспроводных сетях передачи данных, а также компенсации потерь в канале между радиомодемом и антенной.
Усилитель имеет внешнее исполнение и может быть установлен непосредственно на антенном посту. Использование усилителя позволяет организовать связь даже при самых неблагоприятных условиях соединения. При включении усилителя в радиосистему в значительной степени увеличивается зона ее покрытия.
При использовании усилителей необходимо учитывать следующие моменты:
если мощность передатчика точки доступа слишком велика и не попадает в диапазон допустимой интенсивности сигнала на входном порту усилителя, то использовать ее с усилителем все-таки можно, но требуется включить в тракт между усилителем и точкой доступа кабельную сборку или какой-либо специальный элемент, затухание на котором обеспечит необходимое ослабление сигнала, с тем чтобы его интенсивность попала в допустимый диапазон. Ослабляя переданный сигнал, следует также помнить, что одновременно ослабляется и принятый сигнал, поэтому не стоит увлекаться.
Подключим к точке доступа с мощностью передатчика 200 мВт усилитель NCS2405, на входе которого должно быть 10-100 мВт, выходная мощность – 500 мВт. Для этого необходимо ослабить исходный сигнал на 100 мВт, т. е. в два раза или на 3 дБ; для этого включаем в схему десятиметровую кабельную сборку на основе кабеля с затуханием 0,3 дБ/м на частоте 2,4 ГГц.
максимальное расстояние, на которое можно вынести усилитель от порта радиомодема, зависит от затухания на используемых элементах тракта; при этом необходимо, чтобы уровень сигнала на входном порту усилителя попадал в допустимый диапазон, который указан в характеристиках усилителя, а также чтобы уровень принятого от удаленного передатчика сигнала и усиленного в усилителе, имел достаточную интенсивность для восприятия приемником после прохождения данной кабельной сборки.
Посчитаем максимальное расстояние от активного порта indoor точки доступа (мощность 16 дБмВт) до входного порта усилителя NCS2401 для схемы на рис. 3.1. Погонное затухание на кабеле на частоте 2,4 ГГц возьмем по 0,3 дБ/м.
Найдем суммарное затухание тракта до порта усилителя (считаем схему без фильтра):
Y = 0,5 дБ (pigtale) + 0,5 дБ (инжектор) + 6 дБ (15-метровая кабельная сборка (затухание на кабеле 0,3 дБ/м) + 3 разъема по 0,75 дБ) = 7,75 дБ.
Следовательно, мощность, которая попадет на вход усилителя, будет равняться: 16 - 7,75 = 8,25 дБмВт.
Для усилителя NCS2401 нижняя граница допустимой интенсивности сигнала на входном порту равняется 4 мВт (6 дБмВт). Следовательно, можно еще увеличить длину кабельной сборки:
8,25 – 6 = 2,25 дБмВт; 2,25/0,3 = 7,5 м,
т.е. еще примерно на 7,5 метров. Следовательно, максимальное расстояние кабельной сборки будет 22,5 метра.
Теперь посмотрим, что происходит с принятым сигналом. Предположим, что от удаленного передатчика на усилитель поступает сигнал мощностью -98 дБмВт; в режиме приема коэффициент усиления усилителя равен 30 дБ. Затухание тракта до порта радиомодема равно 10 дБ (7,75 дБ + 2,25 дБ). Найдем интенсивность сигнала, поступившего на приемник точки доступа: -98 + 30 - 10 = (-78 дБмВт). В таблице Б.1 смотрим чувствительность приемника и находим скорость, на которой он может работать: (-78 дБмВт) < (-76 дБмВт),
Следовательно, при такой длине кабельной сборки точка доступа может работать на скорости 24 Мбит/с. Если нужна большая скорость, необходимо либо уменьшить длину кабельной сборки, либо взять усилитель с большим коэффициентом усиления.
В таблице Б.3 сведены все величины затухания от среды распространения сигнала.
Кабельная сборка HQNf-Nml,5 - кабель (переходник) N-type (female) ↔ N-type (male) длиной 1,5 м.
Модуль грозовой защиты. В оборудовании D-Link идет со всеми внешними антеннами. Имеет разъемы N-type (female) ↔ N-type (male).
Внешняя направленная антенна с коэффициентом усиления 21 дБи. Антенны имеют разъем N-type (female).
3.2.2 Простой антенно-фидерный тракт
На рис. 3.6 представлена простая беспроводная система, в которой отсутствует усилитель, и антенно-фидерный тракт состоит только из пассивных элементов.