Wi-Fi. Беспроводная сеть - Джон Росс

Повышенную мощность передатчика можно выгодно использовать для двух разных типов Wi-Fi-сигналов: схемы точка-точка, при которой дополнительная мощность увеличивает расстояние между двумя точками; и всенаправленной схемы, при которой увеличенная мощность точки доступа может расширить зону действия, в пределах которой устройства пользователей могут успешно подключаться к сети. При подключении точка-точка обычно используются направленные антенны с высоким коэффициентом усиления на обеих сторонах. При втором типе подключения точка доступа обычно использует всенаправленную или секторную антенну, которая охватывает широкую территорию передачи.

В любом случае ограничения мощности радиопередатчиков в диапазоне 2,4 ГГц, принятые ФКС, являются слишком категоричными. Было бы неплохо, скажем, выжать 5 Вт для создания четкой и надежной передачи данных на расстояние в 8-16 км или более, используя антенну с высоким коэффициентом усиления, или задействовать одну точку доступа для покрытия крупной территории. Однако провайдеры телефонных компаний и других служб, предлагающих услуги передачи данных, имеют достаточное влияние на органы регулирования, продолжая лоббировать требования низкого уровня мощности. Поэтому ограничение в 1 Вт, вероятно, является значением, на котором следует остановиться во всех районах, за исключением сельскохозяйственных.

Как ответственный законопослушный гражданин, вы должны всегда серьезно относиться к этим федеральным законам. А как ответственный законопослушный автор, я никогда бы не призвал вас их нарушать. Тем не менее очень маловероятно, что условный индивидуум или представитель малого бизнеса, использующий антенну с высоким коэффициентом усиления для повышения уровня сигнала, привлек бы внимание со стороны ФКС или другого правоохранительного органа, пока данный условный сигнал не создал бы значительные помехи. А даже если жалоба будет иметь место, сложно идентифицировать источник нелегального сигнала (если крупногабаритная антенна не закреплена на открытом месте на крыше или стене здания). Построение вашей Wi-Fi-сети в соответствии с ограничениями ФКС по мощности является правильным, но вносит ограничения, поскольку мешает повысить уровень сигнала.

Как правило, ФКС не тратит свое время и ресурсы на разбирательство жалоб о помехах на нелицензированных частотах, таких как ISM-диапазон 2,4 ГГц, используемый сетями Wi-Fi. Но закон есть закон, поэтому в принципе никто, пребывающий в здравом уме, никогда бы не решился демонстративно повысить мощность своих точек доступа и сетевых адаптеров или использовать антенны с очень высоким коэффициентом усиления. Разумеется, нет.

Если вы читаете книгу за пределами Северной Америки, помните, что правила ФКС действуют только на территории Соединенных Штатов. Органы управления других стран устанавливают свои собственные ограничения, которые иногда бывают еще более строгими, чем американские, а правоохранительные органы могут быть гораздо более суровы. Перед тем как устанавливать антенну с высоким коэффициентом усиления или радиочастотный усилитель в сети, важно проконсультироваться с техническими и юридическими специалистами в вашей стране.

Несмотря на то что выходная мощность большинства беспроводных сетей — даже с антеннами, имеющими высокий коэффициент усиления, — должна быть в пределах установленных безопасных значений, всегда лучше избегать работы с антеннами, обладающими высоким коэффициентом усиления или снабженными специальным усилителем. Многие точки доступа содержат предостережения о работе с оборудованием, находящимся поблизости от вашего тела (особенно от ваших глаз), и при использовании усилителей и антенн с высоким коэффициентом усиления следует это учитывать.

Внешние антенны и точки доступа

Вот некоторые факторы, связанные с уровнем сигнала (и, следовательно, максимальным расстоянием) радиоканала между точкой доступа и сетевым клиентом в сети Wi-Fi:

— коэффициент усиления антенны;

— передаваемая мощность;

— длина антенны;

— затухание в кабеле.

Имейте в виду, что Wi-Fi-соединение перемещает данные в двух направлениях: от точки доступа к сетевому адаптеру и от адаптера к точке доступа.

Поэтому антенны и радиоустройства должны иметь способность как передавать, так и принимать радиосигнал. К счастью, коэффициент усиления и характеристики направленности антенны являются одинаковыми и для приема, и для передачи, поэтому антенна, увеличивающая полезную мощность исходящего сигнала, может также повысить чувствительность приемника к слабому входящему сигналу.

Внешняя антенна должна быть устойчива и к физической среде, в которой она работает. Сильный ветер может сместить антенну от цели, на которую та была изначально ориентирована; скопившийся лед и снег могут ослабить сигнал и увеличить нагрузку на крепежное оборудование, а солнечные лучи — ухудшить качество пластикового покрытия. Поэтому многие антенны размещены внутри обтекателей или иных корпусов, обеспечивающих дополнительную защиту.

В настоящее время существует множество различных форм и размеров антенн на частоту 2,4 ГГц. Всенаправленная антенна может представлять собой один элемент всего в несколько сантиметров длиной с покрытием или без него.

Антенны, встроенные в PCMCIA-адаптеры, являются еще более короткими.

Наиболее распространенные направленные антенны — это «волновой канал» (уменьшенная версия размещаемых на крыше ТВ-антенн), миниатюрные антенны, напоминающие детекторы дыма, параболические рефлекторы, которые могут достигать высоты до 0,9 м, и крупные панели с очень широкими углами аперетуры.

Помните, что в сети 802.11b используются цифровые радиосигналы, поэтому использование повышенной мощности или модной антенны, а также размещение ее на крыше не дает абсолютно никакого преимущества. Если антенна с умеренным коэффициентом усиления обеспечивает приемлемый сигнал, ваши данные не станут сколько-нибудь лучше, если заменить антенну на крупногабаритную и более дорогую. А маленькие антенны также гораздо менее заметны, что может снизить вероятность появления претензий со стороны соседей и местных муниципальных органов.

Характеристики антенны

Беспроводные сетевые устройства используют одни и те же антенны как для передачи, так и для приема радиосигналов. В режиме передачи антенна оперирует с гораздо большей мощностью, чем в режиме приема, но эффективность характеристик остается одинаковой. Антенна, которая повышает эффективную излучаемую мощность сигнала передатчика, на то же значение повышает и чувствительность приемника, поэтому антенна, подключенная к Wi-Fi-точке доступа или сетевому адаптеру, будет повышать уровень радиосигналов, передающихся в обоих направлениях. Наиболее важными характеристиками, которые определяют эффективность антенны, являются апертурный угол и коэффициент усиления.

Апертурный угол представляет собой угол дуги, в пределах которого антенна излучает или принимает энергию с максимальной мощностью или чувствительностью. Если, например, апертурный угол антенны составляет 20°, «пространство» максимального уровня сигнала составляет по 10° с каждой стороны от фронтальной части антенны. Уровень сигнала будет падать, когда обе антенны соединения перестают находиться в пределах взаимных апертурных углов. На рис. 10.1 показан процесс взаимного ориентирования пары направленных антенн.

Рис. 10.1

Встроенные антенны, поставляемые со многими точками доступа и большинством сетевых адаптеров, не являются направленными, поэтому они в равной степени во всех направлениях излучают и детектируют сигналы.

Спецификации для ненаправленной антенны (также называемой всенаправленной) не включают апертурный угол, но если такое случается, он должен составлять 360°. Как следует из названия, при соединении точка-точка антенны ориентируются непосредственно одна на другую, поэтому их апертурные углы могут быть очень узкими.

Коэффициент усиления антенны представляет собой ее эффективную выходную мощность или чувствительность по отношению к стандартной дипольной антенне. Поэтому при измерении уровня сигналов от двух одинаковых передатчиков или одного и того же через два приемника сигнал, проходящий через антенну с коэффициентом усиления 3 dBi, будет на 3 дБ сильнее, чем на эталонной дипольной антенне. Коэффициент усиления антенны возрастает с увеличением размеров антенны и при фокусировании сигнала в пределах узкой апертуры.

Углы и коэффициент усиления антенны удобно представлять аналогично фокусировке света. Стандартная электролампа рассеивает одинаковое количество света во всех направлениях (за исключением основания колбы). Однако, если вы поместите рефлектор с одной стороны от источника света или сфокусируете свет в заданном направлении, кажущаяся яркость света в пределах зоны фокуса возрастет, а при отдалении от целевой зоны будет падать сила света. Общее количество света, излучаемого лампой, остается тем же самым, но большая часть света концентрируется в определенных местах.