Začínáme s WiFi (část 3.)

V souvislosti s anténami je třeba zmínit se ještě o jednom velmi důležitém parametru, kterým je polarizace.

26.4.2004 10:00 | DoubleR | přečteno 49934×

Výkon, vyzářený anténou, je dán tzv. Poyntingovým vektorem, který představuje vektorový součin elektrické a magnetické složky pole. Zapsat ho můžeme ve tvaru

P = E x H

Polarizace pak označuje rovinu, ve které kmitá vektor elektrické složky E. Polarizace ovšem nemusí být rovinná ani nemusí být definována jednou rovinou. Vedle polarizace horizontální a vertikální tedy rozeznáváme také polarizaci cirkulární (pravotočivou nebo levotočivou), eliptickou a smíšenou. V technice WiFi se používá převážně vertikální polarizace.

Při šíření na přímou viditelnost, kde dominují jeho kvazioptické vlastnosti, je polarizace velmi důležitým parametrem. Pokud bychom přijímali signál anténou s jinou polarizací, než s jakou byl signál vyzářen, došlo by ke značnému útlumu (teoreticky nekonečnému). Důsledků polarizace lze využít k oddělení signálů, teoreticky bylo by možné bez problémů přijímat dva signály na stejném kmitočtu přicházející ze stejného směru dvěma anténami s odlišnou polarizací. Proto se hovoří o tzv. polarizační separaci. Praktické hodnoty polarizační separace jsou kolem 30 dB.

Situace v místě, kde se nachází konkrétní klient nebo přístupový bod, nebývá jednoduchá.

stumbler
popis: Signály v místě klienta

V hustě osídlených aglomeracích lze téměř všude nalézt velké množství signálů, způsobujících rušení spojení. Některé se mohou vyskytnout i na tomtéž kanále, jako žádoucí signál. Stejně tak nemusí být žádoucí signál nejsilnější ze signálů, které se v daném místě nacházejí. Nežádoucí rušivé signály tak mohou spojení úplně znemožnit. Situaci je možné řešit přeladěním na jiný kanál a směrováním antény. V praxi je zřetelně vidět důležitost vyzařovacího diagramu antény, resp. její směrovosti - často natáčíme anténu nikoli na maximum žádoucího signálu, ale snažíme se co nejvíce potlačit nežádoucí signály. Je samozřejmé, že před přeladěním na jiný kanál je nutné provést rozbor signálů jak v místě klienta, tak i v místě přístupového bodu. Ke směrování antény přistupujeme vždy až po nalezení kanálu s minimálním rušením.

Poměrně nepříznivá situace nastává na přístupových bodech. Ty jsou vždy stavěny tak, aby mohly obsloužit více klientů. Je-li přístupový bod situován tak, že se klienti nacházejí v mnoha různých směrech, bývá nutné použít všesměrovou anténu. To však bývá kamenem úrazu, všesměrová anténa také přijímá rušení ze všech směrů, proto také bývá přístupový bod často vyřazen z provozu. Mnohem lepší je zvolit umístění přístupového bodu tak, aby klienti leželi pokud možno v jednom směru a bylo je možné obsloužit směrovou anténou s úzkým svazkem. Takto koncipovaný přístupový bod však bývá spíš vzácností, neboť vlastníci přístupových bodů se zpravidla snaží obsloužit co nejvíc klientů (samozřejmě při respektování zaručované nebo domluvené rychlosti připojení) a rád přibere dalšího klienta, pokud to daná konfigurace systému zvládne. To je také důvodem, proč se na přístupových bodech setkáváme v drtivé většině s všesměrovými anténami. Chce-li vlastník přístupového bodu použít více směrových antén otočených do několika různých směrů, vzrůstají náklady na stavbu, což se nutně promítá i do poplatků, které jsou účtovány klientům. Proto bývá WiFi připojení nejen technickým problémem, ale často větší roli hraje rozumná dohoda klienta s vlastníkem přístupového bodu.

Jaký signál můžeme považovat za kvalitní? Určující roli hraje poměr signál/šum. Šum (také šumové pozadí) je dán součtem všech různých šumů v uvažovaném místě příjmu. Rozbor šumů a šumových vlastností přijímače by však vyžadoval nejméně 10 dalších dílů seriálu, proto se spokojíme s konstatováním, že na šumových poměrech se nejvíce podílí průmyslový šum (někdy také nazývaný man made noise) a šumové vlastnosti přijímače (WiFi karty). Máte-li dojem, že šumové vlastnosti mají cosi společného s citlivostí přijímače, jste na správné stopě. Citlivost přijímače se uvádí jako minimální napětí na anténní svorce přijímače, na které přijímač reaguje při stanoveném poměru signál/šum. Je-li citlivost přijímače např. 0,5 mV pro poměr signál/šum 10 dB, znamená to, že vlastní šum přijímače je 10 dB pod 0,5 mV. Někdy se citlivost uvádí také jako MDS (Minimum Discernible Signal) a bývá vyjádřen v dBm (výkonová úroveň vztažená k miliwattu, 0 dBm je 1 mW). Používá se především u přijímačů, u kterých se na výstupu uvažuje slyšitelný nf signál. MDS tedy vyjadřuje výkonovou úroveň, kterou je nutné přivést na anténní svorku přijímače, aby byl na výstupu patrný slyšitelný signál. Pojem „slyšitelný“ bývá definován statisticky, signál musí slyšet definované procento osob, zúčastněných na testech. Ve VKV technice však bývá citlivost nejčastěji vyjadřována jako šumové číslo, udávající (v dB), kolikrát měřený přijímač šumí víc, než by za uvažované okolní teploty šuměl čistě ohmický odpor, rovný vstupní impedanci přijímače. Předpokládá se samozřejmě, že vstupní impedance přijímače je čistě reálná, což však málokdy bývá pravda. Pro naše úvahy o WiFi připojení však stačí si uvědomit, že šum neovlivníme, ať se jedná o šumové číslo přijímače nebo o průmyslový šum.

Z vlastních měření jsem si odvodil, že spojení funguje i při relativně špatném poměru signál/šum. WiFi karta ZComax XI-626 funguje i při poměru signál/šum 6 dB, ale připojení je nekvalitní. Pokud se podaří dosáhnout poměru signál/šum 20 dB, lze takový výsledek označit za vynikající. Je-li šumové pozadí v místě příjmu 90 dBm a žádoucí signál 70 dBm, můžeme být spokojeni. Úrovně, patrné z obrázku (měřeno programem Network Stubler pod Windows :-( lze označit jako velmi vysoké, dokonce tak vysoké, že by mohly způsobovat tzv. křížovou modulaci (je důsledkem intermodulačních vlastností přijímače, přesněji jeho nedokonalou schopností zároveň zpracovávat slabé i velmi silné signály). Obrázek tedy umožňuje např. konstatovat, že se zde nijak nepříznivě neprojevuje útlum svodu (koaxiálního kabelu) ani nedostatečný zisk antény.

Obrázek však prozrazuje mnohem víc. Žádoucí signál je na kanále č. 5 (AngelNet 02 o úrovni -30 dBm). Na stejném kanále je další signál o úrovni -47 dBm. Rozdíl je tedy -17 dBm, což je vyhovující a lze tedy říci, že směrování antény bylo provedeno dobře. V místě příjmu je však řada silných signálů, které mohou působit potíže, i když jsou na jiném kanále. Jde zejména o signál o úrovni -26 dBm na kanálu 1 a -27 dBm na kanále 12. Použití kanálu 5 je tedy v dané situaci asi nejlepším řešením. Přesto by se mohlo projevit rušení a výpadky připojení, vše totiž závisí na selektivitě vstupních obvodů WiFi karty. Bohužel nebyla k dispozici detailní technická specifikace parametrů použitého přijímače (router BenQ AWL 700), takže se z oblasti technických rozvah dostáváme do stavu, kdy lze jen doufat a předpokládat. To je však situace v rádiovém spojení obvyklá a musíme tedy počítat s tím, že jsme bezdrátovým připojením do hry dostali mnoho faktorů, které nikdy nebudeme mít zcela pod kontrolou.

Online verze článku: http://www.linuxsoft.cz/article.php?id_article=111