Wi-Fi: збільшення дальності роботи бездротового каналу

Вступ

На дальність поширення електромагнітного Wi-Fi-сигналу в діапазонах 2.4 і 5 ГГц впливають такі чинники:

1) Потужність передавача (точки доступу) і чутливість приймача (ноутбук / комп'ютер / смартфон / планшет). Мабуть, ключовий момент в роботі будь-якого бездротового обладнання. Якщо просто, то чим більше потужність передавача, тим далі полетить електромагнітна хвиля, і тим більший енергетичний запас матиме. Чим більше чутливість приймача, тим більше ослаблений сигнал зможе вловити його антена.

2) Наявність і тип перешкод на шляху поширення сигналу від передавача до приймача. Відповідно, чим більше цих перешкод, тим більшу частку потужності буде втрачати хвиля, проходячи через них. І так вже вийшло, що різні матеріали залежно від своїх фізичних властивостей (діелектрична, магнітна проникності і провідність) можуть надавати як негативний, так і позитивний вплив на поширення електромагнітного поля.

3) Інтерференція радіохвиль, що виникає через вплив стороннього обладнання, що працює в тому ж частотному діапазоні і посилено генеруючого перешкоди. До такого обладнання в першу чергу відносяться Wi-Fi-адаптери "сусідів" і мікрохвильові НВЧ печі. У меншій мірі на Wi-Fi-мережу впливають Bluetooth-пристрої. У цьому ж діапазоні 2.4 / 5 ГГц працює величезна кількість промислового і медичного обладнання, але в офісах, бізнес центрах і будинках обивателів їх, на щастя, можна зустріти не часто.

Наведений список можна значно розширити і доповнити, але це, на думку автора, найбільш значущі моменти, які при правильному підході зможуть значно збільшити енергетичний потенціал бездротової мережі. Нижче наводяться більш детальні міркування по кожному з пунктів.

1. Потужність і чутливість

Девіз розділу: чи не запори то, що маєш.

Потужність передавача, дозволена стандартом IEEE 802.11 для бездротового Wi-Fi-обладнання не повинна перевищувати 20 dBm, що еквівалентно 100 мілівата. Значення потужності реального обладнання в середньому знаходиться в діапазоні від 15 до 18 dBm. Пов'язано це здебільшого з небажанням виробника "ризикувати", адже пристрій потужністю понад 20 dBm просто не пройде сертифікацію.

Тут є два моменти, на які потрібно звернути увагу: по-перше, потрібно розуміти, якою частиною і в який бік випромінює Wi-Fi-адаптер, а вірніше його антена. Переважна більшість home-версій точок доступу мають omni-антену з круговою діаграмою спрямованості в формі тора (в першому наближенні), малюнок 1.

Малюнок 1 - Зовнішній вигляд і діаграма спрямованості Omni-антени

Тор має діаграму спрямованості в угломестной площині у формі вісімки, а в азимутальной - у формі кола. Для забезпечення найбільш сприятливих умов прийому користувача мережі потрібно мати у своєму розпорядженні в напрямку на максимум випромінювання. З огляду на, що розглянута антена всенаправленная, вона просто повинна розташовуватися паралельно приймачу (антені приймача). Ця умова демонструється малюнком 2.

Малюнок 2 - Ілюстрація до залежності якості прийому від взаємної орієнтації передавача і приймача

Таким чином, якщо розташування вашого ноутбука відповідає напрямку на "мінімум випромінювання" (рисунок 2), то не варто дивуватися низької якості прийому. З огляду на, що антени, що йдуть в комплекті з роутером, мають в основі "систему обертання", то яких тільки варіантів орієнтації антени не зустрінеш в квартирах обивателів.

Наступний варіант збільшення дальності - це використання більш спрямованої антени, тобто має більший коефіцієнт посилення. Слід зазначити, що антена - пристрій пасивне, тому ви лише збільшите щільність потоку електромагнітного випромінювання в потрібну сторону, а потужність випромінювання залишиться на колишньому рівні (15 - 20 dBm). На ринку представлена ​​велика кількість антен Wi-Fi-діапазону з різним коефіцієнтом посилення в середньому від 3 до 15 dBi, здатних перекрити відстань в пару кілометрів. Тому в тому випадку, якщо ви живете в лісовій глушині, і точно знаєте, де розташовується джерело сигналу, то можете сміливо використовувати спрямовану антену.

Окремо можна відзначити, що є апаратні засоби збільшення потужності бездротового адаптера, що працює з-під Linux (і деякого ПО в Windows), за допомогою якого можна апаратно змінити випромінюється потужність передавача, але цей і подібні рішення досить швидко можуть вивести адаптер з ладу.

Так як антени - пристрої двостороннього типу, тобто будь-яка антена може працювати як на прийом, так і на передачу, то все сказане вище, стосовно збільшення потужності передавальної антени, здатне в рівній мірі збільшити і її чутливість.

2. Кількість і тип перешкод

Девіз розділу: використовуй логіку при розміщенні обладнання.

Звичайно, досить складно без спеціального обладнання враховувати кількість перешкод і їх тип на шляху поширення радіосигналу, але є кілька правил, дотримуючись яких можна "зберегти" пару децибел потужності.

Довжина Wi-Fi-хвилі в діапазоні 2.4 ГГц складає в середньому 12.5 сантиметрів і для діапазону 5 ГГц - 6 сантиметрів, тому для великих об'єктів (стіни, перекриття, шафи, двері і т.д.) можна користуватися принципом геометричної оптики, припускаючи, що сигнал поширюється по прямій лінії (частково відбиваючись і заломлюючись). Це, звичайно, грубе припущення, але по-всякому разі це дозволить "на око" оцінити напрям поширення сигналу і розчистити (по можливості) йому шлях.

Перше, що потрібно мати на увазі, це те, що сигнал дуже погано проходить через металізовані поверхні і відповідно залізобетонні перекриття. Потрапляючи на металевий об'єкт, електромагнітна хвиля продовжує поширюватися уздовж його поверхні, розсіюючись. Тому в ідеалі, точку доступу потрібно мати у своєму розпорядженні подалі від сейф дверей, залізних столів і так далі. Якщо необхідно забезпечити проходження сигналу через товсту стіну (тип матеріалу не важливий), то потрібно постаратися забезпечити умова, щоб шлях від джерела до приймача через цю перешкоду був мінімальний. Ця умова демонструється ілюстрацією на малюнку 3.

Малюнок 3 - Ілюстрація до рівня потужності сигналу після проходження через перешкоду

3. Інтерференція радіохвиль

Щоб в домашніх умовах визначити наявність перешкод від стороннього обладнання і по можливості зменшити його вплив, рекомендується використовувати програмні аналізатори Wi-Fi радіопокриття. У статті " Програми для аналізу Wi-Fi радіопокриття - Wi-Fi Site Survey " проведений огляд можливостей подібних програм, що працюють під управлінням OS Windows.

В цілому рекомендації наступні. При запуску програми, наприклад, Wi-Fi Scanner (розробника System Lizard) відкрийте діаграму розподілу рівня сигналу по частотним каналах Wi-Fi, малюнок 4. Графік наочно представляє інформацію про навколишній вас бездротовому устаткуванні.

Малюнок 4 - Зовнішній вигляд вкладки 2.4 GHz band, програми Wi-Fi Scanner

В діапазоні 2.4 ГГц в РФ існує 13 частотних каналів. Три з них умовно неперекривающіеся - це 1, 6 і 11 канали. Як показує практика - велика частина точок доступу працює на першому і шостому каналах. Є й розумні точки доступу, які можуть автоматично "переїжджати" на менш зашумлені канали. Варіант автонастройки точки доступу підійде в тому випадку, якщо вона одна в мережі і обслуговує мала кількість абонентів. Якщо ж точка доступу є частиною великої бездротової мережі, то такий варіант категорично неприйнятний. Використовуючи програми, аналізатори радіопокриття можна просто промоніторити канали та вибрати найменш зашумленний. Наприклад, для ситуації, зображеної на малюнку 4, я б вибрав 11 або 12 частотний канали. Аналогічні міркування можуть бути віднесені і до діапазону в 5 ГГц.

Ніколи не можна передбачити всі можливі джерела перешкод, бували випадки, коли за стіною, із закріпленою на ній точкою доступу, несподівано опинялася мікрохвильова піч, упускає Wi-Fi мережу на весь обід.

висновок

На закінчення кілька слів хотілося б сказати про поширених кустарних методах посилення Wi-Fi за допомогою банок з-під пива, CD-дисків та іншої нечисті. Працює це тільки в тому випадку, якщо ви реально розумієте, що потрібно робити, а місце установки "модифікацій" вимер за допомогою штангенциркуля. Наприклад, встановлюючи екран з розрізаною банки через пиво, її відстань до антени має бути виміряно так, щоб відбиті від неї хвилі приходили в фазі з основним випромінюванням антени. Якщо ви ставите екран "на шару", то можна домогтися і зовсім протилежного результату - відбиті хвилі приходять в протифазі і гасять один одного. Але це вже зовсім інша історія.

iReader