Завантажити книгу: "Wi-Fi обладнання в відеоспостереження"
1.1. Основи зв'язку Wi-Fi в відеоспостереження
1.1.1. вибір місця розташування
1.1.2. Робота в конкретних умовах
1.1.3. Розташування антени
1.1.4. Тип бездротових клієнтів
1.2.1. Стандарти сімейства 802.11
1.2.2. Використовувані частоти і канали в діапазоні 2.4 ГГц
1.2.3. Нестандартні частоти і канали в діапазоні 2.4 ГГц
1.2.4. Використовувані частоти і канали в діапазоні 5 ГГц
2.1. Реальна швидкість зв'язку по Wi-Fi і фактори, що впливають на неї
2.2.1. Дальність роботи по Wi-Fi
2.1.1.1. Відношення сигнал / шум в точках розташування антен приймача і передавача
2.1.1.2. Наявність перешкод на шляху поширення сигналу
2.1.1.3. Наявність перешкода в зоні Френеля
2.1.1.4. Вплив погоди бездротовий зв'язок з Wi-Fi камерами
2.1.1.5. Кабельна система
2.1.1.6. потужність передавача
2.1.1.7. чутливість приймача
2.1.1.8. використовувані антени
2.2. Антени Wi-Fi
2.2.1. ізотропний випромінювач
2.2.2. Діаграма спрямованості антени
2.2.3. Коефіцієнт посилення антени
2.2.4. поляризація
2.2.5. Компроміс при виборі антен
2.2.6. Типи антен для Wi-Fi-пристроїв
2.2.6.1. Всеспрямовані антени (Omni-directional)
2.2.6.2. спрямовані антени
2.2.6.2.1. секторні антени
2.2.6.2.2. Антени «хвильової канал»
2.2.6.2.3. Сегментно-параболічні антени
2.2.6.2.4. панельні антени
2.2.7. Грозозахист
2.3. Розміщення антен
2.4. Бездротові точки доступу
2.4.1. Точки доступу кімнатного виконання
2.4.1.1. Типова точка доступу кімнатного виконання
2.4.2. Точки доступу вуличного виконання
2.4.2.1.2. Точка доступу вуличного виконання Ubiquiti NanoStation2
2.4.2.2. Точки доступу вуличного виконання без вбудованої антени
2.4.2.2.1. Точка доступу WAP-8000
3.2. Остаточне налаштування Wi-Fi підключення
3.2.1. Переконайтеся в наявності прямої видимості
3.2.2. Перевірте, чи правильно встановлені антен
3.2.3. Вибір технології бездротового з'єднання
3.2.4. Вибір режиму роботи
3.2.5. Установка швидкості роботи
3.2.6. Вибір поляризації антен
3.2.7. Вибір додаткових параметрів
3.2.8. Вибір вихідної потужності
3.2.9. Налаштування швидкості роботи камери
3.2.10. Зміна схеми роботи бездротової мережі
1.1. Основи зв'язку Wi-Fi в відеоспостереження
У бездротовому відеоспостереження використовується діапазон частот 2.4 або 5 ГГц, тобто ВЧ і НВЧ. Радіохвилі в цих діапазонах частот трохи огинають перешкоди, розповсюджуються в межах прямої відімості.Основная проблема організації бездротового підключення IP камер та іншого обладнання на частотах 2.4 ГГц або 5 ГГц в приміщенні або на вулиці полягає в тому, що радіосигнали дуже погано проходять через тверді об'єкти. Обходячи перешкоди, радіосигнал багаторазово відбивається від різних перешкод.
Увага! Для роботи будь-якої Wi-Fi камери потрібна наявність прямої видимості між точками установки приймальні і передавальної антен. Траса проходження радіосигналу повинна бути вільна від будь-яких перешкод - дерев, кущів, будівель і т.д. в межах зони Френеля (подробиці нижче).
Відображені радіосигнали від різних перешкод проходять по різних траєкторіях і приходять до антени приймача з різною тимчасовою затримкою, що може привести до накладення переданих пакетів один на одного.
Для подолання таких проблем використовується кодування OFDM (мультиплексування з ортогональним частотним поділом сигналів). OFDM розроблялася для використання поза приміщеннями. Суть кодування OFDM полягає в створенні широкосмугового сигналу, що складається з певної кількості «ортогональних» сигналів, кожен з яких передає потік даних з низьким бітрейтом.
Бездротові IP камери, а також інше бездротове обладнання, працюють відповідно до міжнародних стандартів сімейства 802.11. Найбільш важливі і поширені з них - 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n.
1.1.1. вибір місця розташування
Щоб уникати взаємного впливу обладнання, слід розташовувати бездротове обладнання (точки доступу, бездротові адаптери) подалі трансформаторів, мікрохвильових печей, потужних електродвигунів, світильників денного світла і іншого промислового устаткування. Клієнти повинні підключатися до точки доступу знаходиться в прямої видимості, так як різні перешкоди на шляху сигналу можуть істотно вплинути на пропускну здатність. Звичайна офісна перегородка може сильно послабити сигнал, а капітальна стіна і зовсім стати надійним екраном на шляху сигналу. Для забезпечення рівномірного покриття окремих приміщень використовуйте кілька точок доступу.
1.1.2. Робота в конкретних умовах
На бездротову мережу впливає безліч факторів (що є сусідами бездротові мережі, погода, відстані, розташування і тип використовуваних антен, інтенсивність використання бездротових каналів і кількість одночасно підключених клієнтів, перепони на шляху сигналу і т.п.). При інсталяції нової бездротової мережі дуже складно передбачити як вона буде працювати в обраному Вами місці розташування. Щосереди розміщення унікальна в плані різної інфраструктури, кількістю перешкод матеріалами з яких вони виготовлені, погодними умовами, і т.д. Тому практично неможливо дати точну оцінку роботи того чи іншого бездротового рішення без проведення тестових випробувань.
1.1.3. Розташування антени
Антена з круговою діаграмою спрямованості дозволяє виконати її регулювання в вертикальній і горизонтальній площині. Іноді поворот антени допомагає при слабкому рівні сигналу. Ви можете використовувати спрямовані антени, щоб розширити зону покриття. Перед заміною антени слід переконатися що вона підходить по характеристикам (частотний діапазон) і має роз'єм відповідного типу. Якщо тип роз'єму у антени відрізняється, то Вам необхідно заздалегідь придбати відповідний перехідник.
Увага! Якщо на шляху сигналу знаходиться капітальна стіна або перекриття (з армованого залізобетону), то заміна антени на більш потужну не дасть позитивного результату. Такі перешкоди практично повністю поглинають і відображають сигнал точки доступу. Якщо можливо обігнути перешкоду за допомогою установки додаткового ретранслятора, який має пряму видимість з точками прийому і передачі, то таке рішення набагато краще, ніж намагатися подолати його в лоб.
1.1.4. Тип бездротових клієнтів
Якщо точка доступу налаштована на підтримку бездротових клієнтів стандартів 802.11b і 802.11g, то при підключенні клієнтів стандарту 802.11b пропускна здатність бездротової мережі значно знизиться. Причина в тому, що в цьому режимі кожному 802.11g OFDM пакету повинен передувати RTS-CTS або CTS, який може бути розпізнаний пристроями стандарту 802.11b. Цей додатково знижує швидкість. Тому якщо у вашій бездротової мережі немає устаткування що працює за стандартом 802.11b рекомендується перевести точку доступу в режим G only. Також значно впливає на пропускну здатність бездротового підключення використання режимів WDS і Repeater (зниження пропускної здатності в два рази).
1.2.1. Стандарти сімейства 802.11
IEEE 802.11 - набір стандартів зв'язку, для комунікації через бездротову локальну мережевий зоні частотних діапазонів 2,4; 3,6 і 5 ГГц. Найбільш відомий за назвою Wi-Fi.
802.11
Перший варіант стандарту, діапазон роботи - 2.4 ГГц. Спочатку стандарт IEEE 802.11 припускав можливість передачі даних по радіоканалу на швидкості не більше 1 Мбіт / с і опціонально на швидкості 2 Мбіт / с. В даний час не використовується. Ширина каналу - 11МГц.
802.11a
Стандарт, який використовує діапазон 5ГГц, забезпечує швидкості роботи 54 до 36, 24, 18, 12, або 6 Мбіт / c. Ширина каналу - 20МГц.
802.11b
Подальший розвиток стандарту 802.11, що використовує діапазон 2.4ГГц, Забезпечує швидкості роботи 11, 5.5, 2 і 1 Мбіт / с Ширина каналу - 22МГц.
802.11g
Найбільш поширений стандарт, що забезпечує кращу в порівнянні з 802.11b пропускну здатність. Стандарт використовує діапазон 2.4 ГГц, і забезпечує швидкості роботи 54, 36, 24, 18, 12 і 6 Мбіт / с. Сумісний зі стандартом 802.11b, і, відповідно підтримує також швидкості роботи 11, 5.5, 2 і 1 Мбіт / с. Ширина каналу - 20МГц.
802.11n
Стандарт 802.11n підвищує швидкість передачі даних практично вчетверо в порівнянні з пристроями стандартів 802.11g (максимальна швидкість яких дорівнює 54 Мбіт / с), за умови використання в режимі 802.11n з іншими пристроями 802.11n. Теоретично 802.11n здатний забезпечити швидкість передачі даних до 480 Мбіт / с. Пристрої 802.11n працюють в діапазонах 2,4 - 2,5 або 5,0 ГГц.
Однак, дана швидкість передачі даних має на увазі використання більшої ширини каналу (40МГц) і використання декількох антен для прийому і передачі даних. Це ускладнює застосування даного обладнання поза приміщенням, крім того, через поширення пристроїв Wi-Fi, робота зі спектром 40 МГц в реальних умовах вкрай малоймовірна.
1.2.2. Використовувані частоти і канали в діапазоні 2.4 ГГц
Для бездротової Wi-Fi зв'язку використовується певний діапазон частот, причому в залежності від країни, цей діапазон може бути різним. Весь діапазон частот розбитий на кілька каналів, на яких може працювати обладнання.
Стандарти 802.11b, 802.11g і 802.11n визначають наступні канали:
1 2,412 США, Європа, РФ, Японія 2
2,417
США, Європа, РФ, Японія 3 2,422 США, Європа, РФ, Японія 4 2,427 США, Європа, РФ, Японія 5 2,432 США, Європа, РФ, Японія 6 2,437 США, Європа, РФ, Японія 7 2,442 США, Європа, РФ , Японія 8 2,447 США, Європа, РФ, Японія 9 2,452 США, Європа, РФ, Японія 10 2,457 США, Європа, РФ, Японія 11 2,462 США, Європа, РФ, Японія 12 2,468 Європа, РФ, Японія 13 2,472 Європа, РФ , Японія 14 2,484 Японія
З таблиці видно, що крок каналів в діапазоні 2.4 ГГц складає 5 МГц, а ширина каналу, як описано вище, становить 20МГц. Таким чином, спектр робочих частот обладнання перекривається і незалежних каналів, робота на яких можлива без взаємних перешкод, всього три - наприклад 1 (2,412 ГГц), 6 (2,437 ГГц) і 11 (2,462 ГГц), частоти яких відрізняються більш ніж на 20 МГц . Можна також використовувати як незалежні канали 2, 7, 12 або 3, 8, 13.
Так як є всього 3 незалежних Wi-Fi каналу, причому реальна швидкість роботи Wi-Fi пристроїв в реальних умовах не перевищує 8-10 Мбіт /, то підключення по Wi-Fi безлічі пристроїв одночасно сильно утруднено через обмеження пропускної здатності.
Досвід показує, що підключення більше 4-5 бездротових Wi-Fi камер з бітрейтом 500-1000 кбіт / с до однієї точки доступу недоцільно. Причому обмежує кількість підключаються камер не тільки ширина бездротового каналу, а й обмежена швидкодія процесора точки доступу, який просто не встигає обробляти пакети даних при підключенні безлічі пристроїв одночасно. Таким чином, з використанням стандартних засобів можна підключити не більше 12-15 камер по Wi-Fi.
Крім того, потрібно враховувати, що в даний час є безліч обладнання, що працює в даному стандарті, і, відповідно, бездротові канали можуть бути зайняті іншими радіомережами, що ще більш ускладнює підключення IP камер.
Застосування обладнання Wi-Fi вимагає офрмление відповідних ліцензій і дозволів відповідно до законодавства РФ. Для подолання даного обмеження існує два шляхи - використовувати обладнання, яке працює в діапазоні 5 ГГц або використовувати нестандартні частоти в діапазоні 2.4 ГГц.
1.2.3. Нестандартні частоти і канали в діапазоні 2.4 ГГц
Деяке обладнання може працювати за межами стандартного діапазоні частот, визначеного стандартом Wi-Fi. Це властивість корисно при зашумленности або зайнятості стандартних Wi-Fi каналів. Так як в даному випадку використовуються нестандартні частоти, то повинно застосовуватися тільки сумісне обладнання.
Нестандартні канали, доступні для обладнання Ubiquiti:
Канал
237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 Частота, ГГц 2,312 2,317 2,322 2,327 2,332 2,337 2,342 2,347 2,352 2,357 2,362 2,368 2,372 2,377 Канал 251 252 253 254 255 0 Частота, ГГц 2,382 2,387 2,392 2,397 2,402 2,407
З таблиці видно, що крок нестандартних каналів становить 5 МГц, а ширина каналу, як описано вище, становить 20МГц. Таким чином, спектр робочих частот обладнання також перекривається і незалежних каналів на нестандартних частотах, робота на яких можлива без взаємних перешкод і частоти яких відрізняються більш ніж на 20 МГц - чотири: наприклад 237, 242, 247 і 252. Можна також використовувати як незалежні канали 238, 243, 248 і 253 або 239, 244, 249 і 254 і т.д.
Отже, має 3 стандартних неперекривающіхся Wi-Fi каналу і 4 нестандартних неперекривающіхся Wi-Fi каналу, разом 7 каналів, в кожному з яких можна підключити до 4-5 бездротових камер, разом є можливість підключити 28-35 камер при використанні бездротового зв'язку в діапазоні 2.4 ГГц. Однак застосування такого обладнання потребує офрмление відповідних ліцензій і дозволів відповідно до законодавства РФ.
1.2.4. Використовувані частоти і канали в діапазоні 5 ГГц
Для бездротової Wi-Fi зв'язку в діапазоні 5 ГГц в Європі використовується два діапазони частот 5150МГц-5350МГц (нижній діапазон) і 5470МГц-5850МГц (верхній діапазон). Це пов'язано з тим, що в цьому діапазоні дуже маленька довжина хвилі і важко виготовити антену, яка однаково добре працює на всьому діапазоні 5 ГГц внаслідок обмежень на геометричні розміри елементів.
Стандарт 802.11а визначає наступні канали:
Канал
34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 Частота, ГГц 5,170 5,180 5,190 5,200 5,210 5,220 5,230 5,240 5,250 5,260 5,270 5,280 5,290 5,300 Канал 62 64 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 147 Частота, ГГц 5,310 5,320 5,500 5,520 5,540 5,560 5,580 5,600 5,620 5,640 5,660 5,680 5,700 5,735 Канал 149 15 152 153 155 157 159 160 161 163 165 167 171 173 Частота, ГГц 5,745 5,755 5,760 5,765 5,775 5,785 5,795 5,800 5,805 5,815 5,825 5,835 5,855 5,865 Канал 177 180 Частота , ГГц 5,885 5,905
З таблиці видно, що крок каналів в діапазоні 5 ГГц становить 5 - 20 МГц, а ширина каналу, як описано вище, становить 20МГц. Таким чином, спектр робочих частот обладнання перекривається і незалежних каналів, робота на яких можлива без взаємних перешкод - 22 (порівняйте з 3-7 каналами в діапазоні 2.4 ГГц).
На кожному з каналів можна підключити до 4 бездротових камер, разом є можливість підключити 88 камер при використанні бездротового зв'язку в діапазоні 5 ГГц. Застосування обладнання Wi-Fi вимагає офрмление відповідних ліцензій і дозволів відповідно до законодавства РФ.
2.1. Реальна швидкість зв'язку по Wi-Fi і фактори, що впливають на неї
Слід враховувати, що зазначені вище швидкості передачі даних - це теоретичні пікові значення для кожного зі стандартів. Реальна ефективна швидкість передачі буде набагато нижче тому, що, по-перше, частина смуги пропускання каналу йде на передачу службових даних, а по-друге, швидкість передачі даних по радіоканалу між двома абонентами суттєво знижується зі збільшенням відстані між ними і / або збільшенням рівня перешкод.
Обладнання стандарту IEEE 802.11b в реальних умовах функціонування забезпечує ефективну пропускну здатність близько 5 Мбіт / с, в середньому ж реальна швидкість передачі даних зазвичай не перевищує 4 Мбіт / с. Більш швидкі системи 802.11a і 802.11g дозволяють передавати дані з реальними швидкостями від 6 до 20 Мбіт / с, причому пристрої 802.11а, як правило, працюють трохи швидше, ніж 802.11g. Природно, зі збільшенням відстанню швидкість передачі падає через зниження співвідношення сигнал / шум на вході приймача.
Таким чином, можна зробити висновок, що ефективна пропускна здатність мереж Wi-Fi будь-яких типів приблизно дорівнює половині пікової швидкості передачі даних, що забезпечується конкретної специфікації.
2.1.1. Дальність роботи по Wi-Fi
На дальність роботи, швидкість зв'язку і стійкість підключення по Wi-Fi впливають безліч чинників.
2.1.1.1. Відношення сигнал / шум в точках розташування антен приймача і передавача
Це відношення залежить від шумів і перешкод на використовуваних частотах, наявності інших заважають бездротових мереж, що працюють на тих же або сусідніх каналах, наявності перешкод від промислового обладнання, наявності бездротових аналогових систем передачі відео (Видеосендер), які працюють на тих же частотах і т.д . Без наявності відповідних приладів (аналізаторів спектра) оцінити співвідношення сигнал / шум на обраному каналі неможливо, можна тільки перевести точку доступу в режим клієнта і просканувати ефір на наявність заважають бездротових мереж.
Зазвичай ставлення сигнал / шум можна оцінити тільки на практиці після встановлення зв'язку і при наявності великого рівня перешкод буває необхідно відбудуватися від них, перейшовши на інші канали або навіть на інший діапазон.
2.1.1.2. Наявність перешкод на шляху поширення сигналу
Якщо на шляху поширення сигналу є об'єкти, що заважає його поширенню, то на відстані більше 50 метрів відсутність зв'язку практично гарантовано! Об'єкти, що заважають поширенню радіосигнали, можуть бути будь-якими, найбільш поширені будівлі, лінії електропередач, дерева і т.д.Очень часто недооцінюють вплив дерев. Слід враховувати, що один метр крони послаблює сигнал до 6 дБ!
Для усунення перешкод можна змінити місце установки антен, підняти антени вище перешкод (з урахуванням зони Френеля, про що буде написано нижче), або організувати передачу відео від бездротових камер з використанням проміжних ретрансляторів або мостів.
2.1.1.3. Наявність перешкоду в зоне Френеля
Зона Френеля - це область навколо лінії прямої видимості, в якому розповсюджуються радіохвилі. Як правило, перекривання 20% зони Френеля не викликає великих втрат сигналу. Але при перекривання більше 40% втрати стають вже значними.
антенами, мНеобхідний радіус першої
зони Френеля на частоті 2.4 ГГц, мНеобхідний радіус першої
зони Френеля на частоті 5 ГГц, м
300 3,06 2,12 1600 7 4,9 8000 15,81 10,95 10000 17,68 12,25 15000 21,65 15
На відстанях більше декількох кілометрів для розрахунку прямої видимості радиолінк крім рельєфу необхідно враховувати кривизну землі.
2.1.1.4. Вплив погоди бездротовий зв'язок з Wi-Fi камерами
Природні явища, такі як дощ, туман і сніг незначно впливають на стабільність бездротового зв'язку. Деякий вплив надає сильний дощ або сильний туман. Вплив погодних умов стає помітно при частотах вище 4 ГГц, тому в системах на 2.4 ГГц вплив погоди буде незначно. Діапазон 2.4 ГГц досить щільно зайнятий, а вплив погоди на 5 ГГц діапазон дуже малий на відстанях порядку 800 м.
2.1.1.5. Кабельна система
Для підключення зовнішніх антен до точки доступу використовуються кабельні збірки, що складаються з кабелів з відповідними роз'ємами для підключення до точки доступу та антени. Якість виготовлення кабельної збірки і монтажу її в місці установки антени впливає на якість і швидкість зв'язку.
По внутрішньому провіднику передається радіосигнал, а зовнішній екран запобігає випромінювання сигналу в атмосферу і інтерференцію з зовнішніми сигналами. При передачі сигналу по кабелю, він згасає. Ступінь загасання залежить від частоти передачі і конструкції кабелю. Загасання в кабелі має бути зведено до мінімуму, для чого необхідно застосовувати якісні кабелі, розраховані на використовуваний діапазон частот мінімальної довжини. Довжина кабелю в будь-якому випадку не повинна перевищувати декількох метрів через те, що втрати в кабелі на частотах Wi-Fi дуже великі.
Ще одним компонентом кабельної збірки є роз'єми. Найбільш часто використовувані роз'єми при зв'язку по Wi-Fi - це роз'єми типу N 
і SMA 
.
Роз'єми діляться на роз'єми типу male (тато) і роз'єми типу female (мама), а також на тип з'єднання - гвинт або гайка.
Таким чином, існує 8 типів роз'ємів і при підключенні обладнання необхідно уважно підійти до вибору типів роз'ємів кабельної збірки.
Увага! Звернення з кабельними збірками вимагає обережності!
• Не кидайте кабельні збірки на підлогу і не наступайте на них при монтажі і демонтажі!
• Чи не перегинати кабель і не висмикуйте роз'єм, тримаючись за кабель.
• Не використовуйте інструменти для закручування роз'ємів. Завжди робіть це тільки руками.
• Не допускайте потрапляння вологи (сніг, дощ, туман) на внутрішні частини роз'ємів і під ізоляцію кабелю. Вода на частотах роботи Wi-Fi обладнання надає дуже великий опір. Пам'ятайте, що потрапила вологу практично неможливо висушити і кабельна збірка після попадання вологи підлягає заміні!
• Після закінчення монтажу і налаштування лінії зв'язку додатково загерметизуйте роз'ємні з'єднання.
Пам'ятайте, що при недотриманні даних умов можливе виникнення проблем зі стабільністю роботи через нестабільність параметрів кабельних збірок! Ці проблеми дуже важко відстежити і виявити, а вони можуть привести до непередбачуваного поведінки радіоканалу.
2.1.1.6. потужність передавача
Потужність передавача визначає відстань, на яке буде передаватися сигнал, а також швидкість передачі. Чим більше потужність передавача, тим на більшій відстані можна встановити зв'язок. Потужність передачі зазвичай вимірюється в міліватах або дБм.
Якщо необхідно забезпечити максимальну дальність зв'язку, то використовуйте передавач великої потужності і антену з великим коефіцієнтом посилення.
2.1.1.7. чутливість приймача
Параметри приймача Wi-Fi характеризуються перш за все його чутливістю, яка визначається як мінімальний рівень сигналу, при якому приймач здатний задовільно декодувати інформацію. Поріг прийнятності визначається частотою появи помилкових бітів (BER), частотою появи помилкових пакетів (packet error rate, PER) або частотою появи помилкових фреймів (frame error ratio, FER).
Зверніть увагу на те, що чутливість приймача вказується для конкретної швидкості передачі, оскільки кожна схема модуляції має свої вимоги до відношення сигнал / шум (SNR). У загальному випадку, чим вище швидкість передачі даних, тим більше повинно бути ставлення сигнал / шум і, отже, тим вище чутливість приймача.
Чутливість приймача - один з найважливіших вхідних параметрів для оцінки характеристик Wi-Fi обладнання, який, в кінцевому рахунку, визначає досяжні швидкості передачі даних і радіус дії.
2.1.1.8. використовувані антени
Незважаючи на важливість всіх описаних вище параметрів, основний вплив на дальність і швидкість зв'язку надають типи застосовуваних антен.
2.2. Антени Wi-Fi
Для правильного вибору антен для застосування в конкретних умовах організації зв'язку, важливо розбиратися в їх властивостях, таких, як діаграму спрямованості, поляризацію, спрямованість, коефіцієнт посилення, вхідний імпеданс, смугу частот і т.д.
Коефіцієнт посилення - один з найважливіших характеристик антен. Часто назва цього параметра призводить до помилкового припущення, що антени здатні посилювати сигнал. Насправді це не так - якщо потужність передавача, наприклад, становить 50 мВт, то яку б антену Ви ні встановили, потужність сигналу, що передається буде такою ж. Справа в тому, що всі антени подібного роду являють собою пасивні пристрої і брати енергію для посилення сигналу, що передається їм просто нема звідки. Але що ж тоді означає коефіцієнт посилення? Для того щоб відповісти на це питання, перш за ознайомимося з такими важливими поняттями, як ідеальний ізотропний випромінювач і діаграма спрямованості антени.
2.2.1. ізотропний випромінювач
Антени випромінюють енергію у вигляді електромагнітних хвиль у всіх напрямках. Однак ефективність передачі сигналу для різних напрямків може бути неоднакова і характеризується діаграмою спрямованості. Для оцінки ефективності передачі сигналу з різних напрямків введено поняття ізотропного випромінювача, або ізотропної антени.
У природі ізотропних випромінювачів не існує. Кожна передавальна антена, навіть найпростіша, випромінює енергію нерівномірно - в якомусь напрямку її випромінювання максимально. Ізотропний же випромінювач розглядається виключно як деякого еталонного випромінювача, з яким зручно порівнювати всі інші антени.
2.2.2. Діаграма спрямованості антени
Спрямовані властивості антен прийнято визначати залежністю напруженості випромінюваного антеною поля від напрямку. Графічне представлення цієї залежності називається діаграмою спрямованості антени. Тривимірна діаграма спрямованості зображується як поверхня, що описується виходить з початку координат радіус-вектором, довжина якого в тому чи іншому напрямку пропорційна енергії, випромінюваної антеною в даному напрямку. Крім тривимірних діаграм, часто розглядають і двовимірні, які будуються для горизонтальної та вертикальної площин.
При цьому діаграма спрямованості має вигляд замкнутої лінії в полярній системі координат, побудованої таким чином, щоб відстань від антени (центр діаграми) до будь-якої точки діаграми спрямованості було прямо пропорційно енергії, випромінюваної антеною в даному напрямку.
Приклад діаграми спрямованості в горизонтальній і вертикальній площині.
Для ізотропної антени, яка випромінює енергію однаково в усіх напрямках, діаграма спрямованості являє собою сферу, центр якої збігається з положенням ізотропного випромінювача, а горизонтальна і вертикальна діаграми спрямованості ізотропного випромінювача мають форму кола.
Для спрямованих антен на діаграмі спрямованості можна виділити так звані пелюстки, тобто напрямки переважного випромінювання. Напрямок максимального випромінювання антен називається головним напрямком; відповідний йому пелюстка - головним; інші пелюстки - бічними, а пелюстка випромінювання в бік, зворотний головному напрямку, називається заднім пелюсткою діаграми спрямованості антени. Напрямки, в яких антена не приймає і не випромінює, називаються нулями діаграми спрямованості.
Діаграму спрямованості також прийнято характеризувати шириною, під якою розуміють кут, всередині якого коефіцієнт посилення зменшується по відношенню до максимального не більше ніж на 3 дБ. Практично завжди коефіцієнт посилення і ширина діаграми взаємопов'язані: чим більше посилення, тим вже діаграма, і навпаки.
2.2.3. Коефіцієнт посилення антени
Коефіцієнт посилення антени визначає, наскільки децибел щільність потоку енергії, що випромінюється антеною в певному напрямку, більше щільності потоку енергії, який був би зафіксований в разі використання ізотропної антени. Коефіцієнт посилення антени вимірюється в так званих ізотропних децибелах (дБи або dBi).
Так, якщо коефіцієнт посилення антени в заданому напрямку становить 5 dBi, то це означає, що в цьому напрямку потужність випромінювання на 5 дБ (в 3,16 рази) більше, ніж потужність випромінювання ідеальної ізотропної антени. Природно, збільшення потужності сигналу в одному напрямку тягне за собою зменшення потужності в інших напрямках. Звичайно, коли говорять, що коефіцієнт посилення антени становить 5 dBi, то мається на увазі напрямок, в якому досягається максимальна потужність випромінювання (головний пелюсток діаграми спрямованості).
Знаючи коефіцієнт посилення антени і потужність передавача, неважко розрахувати потужність сигналу в напрямку головної пелюстки діаграми спрямованості. Так, при використанні бездротовою точкою доступу з потужністю передавача 20 dBm (100 мВт) і спрямованої антени з коефіцієнтом посилення 10 dBi потужність сигналу в напрямку максимального посилення складе 20 dBm + 10 dBi = 30 dBm (1000 мВт), тобто в 10 разів більше , ніж в разі застосування ізотропної антени.
2.2.4. поляризація
Електромагнітні хвилі, які випромінює антеною, можуть по-різному поширюватися в середовищі. Особливості поширення залежать від поляризації передавальної антени. Вона може бути лінійної або кругової.
Більшість антен, використовуваних для бездротового зв'язку, є антенами з лінійною поляризацією, горизонтальної або вертикальної. Перше означає, що вектор електричного поля лежить у вертикальній площині, друге - що в горизонтальній. Найчастіше застосовується вертикальна поляризація, хоча в деяких ситуаціях антени з горизонтальною поляризацією ефективніше.
Для лінії зв'язку, що працює в межах прямої видимості, на обох її кінцях потрібно використовувати антени з однаковою поляризацією. Іноді, при зміні поляризації (тобто при повороті антени щодо кріплення на 90 °) можна поліпшити якість зв'язку, позбувшись від деяких перешкод.
2.2.5. Компроміс при виборі антен
При виборі антени пам'ятайте, що багато її параметри взаємопов'язані, тому, хоча оптимальним варіантом, здавалося б, була максимізація всіх "позитивних" характеристик антени або мінімізація всіх "негативних", на практиці таке виявляється неможливим. Наприклад, якщо ви виберете антену з дуже широким головним пелюсткою, вам доведеться пожертвувати коефіцієнтом підсилення; вибравши широкосмуговий антену, ви можете виявити, що її діаграма спрямованості неоднорідна. Тому важливо визначити, які саме характеристики антени важливі для умов конкретного її застосування, і зробити відповідний вибір.
2.2.6. Типи антен для Wi-Fi-пристроїв
У плані використання все антени для Wi-Fi-пристроїв можна умовно розділити на два великі класи: антени для зовнішнього (outdoor) і для внутрішнього застосування (indoor).
Відрізняються ці антени насамперед герметичністю і стійкістю до зовнішніх впливів навколишнього середовища. Антени для зовнішнього використання більше за розмірами і передбачають кріплення або до стіни будинку, або до вертикального стовпа.
По спрямованості антени діляться на всеспрямовані (ненаправлення) і спрямовані.
2.2.6.1. Всеспрямовані антени (Omni-directional)
Всеспрямовані антени - це антени з круговою діаграмою направленності.Всенаправленние антени рівномірно покривають територію в усьому радіусі дії. Як правило, всеспрямовані антени представляють собою штир, що встановлюється вертикально. Цей штир поширює сигнал у площині, перпендикулярній своєї осі. Такими антенами комплектуються бездротові IP Wi-Fi камери кімнатного виконання, точки доступу кімнатного виконання і т.д.
Використання всеспрямованих антен дуже обмежена, їх, як правило, застосовують тільки в приміщеннях і лише в рідкісних випадках на вулиці при відстані до бездротових камер не більше 300-500 метрів, так як вони через кругової діаграми спрямованості не тільки випромінюють на всі боки, але і «збирають перешкоди» також з усіх боків.
Крім того, необхідно пам'ятати, що всеспрямовані антени мають кругову діаграму спрямованості тільки в горизонтальній площині! Наприклад, вулична всенаправленная антена ANT-OM8 з посиленням 8 дБ має діаграму спрямованості в горизонтальній площині 360 ° і всього 60 ° у вертикальній площині, тобто всі бездротові пристрої повинні перебувати на такій висоті, щоб потрапляти у ворота 60 ° даної антени.
А всенаправленная антена ANT-OM15 з посиленням 15 дБ має діаграму спрямованості в горизонтальній площині 360 ° і всього 10 ° у вертикальній площині, тобто всі бездротові пристрої повинні перебувати на такій висоті, щоб потрапляти у ворота 10 ° даної антени, що неможливо, наприклад, при розміщенні даної антени на даху висотного будинку, а бездротових Wi-Fi камер на стовпах.
2.2.6.2. спрямовані антени
Спрямовані антени використовуються для зв'язку Точка-Точка або Точка - многоточка. Якщо Вам потрібно підключити бездротову камеру на відстані більше 50-100 метрів, необхідно використовувати саме таку антену. Спрямовані антени діляться на секторні антени, антени типу хвильовий канал, параболічні і сегментно-параболічні антени, панельні антени і т.д.
2.2.6.2.1. секторні антени
Секторні антени призначені для випромінювання радіохвиль в певному секторі, зазвичай 60 °, 90 ° або 120 °. Секторними антенами дуже легко регулювати зони покриття передавачів практично без перешкод для інших сегментів Wi-Fi мережі.
2.2.6.2.2. Антени «хвильової канал»
Антени типу "хвильовий канал" (або антени Уда - Яги, по іменах вперше описали її японських винахідників) набули широкого поширення. Складається антена "хвильовий канал" з активного елемента - вібратора - і пасивних елементів - рефлектора і декількох директорів, встановлених на одній загальній стрілі.
2.2.6.2.3. Сегментно-параболічні антени
Дані антени призначені для організації бездротового зв'язку на великі відстані в діапазоні 2.4 ГГц, відрізняються підвищеним посиленням і дозволяють організувати зв'язок з бездротовими камерами на відстані до декількох десятків кілометрів.
2.2.6.2.4. панельні антени
Дані антени мають плоску конструкцію і найбільш зручні при монтажі, добре працюють на відстанях до декількох кілометрів і найбільш широко застосовуються.
2.2.7. Грозозахист
Грозозахист є важливим елементом бездротової мережі. Розділяють грозозахист, призначену для захисту антенно-фідерних трактів, виходів приймачів від наведеного електромагнітного імпульсу грозових розрядів (статичну електрику) і грозозахист, призначену для захисту кабелів Ethernet від дії електростатичного напруги в передгрозової період, а також для зниження амплітуди наведених перешкод, які впливають на обладнання локальних обчислювальних мереж в грозовий період.
Увага! Грозозахист необхідно заземлити, або повинна бути заземлена щогла, на якій вона встановлена.
Застосування грозозахисту зменшує ймовірність пошкодження обладнання в 5-6 разів в порівнянні з незахищеним. Вона здатна забезпечити захист тільки від вторинних дій блискавки, і неефективна в разі прямого попадання в кабель. Установка грозозащіт утруднень не викликає, але слід пам'ятати, що грозозахист працює тільки при високій якості заземлення.
2.3. Розміщення антен
Як уже згадувалося вище, є невелика кількість неперекривающіхся каналів, і при великій кількості підключаються камер доводиться використовувати суміжні або перекриваються канали. Між цими каналами в місці розміщення антен можливі взаємні перешкоди і інтерференція. Більш того, можливо глушіння приймача працюють поруч передавачем.
Тому точки доступу і антени слід розміщувати таким чином, щоб у ворота розкриття антени не потрапляв сигнал сусідньої точки доступу, особливо працює на близькій частоті. Крім того, точки доступу необхідно фізично розносити на відстань не менше 1-5 метрів, щоб уникнути інтерференції між чіпами точок доступу.
Наступна сторінка
Але що ж тоді означає коефіцієнт посилення?
