praca licencjacka 02 06 AIZSMS64YXN5FU4I4BAXHW2X2ZHNQA6UCHCIIUY

Wyższa Szkoła Handlu i Prawa im. Ryszarda Łazarskiego

Praca licencjacka pod tytułem
„ Projekt i wykonanie oprogramowania liczącego zasięg pokrycia terenu siecią bezprzewodową”

Pod kierunkiem

prof. dr hab. inż. Radosława Pytlaka

Autor

Marcin Mioduszewski

Nr. Albumu: 23598

Spis treści

1. Technologia bezprzewodowa

1.1. Technika przesyłu sygnału radiowego

Nie jest trudno zrozumieć telegraf bez drutu. Zwykły telegraf to jakby bardzo długi kot.
Jak pociągniesz za ogon w Nowym Yorku, to zamiauczy w Los Angeles. Telegraf bez drutu działa tak samo, tylko bez kota.

-Przypisywane Albertowi Einsteinowi

Tak samo, jak opisywany przez Einsteina telegraf bez drutu, działają współczesne sieci komórkowe i sieci bezprzewodowe. Opierają się na zjawisku promieniowania fal elektromagnetycznych przez nadajnik do odbiornika bez żadnych widocznych, fizycznych nośników. Fale elektromagnetyczne przenoszą informację nawet gdy nie ma widoczności
( czyli odcinek pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem zawiera fizyczne przeszkody ) między nadajnikiem a odbiornikiem.

1.1.1. Propagacja fal radiowych (dokończyć)

Zjawisko przesyłu informacji z wykorzystaniem fal elektromagnetycznych nie byłoby możliwe bez współczesnej wiedzy o propagacji, czyli rozchodzenia się fal radiowych
w przestrzeni swobodnej. Istotnym pojęciem w praktycznym wykorzystaniu tych fal jest pojęcie strefy Fresnela. Strefą tą nazywamy obszar aktywnie uczestniczący w przenoszeniu energii sygnału radiowego. Jest to tunel o kształcie elipsy pomiędzy dwoma urządzeniami połączenia radiowego. Promień jego przekroju zmienia się na całej jego długości osiągając maksymalną wartość w połowie odległości między urządzeniami nadawczo - odbiorczymi.
W praktyce największe znaczenie ma pierwsza strefa Fresnela, ponieważ to w niej przenoszona jest prawie cała energia sygnału radiowego a co za tym idzie - jest to kluczowa strefa dla działania sieci bezprzewodowej. Maksymalny promień pierwszej strefy Fresnela można obliczyć korzystając z wzoru:

0x01 graphic

[m] gdzie:

d1km - odległość od pierwszej anteny w km

d2km - odległość od drugiej anteny w km

dkm - d1km + d2km - odległość między masztami

fGHZ - częstotliwość pracy w GHz

Kolejnym ważnym czynnikiem jaki wpływa na rozprzestrzenianie się fal radiowych jest krzywizna ziemi. Fale nie odbijają się w znaczący sposób od atmosfery ziemskiej więc, szczególnie na odległościach wynoszących więcej niż kilometr, trzeba obliczyć na jakiej wysokości powinna znajdować się antena, żeby sygnał trafiał do anteny odbiorczej.
Można przy tym skorzystać ze wzoru :

HA = HPmax + 0,6 R1 + K [m] gdzie:

HA - wysokość zawieszenia anteny

HPmax - wysokość najwyższej przeszkody na torze wiązki radiowej

R1 - promień pierwszej strefy Fresnela

K - krzywizna ziemi ( 0,2 ? )

Przy większych odległościach należy przeprowadzić bardziej szczegółowe obliczenia z uwzględnieniem profilu hipsometrycznego terenu oraz refrakcji wiązki fal radiowych.

Dla większych odległości nabiera także znaczenia tłumienie sygnału między nadajnikiem
a odbiornikiem w wyniku przechodzenia sygnału przez atmosferę. Tłumienie to można obliczyć korzystając z modelu FSL ( ang. Free Space Loss ). Model ten służy do określenia propagacji fal radiowych w wolnej przestrzeni przy założeniach, że pomiędzy nadajnikiem
a odbiornikiem nie ma przeszkód oraz nie jest przysłonięta pierwsza strefa Fresnela
i na odbiornik nie mają wpływu żadne zakłócenia zewnętrzne ( również fale odbite ).

Równanie opisujące model FSL czyli straty sygnału w przestrzeni swobodnej możemy zapisać następująco:

-L = C + (20 x log(D)) + (20 x log(F)) [db] gdzie:

L - oznacza stratę sygnału [db]

C - jest stałą wynoszącą 32,5 jeżeli odległość jest mierzona w kilometrach lub 36,6 jeżeli odległość jest mierzona w milach

D - oznacza odległość między nadajnikiem a odbiornikiem

F - oznacza częstotliwość podaną w megahercach ( MHz )

Bardzo ważnym parametrem jest szerokość wiązki głównej. Mianem szerokości określa się kąt zawarty pomiędzy kierunkami promieniowania, dla których natężenie pola spada do -3 dB w stosunku do wartości w maximum promieniowania.

Trzeba pamiętać, że antena odbiorcza musi znajdować się w polu wiązki głównej, także ważne jest prawidłowe ustalenie wysokości obu anten oraz ich kąta pochylenia każdej z nich tak aby emitowana wiązka trafiała jak najbardziej w środek anteny odbiorczej.
Jeżeli w projektowanej sieci używamy anten dookólnych czyli takich których kierunkowość wynosi 360 stopni, to ustalenie kąta pochylenia nie jest potrzebne gdyż taka antena
ma największy zasięg ustawiona poziomo, wtedy jedynie wysokość bezwzględna anten powinna być taka sama lub zbliżona, ponieważ anteny dookólne mają zazwyczaj bardzo wąską pionową charakterystykę promieniowania. Jeżeli natomiast używamy anten kierunkowych to musimy wziąć pod uwagę zarówno wysokość ustawienia obu anten
jak również ich pochylenie tak aby anteny wypromieniowały wzajemnie, w swoim kierunku jak największą moc, czyli były ustawione zgodnie ze swoim kierunkiem promieniowania. (dokończyć)

1.2. Czynniki wpływające na sieci bezprzewodowe

Kluczowym parametrem sieci bezprzewodowych jest jakość sygnału i związany z tym zasięg poprawnego działania sieci bezprzewodowej. Na niektóre projektant i wykonawca sieci nie ma wpływu ( np. wilgotność powietrza ) więc zawsze przy projektowaniu sieci bezprzewodowej trzeba zachować bezpieczny margines pozwalający sieci działać nawet przy maksymalnym stężeniu niesprzyjających parametrów.

Czynniki, które możemy uwzględnić przy tworzeniu sieci bezprzewodowej, można podzielić na dwie grupy:

- Czynniki związane z zastosowanymi urządzeniami;

- Czynniki związane z warunkami zewnętrznymi w których dana sieć będzie działać.

Do pierwszej grupy możemy zaliczyć:

- moc wyjściową urządzenia ( producent urządzenia ma obowiązek podać moc urządzenia jako kompletu lub jeżeli urządzenie ma np. odłączane anteny to producent musi podać moc urządzenia z zainstalowanymi antenami i bez zainstalowanych anten zewnętrznych - jest
to niezbędne do sprawdzenia czy po podłączeniu innych anten niż dołączone do urządzenia, moc urządzenia nie przekracza dozwolonych norm wypromieniowywanej mocy ( dla Polski jest to 100 mW ))

- tłumienie kabli ( jest podane przez producenta - w praktyce jest to jeden z najważniejszych parametrów sieci bezprzewodowej, ponieważ długość kabla między anteną i urządzeniem połączonym z nią powoduje znaczne straty sygnału)

- zysk anten - jest podawany przez producenta anteny, często, ze względów marketingowych jego wartość jest zawyżana.

- czułość urządzenia ( jest to czułość radia, które jest integralną częścią urządzenia aktywnego ( generującego sygnał ), trzeba pamiętać że poziom sygnału i czułość radia muszą być dobrze dobrane w każdym węźle sieci, w przeciwnym razie mogą występować miejsca gdzie sygnał będzie za słaby w stosunku do możliwości jego odbioru przez radio )

Do drugiej grupy czynników zaliczamy:

- tłumienie między antenami ( można oszacować na podstawie modelu FSL ( model propagacji fal radiowych w wolnej przestrzeni ))

- zakłócenia spowodowane obecnością innych urządzeń w strefie działania projektowanej sieci bezprzewodowej ( nie da się ich przewidzieć, występowanie tych zakłóceń można stwierdzić dopiero w lokalizacji w której ma działać sieć, więc trzeba uwzględnić zapas mocy kompensujący te zakłócenia

- wpływ przeszkód ( czynnik ten występuje tylko kiedy nie ma widoczności optycznej między badanymi punktami sieci ( przeszkoda znajduje się w I strefie Fresnela ).

Poniższa tabela przedstawia niektóre przeszkody i tłumienie jakie powodują:

Przeszkoda	Dodatkowa strata sygnału	Zakres efektywności sieci
Otwarta przestrzeń	0	100%
Okno ( ramy niemetaliczne )	3	70 %
Okno ( ramy z metalu )	5 - 8	50 %
Ściana lekka ( suchy mur )	5 - 8	50 %
Ściana średnia ( drewno )	10	30 %
Ściana ciężka ( 15 - centymetrowa bryła rdzenna)	15 - 20	15 %
Bardzo ciężka ściana ( 30 - centymetrowa bryła rdzenna)	20 - 25	10 %
Podłoga lub sufit ( bryła rdzenna )	15 - 20	15 %
Podłoga lub sufit ( ciężka bryła rdzenna )	20 - 25	10 %

1.3. Standardy sieci bezprzewodowych (dokończyć)

Komunikacja w środowisku może zachodzić jedynie wtedy, gdy wszyscy jej uczestnicy mówią takim samym językiem. Tak samo jest w bezprzewodowych sieciach komputerowych. Tyle, że język nazywamy specyfikacją. Jeżeli specyfikacja zostanie uzgodniona przez wszystkich, lub najbardziej liczących się w danym procesie komunikacji
to wtedy możemy mówić o standardzie. Standardy są podstawowy czynnikiem w łączności bezprzewodowej, bez ich przestrzegania proces łączenia się urządzeń bezprzewodowych byłby niemożliwy, gdyż te urządzenia mówiłyby „ językiem `` który dla innych urządzeń byłby niezrozumiały. Środowisko producentów urządzeń bezprzewodowych skutecznie wprowadziło standaryzację wszelkich protokołów komunikacyjnych i dzięki temu urządzenia różnych producentów mogą ze sobą wymieniać informacje.

Obecnie zasady komunikacji bezprzewodowej są określone przez IEEE ( Institute
of Electrical and Electronics Engineers ), które jest niedochodowym stowarzyszeniem inżynierów. Misją tego stowarzyszenia jest tworzenie, w porozumieniu z producentami, standardów technicznych w urządzeniach elektronicznych. Problematyką sieci bezprzewodowych zajmuje się 802.11 Working Group ( część IEEE 802 Commitee ), a różne grupy robocze ( Task Group ) są odpowiedzialne za określone typy sieci.

W standaryzacji dotyczącej bezprzewodowych sieci komputerowych ma również wielki udział stowarzyszenie Wi- Fi Alliance. Stowarzyszenie to, po serii testów sprawdzających tysiące różnych funkcji, wydaje certyfikaty zaświadczające, że dane urządzenie jest kompatybilne z innymi i umożliwia przesyłanie danych w określonych sieciach.

Do obecnie stosowanych lub rozwijanych standardów należą:

- 802.11a

Pojawił się w 2001 roku i został zaprojektowany jako szybszy niż 802.11b.
Nie może się z komunikować z 802.11b ponieważ wykorzystuje inne pasma częstotliwości
( 5 GHz), jest mniej podatny na zakłócenia wewnątrz budynków, ale może działać na krótsze odległości niż 802.11b. Do transmisji wykorzystuje 3 pasma 5 GHz, zajmujące w paśmie nieciągłym kilkaset kiloherców. Nominalna prędkość transmisji wynosi 54 Mb/s,
w rzeczywistości transfer wynosi około 25 Mb/s

- 802.11b

Powstał w 1999 roku. Korzysta z częstotliwości 2.4 GHz. Obecnie jest najbardziej popularnym standardem na rynku urządzeń bezprzewodowych.

Jest w nim stosowane rozpraszanie widma z wykorzystaniem sekwencji bezpośredniej do nadawania i odbioru danych z szybkością do 11 megabitów na sekundę ( Mb/s ).
Ta szybkość określa szybkość ruchu komunikacji między urządzeniami także zawiera dane oraz wszelkie narzuty wytworzone przez sieć takie jak nagłówki i stopki pakietów, synchronizację sieci i inne. Teoretyczna przepustowość transmisji w sieciach typu b wynosi
7 Mb/s. Jednak przez znaczne zakłócenia innymi sygnałami wielkość ta wynosi około
4 - 5 Mb/s. Standard 802.11b obsługuje pięć szybkości transmisji: 11 Mb/s, 5,5 Mb/s, 2 Mb/s,
1 Mb/s i 512 kb/s. Sieć samoczynnie przełącza się na niższą transmisję, jeżeli zakłócenia
lub niski poziom odbieranego sygnału uniemożliwiają prawidłowe połączenie przy szybszej transmisji. Sieć negocjuje najwyższą możliwą szybkość transmisji automatycznie także przy pełnym sygnale sieć powinna działać z szybkością 11 Mb/s a przy niskim poziomie sygnału, występującym na przykład na dużych odległościach - sieć może działać z szybkością
1 Mb/s lub mniejszą, wtedy priorytetem jest utrzymanie połączenia a nie szybkość transmisji danych.

- 802.11g

Powstał w 2003 roku. Jest równie szybki co 802.11a w sieciach bez urządzeń standardu b ( przepływność do 54 Mbit/s). Jeżeli działa w sieciach mieszanych ( występują urządzenia standardów b i g ) może być nawet o 40 % wolniejszy od standardu a .
Ma zachowaną zgodność ze wszystkimi urządzeniami standardu 802.11b ponieważ pracuje
na tych samych częstotliwościach. Lepiej niż poprzednicy niweluje zakłócenia transmisji spowodowane odbiciami sygnałów. Przewidywany następca standardów a i b.

- 802.11d

Standard zawiera ustalenia dotyczące tworzenia sieci radiowej pomiędzy krajami (dokończyć)

- 802.11e

Standard opisujący QoS ( Quality of Service ) czyli gwarantowaną jakość usług
w sieciach bezprzewodowych. Standard ten jest niezwykle ważny wszędzie tam, gdzie kluczowym kryterium jest brak opóźnienia i przerw w komunikacji ( np. Voice over Wireless IP - VoWIP ). Standard przewiduje różne klasy jakości dla przesyłania danych, głosu
i strumieni video.

- 802.11f

IAPP - Inter Access Point Protocol - Definiuje zasady i metody współpracy między punktami dostępowymi. (dokończyć)

- 802.11h

Jest to standard opisujący zmiany w technologii sieci o częstotliwości 5 GHz tak aby połączenia były bardziej chronione przed zakłóceniami oraz żeby same jak najmniej zakłócały pracę innych urządzeń w pobliżu. Standard ten opisuje mechanizmy kontroli mocy nadawania ( ang. Transmission Power Control - TCP ) oraz dynamicznego wybierania częstotliwości
( Dynamic Frequency Selection - DFS ). Zadaniem tych mechanizmów będzie kontrola parametrów łącza tak żeby urządzenia mogły się komunikować z najdalszymi użytkownikami z minimalną mocą oraz taki wybór kanału nadawania, żeby urządzenie nie zakłócało działania innych urządzeń w pobliżu, również wojskowych sieci i radarów.

- 802.11i

Standard definiujący nowe metody zabezpieczeń dla sieci bezprzewodowych. Wprowadza nowe mechanizmy zabezpieczeń, uwierzytelniania i kodowania transmisji, między innymi:

- Temporal Key Integrity Protocol ( TKIP ),

- AES ( Advanced Encryption Standard ),

- EAP (Extensible Authentification Protocol),

- Radius (Remote Authentication Dial In User Service),

- Kerberos.

- 802.11n Wimax (dokończyć)

1.4. Rodzaje sieci bezprzewodowych(dokończyć)

1.5. Urządzenia bezprzewodowe

Komponenty do tworzenia sieci bezprzewodowych możemy podzielić na dwie główne grupy, są to:

- Urządzenia aktywne, czyli generujące, odbierające i przetwarzające sygnał oraz

- Urządzenia pasywne, czyli takie które tylko biernie przenoszą sygnał, nie wpływając
na zmiany jego znaczenia lub informacji jakie zawiera.

1.5.1. Urządzenia aktywne (dokończyć)

1.5.2. Urządzenia pasywne

1.5.2.1. Anteny

Anteny w sieciach bezprzewodowych są jednym z najważniejszych elementów
i często wybór prawidłowej anteny warunkuje poprawne działanie całej sieci. Anteny mają określone charakterystyki i parametry według których jest oceniana ich przydatność
do określonych zastosowań:

- charakterystyka promieniowania - opisuje wartość natężenia pola dla różnych kierunków promieniowania anteny, określoną w tej samej odległości od anteny;

- zysk anteny - określa mnożnik anteny, czyli ile razy moc wypromieniowana przez antenę jest większa od mocy promieniowanej przez antenę wzorcową ( teoretyczną ),
którą zazwyczaj jest antena izotropowa ( bezkierunkowa );

- impedancja anteny - obciążenia jakie reprezentuje antena;

- polaryzacja - płaszczyzna w której zmienia się pole elektryczne mające wpływ
na przesyłanie sygnału przez antenę;

- pasmo - zakres częstotliwości w którym antena zachowuje swoje nominalne parametry.

Charakterystyka promieniowania anten jest zależna od kierunku w którym
jest wypromieniowywana energia z anteny, jeżeli energia jest promieniowana w jednym kierunku to mówimy o antenie kierunkowej a jeżeli energia jest wypromieniowywana
z jednakową mocą w każdym kierunku to mówimy o antenie dookólnej. Szczególnym przypadkiem anteny dookólnej jest antena izotropowa, której charakterystyka jest w kształcie kuli. Antenę izotropową uznaje się za antenę wzorcową ( teoretyczną ) do której porównuje się wszelkie anteny rzeczywiste.

Zysk anteny jest to stosunek kierunkowego promieniowania anteny rzeczywistej
w kierunku maksymalnego promieniowania w porównaniu do anteny wzorcowej
z założeniem, że moc doprowadzona do obu anten jest taka sama.

Impedancja anteny jest to charakterystyka obciążenia jakie antena przedstawia
dla urządzenia aktywnego będącego generatorem sygnału. Impedancja zależy od parametrów anteny ( geometrii i częstotliwości nadawania ) oraz od czynników zewnętrznych
( wpływ innych anten i obiektów znajdujących się w pobliżu anteny. Impedancja powinna być taka sama w całym układzie nadawczym, dopiero wtedy cała moc nadawanego sygnału
( oczywiście wyłączając tłumienie poszczególnych elementów ) jest wypromieniowana przez antenę. W skrajnych przypadkach zbyt duża różnica w impedancji poszczególnych elementów układu może być przyczyną awarii urządzeń. Problem ten dotyczy tylko urządzeń nadających z dużą mocą ( ok. kilku Watów ).

Polaryzacja określa płaszczyznę drgania fal elektromagnetycznych. Jeżeli fale drgają tylko w jednej płaszczyźnie to mówimy o polaryzacji poziomej lub pionowej. Jeżeli fale drgają w obu płaszczyznach to mówimy o polaryzacji kołowej lub eliptycznej ( prawoskrętnej i lewoskrętnej ). Anteny nadają w jednej, określonej polaryzacji ale przy przejściu sygnału przez przeszkody lub odbić od ziemi lub budynków jego polaryzacja ulega zmianie,
w związku z czym do anteny odbiorczej dochodzi sygnał w obu polaryzacjach. Powoduje
to duże zniekształcenia sygnału i utrudnia pracę dwóch systemów o polaryzacji ortogonalnej
( przeciwnej ) na jednym kanale w tej samej lokalizacji.

Pasmo anteny to zakres w którym antena zachowuje nominalne czyli deklarowane parametry. Wyznaczając pasmo pracy najważniejsze jest dopasowanie obu urządzeń
do optymalnego pasma. Zazwyczaj producenci podają niższe wartości deklarowanego pasma pracy anten.

Anteny typu Yagi

Jest to idealna antena abonencka. Charakteryzuje się niską ceną i łatwym montażem. Nie musi być tak dokładnie ustawiana jak inne anteny a jednocześnie eliminuje większość zakłóceń przychodzących z innych kierunków.

Rysunek 1 Parametry zysku typowej anteny typu Yagi

0x01 graphic

Anteny panelowe

Są przeznaczone głównie do zastosowań abonenckich, czasami mają zastosowanie jako anteny bazowe dla małych obszarów lub w miejscach gdzie ważna jest ich prosta i łatwa do ukrycia budowa.

Rysunek 2 Parametry zysku typowej anteny panelowej

Anteny paraboliczne

Są to anteny o najwyższej mocy i kierunkowości. Zazwyczaj są wykorzystywane
w długodystansowych połączeniach punkt - punkt, lub jako anteny klienckie przy dużych odległościach od AP ( ang. Access Point -Punktów dostępowych ). Rozróżniamy anteny paraboliczne symetryczne i offsetowe ( żeby działać poziomo anteny te muszą być pochylone w kierunku ziemi o kąt offsetu )

Rysunek 3 Parametry zysku typowej anteny parabolicznej

0x01 graphic

Anteny dookólne

Są to anteny promieniujące poziomą wiązkę o szerokości 360 stopni i pionową zwykle ok. 15 stopni. Zwykle są stosowane jako anteny do stacji bazowych lub połączeń punkt
- wielopunkt. Przy połączeniach wykorzystujących anteny dookólne należy pamiętać
o ustawieniu anten na tych samych wysokościach gdyż mały kąt promieniowania pionowego może powodować, że główna wiązka nie będzie trafiać w antenę odbiorczą.

Anteny sektorowe

Są to anteny o szerokim kącie promieniowania poziomego i wąskim kącie promieniowania pionowego. Wykorzystuje się je zazwyczaj w obszarach gęstego ruchu sieciowego. Można także zestawić kilka anten sektorowych tak aby promieniowały
w 360 stopniach dając w sumie układ odpowiadający antenie dookólnej o wyższej przepustowości.

1.5.2.1.1. Przykładowe anteny o częstotliwości pracy 2.4 GHz

- Kierunkowe

- panelowe ( panel 14 )

Dane techniczne

Zysk

14 dBi

Częstotliwość pracy

2400 - 2500 MHz

Polaryzacja

pozioma lub pionowa

Izolacja polaryzacji

>21 dB

Tłumienie wsteczne

>20 dB

Typowe tłumienie boczne (H/V)

>28/12 dB

(-3dB) w poziomie

30°

(-3dB) w pionie

30°

Impedancja

50 OHm



Polaryzacja
Pozioma	Pionowa

- sektorowe (sektor hp)

Dane techniczne

Zysk

17 dBi

Częstotliwość pracy

2400 - 2500 MHz

Polaryzacja

pozioma

Tłumienie wsteczne

>35 dB

Typowe tłumienie boczne (H/V)

>-/20 dB

(-3dB) w poziomie

87°

(-3dB) w pionie

7°

Impedancja

50 OHm



Polaryzacja
Pozioma	Pionowa

- typu Yagi ( Babu Yaga )

Dane techniczne

Zysk

14 dBi

Częstotliwość pracy

2400 - 2500 MHz

Polaryzacja

pozioma lub pionowa

Izolacja polaryzacji

>21 dB

Tłumienie wsteczne

>20 dB

Typowe tłumienie boczne (H/V)

>28/12 dB

(-3dB) w poziomie

30°

(-3dB) w pionie

33°

Impedancja

50 OHm



Polaryzacja
Pozioma	Pionowa

- paraboliczne (maxi )

Dane techniczne

Zysk

27 dBi

Częstotliwość pracy

2400 - 2500 MHz

Polaryzacja

pozioma lub pionowa

Izolacja polaryzacji

>20 dB

(-3dB) w poziomie

4°

(-3dB) w pionie

6°

Impedancja

50 OHm



Polaryzacja
Pozioma	Pionowa

- Dookólne

- dookólne ( horizon maxi )

Dane techniczne

Zysk

12 dBi

Częstotliwość pracy

2400 - 2500 MHz

Polaryzacja

pionowa

(-3dB) w poziomie

360°

(-3dB) w pionie

6°

Impedancja

50 OHm



Polaryzacja
Pozioma	Pionowa

- dwu sektorowe ( ranger hp)

Dane techniczne

Zysk

15 dBi

Częstotliwość pracy

2400 - 2500 MHz

Polaryzacja

pozioma

(-3dB) w poziomie

2 x 84°

(-3dB) w pionie

7°

Impedancja

50 OHm



Polaryzacja
Pozioma	Pionowa

1.5.2.1.2. Przykładowe anteny o częstotliwości pracy 5.6 GHz

Kierunkowe

- panelowe ( panel 23 )

Dane techniczne

Zysk

23 dBi

Częstotliwość pracy

5150 - 5850 MHz

Polaryzacja

pozioma lub pionowa

Izolacja polaryzacji

>24 dB

Tłumienie wsteczne

>35 dB

(-3dB) w poziomie

10°

(-3dB) w pionie

10°

Impedancja

50 OHm



Polaryzacja
Pozioma	Pionowa

- sektorowe (sektor hp)

Dane techniczne

Zysk

16 dBi

Częstotliwość pracy

5470 - 5725 MHz

Polaryzacja

pozioma

Tłumienie wsteczne

>35 dB

(-3dB) w poziomie

90°

(-3dB) w pionie

8°

Impedancja

50 OHm



Polaryzacja
Pozioma	Pionowa

- paraboliczne (maxi )

Dane techniczne

Zysk

32 dBi

Częstotliwość pracy

5100 - 5900 MHz

Polaryzacja

pozioma lub pionowa

Izolacja polaryzacji

>20 dB

(-3dB) w poziomie

2°

(-3dB) w pionie

3°

Impedancja

50 OHm



Polaryzacja
Pozioma	Pionowa

Dookólne

- dookólne ( horizon 5 GHz maxi )

Dane techniczne

Zysk

12 dBi

Częstotliwość pracy

5450 - 5850 MHz

Polaryzacja

pionowa

(-3dB) w poziomie

360°

(-3dB) w pionie

6°

Impedancja

50 OHm



Polaryzacja
Pozioma	Pionowa

1.5.2.2. Kable

Kable, jako medium fizyczne łączące urządzenie generujące sygnał i antenę która ten sygnał wypromieniowuje, są bardzo ważnym składnikiem sieci bezprzewodowej. Są również jednym z jej największych ograniczeń. Największe straty sygnału są spowodowane właśnie tłumieniem kabli antenowych, dlatego właściwe dobranie rodzaju kabla i jego długości jest jednym z czynników zapewniających pomyślne działanie sieci bezprzewodowej.

W poniższej tabeli ujęto najczęściej używane rodzaje kabli antenowych
i ich parametry użytkowe. Warto zwrócić uwagę, że podane niżej rodzaje kabli są nazwane według standardów fizycznych ( elektrycznych ) jakie muszą spełnić. Różni producenci stosują różne materiały oraz grubości kabli , żeby uzyskać te same charakterystyki kabla,
więc nie można rozróżniać kabli na podstawie ich wyglądu zewnętrznego. ( interline )

Typ kabla	H-155	H-1000	RF-200	RF-240	RF-400
Właściwości elektryczne
Przekrój
Impendancja [Ohm]	50
Współczynnik skrócenia [%]	81	83	85	86	86
Tłumienie dla 2.4 GHz [dB/100 m]	52,3	23,6	49,0	38,0	21,0
Tłumienie dla 5.6 GHz [dB/100 m]	-	<40	79,0	62,0	35,0
Budowa i wymiary
Materiał - żyła	Miękka plecionka z wyżarzonej miedzi	miedź	BC-Bare Copper	BC-Bare Copper	BCCA - Bare Copper Covered Aluminum
Średnica - żyła [mm]	1,40	2,62	1,12	1,45	2,743
Materiał - diaelektryk	gazowo wtryskiwany polietylen		Gas-injected FHDPE - Foam High Density Polyethylene
Średnica - diaelektryk [mm]	3,90 +/- 0,15	7,15 +/- 0,20	2,94	3,81	7,239
Ekran	Al-PET-Al	Cu	Duobond® II: Tape/Braid Tape: Bonded Duofoil® Bonded Aluminum Foil-Polyester Tape-Aluminum Foil Braid: TC - Tinned Copper
Folia - owinięcie	2 razy	-	100% / 95%
Średnica całkowita [mm]	5,4 +/- 0,2	10,3 +/- 0,3	4,95	6,09	10,236
Minimalny promień skrętu [mm]	35	100	48	61	101

Rysunek 4 Porównanie kabli H- 155 i H- 1000

0x01 graphic

Rysunek 5 Porównanie kabli RF 200, RF 240 i RF 400

0x01 graphic

Jak wynika z powyższych wykresów, najlepszym kablem do połączeń między anteną
a urządzeniem aktywnym jest kabel H - 1000 ponieważ odznacza się najniższym tłumieniem. Niestety nie zawsze możemy wykorzystać ten typ kabla. Zazwyczaj jest to spowodowane jego grubą średnicą, dość dużą wagą i bardzo małą elastycznością ( odpornością na wygięcia ) przez którą można w bardzo prosty sposób uszkodzić kabel po prostu wyginając go bardziej niż jest to dopuszczalne. Inne kable cechuje znacznie mniejszy przekrój i waga, dzięki temu są stosowane na krótkich odległościach, wszędzie tam gdzie wygoda i łatwość montażu jest bardziej pożądana niż mała tłumienność. Z kabli H - 155 zazwyczaj robi się różnego rodzaju przejściówki i konektory ponieważ mają dużą odporność na skręcanie i wyginanie i są bardzo elastyczne.

1.5.2.3. Wtyki i gniazda

W początkach powstawania sieci bezprzewodowych ustalono, że urządzenia różnych producentów będą miały inne wejścia i wyjścia. Miało to zapobiec łączeniu urządzeń różnych producentów w celu nadawania sygnału z mocą większą od dopuszczalnej.
Producenci zastosowali się do tego nakazu i dlatego też jest taka różnorodność gniazd i wtyków na rynku.

Nazwa	Złącza antenowe(N)	MC Card		MMCX	MCX	TNC
Gniazda		Stosowany tylko w urządzeniach
Wtyki

Nazwa	TNC/RP	SMA	SMA/RP
Gniazda
Wtyki

1.5.2.4. Konektory

Konektory pojawiły się jako odpowiedź na zróżnicowanie rynku pod względem gniazd i wtyków. Służą do łączenia niekompatybilnych urządzeń różnych producentów. Zazwyczaj konektory są wykonane z dwóch złączek i kabla ( przeważnie jest to kabel
H - 155 ), mogą też mieć formę jednolitej przejściówki, która charakteryzuje się mniejszym tłumieniem a co za tym idzie - mniejszymi stratami sygnału i większym ogólnym zasięgiem sieci. W tabeli przedstawiono najpopularniejsze typy konektorów.

Konektor wt. SMA RP/wt.N	Konektor wt. SMA RP/gn.N	Konektor wt. TNC RP/wt.N	Konektor wt. MC CARD/wt. N na RG-174	Konektor wt. AP600-C/wt.N


Konektor wt. SMA RP KĄTOWY/wt.N	Konektor wt. MC CARD/gn. SMA R/P	Konektor gn. uF/gn.N	Konektor gn. uF/gn.SMA/RP	Konektor wt. N/gn. N na H-155 3m


Przejście wtyk SMA R/P - gniazdo N	Przejście wtyk SMA R/P - wtyk N	Przejście wtyk SMA - gniazdo N	Przejście gniazdo SMA R/P - wtyk N	Przejście gniazdo SMA R/P - gniazdo N


Przejście gniazdo SMA - zł. SE237	Gniazdo podwójne N	Wtyk podwójny N

1.6. Obliczanie poziomu sygnału dla układu nadajnik - odbiornik

Poprzednie podrozdziały służyły do przybliżenia techniki radiowej z punktu widzenia zestawiania łącza radiowego dla dwóch punktów z których każdy pełni funkcje zarówno nadajnika jak i odbiornika. Takie podejście jest niezbędne w projektowaniu sieci bezprzewodowej gdyż w każdym miejscu sieci węzeł musi być w stanie odbierać sygnał, który jest dla niego przeznaczony jak i móc nadawać sygnał, który będzie odbierany przez urządzenie docelowe. W celu obliczenia odpowiednich parametrów połączenia linią radiową posłużymy się wiedzą z zakresu fizyki radiowej oraz znajomością odpowiednich parametrów urządzeń, które będziemy chcieli wykorzystać w badanej sieci. Wartość sygnału na wejściu zdalnej lokacji jest wyrażona wzorem:

0x01 graphic

Gdzie:

S - poziom sygnału [dBm]

MA - Moc sygnału z urządzenia aktywnego [dBm]

Tkl - Tłumienie kabla lokalnego na 1 [m]

Dkl - Długość kabla lokalnego [m]

Tzl - Tłumienie złączy i konektorów lokalnych [dB]

ZAl - Zysk lokalnej anteny [dBi]

L - Straty sygnału w przestrzeni swobodnej [dB]

ZAz - Zysk zdalnej anteny [dBi]

Tkz - Tłumienie kabla zdalnego na 1 [m]

Dkz - Długość kabla zdalnego [m]

Tzz - Tłumienie złączy i konektorów zdalnych [dB]

Zp - Zapas mocy sygnału ze wzglądu na warunki pogodowe [dB]

n - ilość kabli, złącz lub konektorów w układzie

Łączność radiowa jest możliwa tylko kiedy moc sygnału ( S ) na wejściu urządzenia aktywnego jest większa od czułości radia ( R )w które jest wyposażone to urządzenie aktywne. Obliczenia te należy przeprowadzić dla obu lokalizacji.

Czyli jeżeli:

S1 > R2 i S2 > R1 gdzie:

S1, S2 są to poziomy sygnału na wejściu do odpowiednich urządzeń aktywnych;

R1, R2 są to czułości radia odpowiednich urządzeń aktywnych,

To tylko wtedy możemy zestawiać łącze radiowe. Jeżeli S = R dla którejś ze stron,
to możemy podejrzewać, że łączność radiowa nie będzie możliwa lub, że będzie bardzo zawodna, ponieważ poziom sygnału może się wahać w zależności od czynników których możemy nie przewidzieć.

2. Opis oprogramowania

2.1. Opis bazy danych

2.1.1. Logiczny model bazy danych

2.1.2. Fizyczny model bazy danych

2.2. Opis funkcji modułu liczącego

2.2.1. Zastosowane algorytmy

2.2.1.1. Obliczanie strefy Fresnela

2.2.1.2. Wyznaczenie minimalnej wysokości anteny nadawczej ( odbiorczej)

2.2.1.3. Obliczanie strat sygnału w przestrzeni swobodnej

2.2.1.4. Obliczenie poziomu sygnału na wejściu anteny odbiorczej

2.2.1.5. Porównanie mocy zestawu z normami obowiązującymi w Polsce

2.2.1.6. Podsumowanie obliczeń