Kõik, mida peate teadma traadita ühenduse põhialuste kohta

Sissejuhatus
See dokument hõlmab põhitõdesid, kuidas traadita tehnoloogia töötab ja kuidas seda võrkude loomisel kasutatakse. Traadita tehnoloogiat kasutatakse paljudes kommunikatsiooniliikides. Me kasutame seda võrkude loomiseks, kuna see on odavam ja paindlikum kui kaablite töötamine. Kuigi traadita võrgud võivad olla sama kiired ja võimsad kui traadiga võrgud, on neil siiski teatud puudusi.

Lisaks mõnele taustteabele hõlmab see dokument ka kuut põhimõistet:

# Juhtmevabad signaalid - mis need on ja kuidas signaalid võivad erineda.
# Juhtmeta seadmed - vastuvõtjate ja saatjate erinevused ja kasutusviisid.
# Wi-Fi-režiimid - kuidas võrgud koosnevad klientidest, pääsupunktidest või ajutistest seadmetest.
# Wi-Fi signaalid - WiFi unikaalsed omadused ja signaalide korraldus.
# Toite ja vastuvõtja tundlikkus - kui kaugele iga traadita seade suudab minna ja kui hästi ruuter ruutub häirete ja müra kuulamiseks ning filtreerimiseks.
# Antennid - kuidas antenni tüüp muudab ruuteri edastusviisi.

Selle materjali lugemine peaks võtma umbes tunni. Tegevuste läbi töötamine või rühmaga teemale sügavamale sukeldumine võib võtta kauem aega.

Mis on traadita signaal?

Traadita ühenduse signaalid on olulised, kuna nad saavad juhtmeid kasutamata teavet - heli, videot, meie hääli ja andmeid - edastada ning see teeb neist väga kasuliku.

Traadita ühenduse signaalid on õhu kaudu liikuvad elektromagnetilised lained. Need moodustuvad, kui elektrienergia liigub läbi metallitüki - näiteks juhtme või antenni - ja selle metallitüki ümber moodustuvad lained. Need lained võivad sõltuvalt selle energia tugevusest mõnda kaugust läbida.

Traadita signaalide tüübid
Traadita tehnoloogiaid on palju ja mitut tüüpi. Võib-olla olete tuttav AM- ja FM-raadio, televisiooni, mobiiltelefonide, WiFi, satelliidi signaalidega, näiteks GPS ja televisioon, kahesuunaline raadio ja Bluetooth. Need on mõned kõige tavalisemad signaalid, kuid mis eristab neid?

Sagedus
Esiteks, traadita signaalid hõivavad sageduste spektri või laia vahemiku: signaali vibratsiooni kiirus. Kui signaal vibreerib väga aeglaselt, on sellel madal sagedus. Kui signaal vibreerib väga kiiresti, on sellel kõrge sagedus. Sagedust mõõdetakse hertsides, mis arvutatakse, kui kiiresti signaal iga sekundiga muutub. Näiteks FM-raadiosignaalid vibreerivad sekundis umbes 100 miljonit korda! Kuna sidesignaalid on sageli väga kõrge sagedusega, lühendame sageduste mõõtmisi - miljonid vibratsioonid sekundis on Megaherts (MHz) ja miljardid vibratsioonid sekundis on Gigaherts (GHz). Tuhat megahertsi on üks gigaherts.

Näide sagedusvahemikud
Allpool näeme sidepidamises tavaliselt kasutatavate sageduste vahemikku. AM, FM ja televisiooni saatesaatjad kasutavad sagedusi alla 1000 MHz, WiFi kasutab kahte kõrgema sagedusega riba - 2.4 ja 5 GHz. Mobiiltelefonid kasutavad palju erinevaid sagedusi.

Sagedused vasakult paremale:
#AM raadio: umbes 10MHz
#FM raadio: umbes 100MHz
#Televisioon: palju sagedusi alates 470MHz kuni 800MHz ja muud.
#Kõlaritelefonid: 850MHz, 1900MHz ja teised
# WiFi: 2.4 GHz
#Satelliit: 3.5 GHz
# WiFi: 5 GHz

Modulatsioon
Lisaks erinevatele sagedustele võivad traadita signaalid teabe edastamise viisist erineda. Teabe saatmiseks tuleb traadita ühenduse signaali modifitseerida või muuta. Modulatsioone on palju liike ja erinevad tehnoloogiad võivad teabe saatmiseks ja vastuvõtmiseks kasutada ühte või mitut tüüpi. Kahes allpool toodud näites - AM ja FM-raadio - tähistab M modulatsiooni. Need modulatsiooni tüübid muudavad nad erinevad.

Esimene näide: AM-raadio. AM-i täht A pärineb amplituudist - signaali energiast või tugevusest, mis töötab ühel sagedusel. Modifitseerimata AM-laine võib välja näha järgmine:

Ja moduleeritud AM-raadiolainetel on kõrgemad ja madalamad energia (amplituudiga) lained, mis näitavad signaali kõrgemat ja madalamat helisagedust:

Vasakult paremale on meil tavaline, moduleerimata laine, siis madalam amplituudilaine (tähistab helilainete madalaid punkte), seejärel kõrgema amplituudiga laine (esindab helilainete helinaid või kõrgeid punkte).

AM-signaali täpsem versioon on allpool:

Helisignaal on ülaosas olev laine, selle all asub vastav amplituudmodulatsiooniga laine.

Teine näide: FM-raadio. FM-is olev F pärineb sagedusest - selle määrab ära, kui kiiresti laine vibreerib igal sekundil. Modifitseerimata FM-laine võib välja näha järgmine:




Ja moduleeritud FM-raadiolainel on kõrgemad ja madalamad sagedused, mis näitavad signaali kõrgemat ja madalamat helisagedust:




Vasakult paremale on meil tavaline, moduleerimata laine, siis madalama sagedusega laine (tähistab madalamaid heli amplituudid), siis kõrgema sagedusega laine (mis esindab kõrgemat heliamplituudi).

Erinevate tehnoloogiate abil suhtlemiseks kasutatavad modulatsioonid võivad olla väga erinevad ja sageli ei ühildu. Satelliidiseadmed ei saa rääkida otse teie sülearvuti või nutitelefoniga, mis kasutab teabe saatmiseks ja vastuvõtmiseks WiFi-ühendust. Seda seetõttu, et erinevate seadmete raadiod saavad kuulata ainult teatud tüüpi modulatsioone ja sagedusi.

Raadio Näiteks on mõnel ringhäälingu raadiovastuvõtjal lüliti AM ja FM signaalide vahel valimiseks kahel põhjusel: nad kasutavad edastuseks erinevaid sagedusi ja erinevaid modulatsioonitüüpe. Kui proovite AM-signaali kuulata raadio kaudu FM-režiimis, siis see ei tööta. Samuti on vastupidine - AM-režiimis pole FM-signaal vastuvõtjal mõtet. On oluline, et saatjad ja vastuvõtjad kasutaksid suhtlemiseks samu sagedusi ja modulatsiooni tüüpe.

Teie igapäevaelu seadmed kasutavad mitut tüüpi traadita signaale. Allolevas tabelis saate vaadata erinevaid sagedusi ja modulatsiooni tüüpe, mida mõlemad kasutavad:

Tehnoloogia või seade Traadita ühenduse signaali tüüp

Analoogvideo - amplituud moduleeritakse sageduselt 50MHz kuni 800MHz
Digitaalne video - keeruline modulatsioon sagedusest 200MHz kuni 800MHz

Hääl - analoog või digitaalne modulatsioon sagedusel 800MHz kuni 900MHz

3G, 4G või LTE - digitaalne modulatsioon sagedusel 1700MHz kuni 1900MHz ja teised
Bluetooth - digitaalne modulatsioon sagedusel 2400MHz
Raadiosaatjad / kahesuunaline raadio - analoog AM, FM või digitaalmodulatsioon paljudel sagedustel

Mitut tüüpi signaale - hääl, heli, video, andmeside

Paljud modulatsioonitüübid - analoog ja digitaalne
Paljud, paljud sagedused - 3400MHz, 5900MHz, 10.7GHz, 14.5GHz, 23GHz ja paljud teised.

Wi-Fi - digitaalne modulatsioon sagedusel 2400MHz või 5000–5800MHz.
Bluetooth - digitaalne modulatsioon sagedusel 2400MHz

AM raadio - AM modulatsioon vahemikus 0.6MHz kuni 1.6MHz
FM-raadio - FM-modulatsioon vahemikus 88MHz kuni 108MHz

Peaaegu iga seade või tehnoloogia kasutab erinevat traadita sagedust ja modulatsiooni. See tähendab, et enamik seadmeid saab aru ainult väga spetsiifilisest traadita signaalist.

Vastuvõtjad ja saatjad
Kui seade saadab traadita ühenduse signaali, nimetatakse seda saatjaks. Kui mõni teine ​​seade võtab selle traadita ühenduse signaali üles ja saab sellest aru, nimetatakse seda vastuvõtjaks. FM-raadio puhul on üks saatja - raadiojaama omandis ja hallatav - ning paljud vastuvõtjad, millega inimesed seda jaama kuulavad. Kui seadmel on nii saatja kui ka vastuvõtja, nimetatakse seda mõnikord transiiveriks. Selliseid seadmeid nagu ruuterid on võimalik nii edastada kui ka vastu võtta, mis teeb neist võrkude ülesehitamiseks kasuliku - tõenäoliselt tahate saada sõnumeid oma naabritele ja maailmale, aga ka sõnumeid vastu võtta!

Näited:

Kas kasutate kogu päeva jooksul rohkem saatjaid, vastuvõtjaid või transiiverid? Mis erineb nende kasutamise viisist?

WiFi-signaalid
Võrgu ülesehitamisel kasutate WiFi-tehnoloogiat, millel on mõned unikaalsed omadused, mida peate teadma.

Nende kasutatavate sageduste põhjal on kahte tüüpi WiFi-signaale:

# 2.4 GHz - 

Madalam sagedus, see on tänapäeval levinum WiFi-tehnoloogia. Paljud seadmed kasutavad seda, nii et signaalid võivad muutuda rahvarohkemaks ja üksteist häirida. See läbib seinu ja aknaid üsna hästi.

# 5 GHz - 

Seda kõrgema sagedusega tehnoloogiat kasutab vähem seadmeid ja see võib mõnikord saavutada ka suurema kiiruse, kuna sagedused on vähem ülerahvastatud. See ei pääse läbi seinte ja akende ning 2.4 GHz sagedusriba signaale, seega on 5 GHz tehnoloogia leviala sageli lühem.
Neid kahte tüüpi WiFi-sid nimetatakse sagedusribadeks või lühidalt lihtsalt ribadeks.

Iga WiFi-s kasutatav sagedusriba on jagatud mitmeks "kanaliks". Iga kanal sarnaneb peoruumidega - kui üks tuba on rahvarohke, on raske vestlust pidada. Võite kolida järgmisesse ruumi, kuid see võib ka rahvast täis saada. Niipea, kui hoone on täis, muutub peol vestlus keeruliseks.

2.4 GHz sagedusala
2.4 GHz sagedusala jaoks on kokku 14 kanalit. Kahjuks kattuvad need kanalid, nii et need pole kõik korraga kasutatavad. Kui seadistate võrgusilmavõrku - peavad kõik võrgulinkid olema samal kanalil.

Saadaolevad kanalid varieeruvad olenevalt sellest, kus te maailmas olete. Näiteks USA-s ei ole kanalid 12, 13 ja 14 WiFi jaoks lubatud, kuna neid sagedusi kasutavad tele- ja satelliitteenused. Kui ehitate võrke Ameerika Ühendriikides, saate kasutada ainult kanaleid 1–11. Mujal maailmas on kanalid 1–13 üldiselt kasutatavad ja mõnes kohas on kanal 14 saadaval.

Sellest hoolimata on Ameerika Ühendriikide ja kogu maailma parimateks kanaliteks 2.4 GHz sagedusalas kasutatavad kanalid kanalid 1, 6 ja 11. See minimeerib häireid, mis on põhjustatud osaliselt kattuvatest WiFi-signaalidest:




Võite kasutada muid WiFi-kanalite komplekte, kui need asuvad 5-kanalise vahega - näiteks 3, 8 ja 13. See ei pruugi siiski olla optimaalne, kuna kanalid 1 ja 2 jääksid kasutamata ja paljudes kohtades maailmakanal 13 pole saadaval. Kus iganes sa ka pole, proovi ja kontrolli, millised kanalid on enim kasutuses, ning kavanda oma võrk selliseks, et see ei kattu.

5 GHz sagedusala
5 GHz sagedusriba on palju laiem ja sellel on rohkem kanaleid, seega on diagramm pisut ulatuslikum. Õnneks need kanalid ei kattu, nii et te ei pea muretsema mittestandardsete kanalite valimise pärast nagu 2.4 GHz sagedusalas.

5 GHz sagedusalas on saadaval veel palju kanaleid, seega peaks selles sagedusalas olema lihtsam kanalit valida, mis ei tekita häireid. See ei pruugi alati tõsi olla - üha enam traadita seadmeid hakkab kasutama 5 GHz sagedust

Ameerika Ühendriikides on silmavõrkude ehitamiseks saadaval ainult kanalid 36, 40, 44, 48, 149, 153, 157, 161 ja 165. Pöörduspunktidele või muud tüüpi kogukondlikele võrkudele on saadaval ka muid kanaleid, kuid need kanalid ei tööta traadita võrguga. Parim koht teie piirkonnas lubatud kohtade kontrollimiseks on võrgus. Lingid on toodud dokumendi lõpus jaotises Välised ressursid.

Traadita võrgu seadistamisel peate mõtlema, millist sagedusriba kasutada ja millist kanalit kasutada.

Toite ja vastuvõtja tundlikkus
Paljud inimesed tahavad teada, kui kaugele raadiosignaalid lähevad. Selle teadmine on võrgu kavandamisel oluline, kuna ruuterite võimsus mõjutab võrgu kujundust ja seda, kui palju seadmeid on vaja.

Erinevatel WiFi-ruuteritel võib olla väga erinev energiatarve. Mõni on palju tugevam: neil on rohkem rääkimis- või edastamisjõudu kui teistel. Mõned on väga head kuulajad: neil on nn parem vastuvõtutundlikkus. Need kaks elementi määravad, kui hästi traadita seadmed ühenduvad ja kui kaugel saab vastuvõttev WiFi-ruuter olla.

Tootjad ei avalda tavaliselt teavet oma ruuteri edastusvõimsuse ega vastuvõtutundlikkuse kohta. Selle asemel annab tootja nende ruuteritele üldise „vahemiku” hinnangu, tavaliselt üksteise suhtes. Mõnel juhul leiate tavaliselt äri- või professionaalsematele seadmetele vastava teabe saatevõimsuse edastamiseks ja tundlikkuse vastuvõtmiseks.

Ruuteri saatevõimsust saab mõõta kahe skaalaga - millivatti (mW) või dBm:
# Millivatt on tuhandik (see on 1/1000) ühe vatti kohta - see on üldine võimsuse mõõtmine. Näiteks võib elektripirn olla 40 vatti. Ruuteri väljundvõimsus on 100mW, mis on 400 korda vähem!

#A dBm on suhteline mõõtmine logaritmide abil. Üks millivatti on 0 dBm. 10 millivatti on 10 dBm; 100 millivatti on 20 dBm jne. See on skaala, mida paljud võrgukujundajad kasutavad, et arvutada, kas pikemad traadita ühendused töötavad.

Allpool on toodud mõned näited tavalise WiFi-riistvara saatevõimsuse taseme kohta:

10mW (10dBm): sülearvuti või nutitelefon või väga odava Wi-Fi-ruuter.

        Umbes 25 kuni 50 meetrit

100mW (20dBm): kodu- või kontoriruumide siseruumide ruuter.

100mW (20dBm): välisektori ruuter.

500mW (1/2 vatti või 27dBm): välistingimustes fokusseeritud ruuterid.

Traadita saatja võimsus on vaid pool ühendusest. Wi-Fi-vastuvõtjal on mitu võimsustaset, mida ta kuuleb - ülaltoodud diagrammi „kuulamisjõud”. Seda nimetatakse ka vastuvõtutundlikkuseks. Vastuvõtu tundlikkuse väärtusi hinnatakse tavaliselt dBm-s ja jäävad tavaliselt vahemikku -40dBm kuni -80dBm. Negatiivne arv näitab väga väikest signaali - pisikesi murdosa millivati ​​kohta.

Allpool on näide kahe ruuteri kohta, mis asuvad suhteliselt lähedal. Neil on hea ühendus, kuna nendevaheline signaali tugevus on tugev.

Kui vastuvõtja eemaldub traadita ruuterist, muutub tema kuuldud signaal vaiksemaks - teisisõnu, selle vastuvõetud energia väheneb. Allpool näeme samu ruutereid, kuid nende vahemaa on suurem. Sel juhul on ruuteritel ühendus nõrgem, kuna signaal on ruuterite kuulmise piiri lähedal. Ruuterite vaheline kiirus on väiksem.

Kui ruuter liigub saatjast liiga kaugele, ei saa see signaali vastu võtta kas liiga nõrga signaali või muude segavate signaalide tõttu ja ruuterid katkevad. Altpoolt näeme, et kaks ruuterit on lahti ühendatud, kuna signaali pole piisavalt.

Traadita välistingimustes kasutatavate seadmete optimaalne signaalivahemik on vahemikus -40dBm kuni -60dBm. See tagab ühenduse maksimaalse ribalaiuse säilimise.

Antennid
Traadita ruuteritel on erinevat tüüpi antenne. Mõnes ruuteris on sisseehitatud antennid ja mõnikord saavad ruuterid valida antenni, mille saate ruuteri külge kinnitada. Spetsiifilisi antennitüüpe on palju, kuid enamasti kasutatakse kolme põhitüüpi, mis on kasulikud traadita võrgu loomisel. Samuti on kõige levinum esimest tüüpi antenn - kõik ühesuunalised.

Mitmesuunalised antennid
Mitmesuunaline antenn saadab signaali võrdselt kõigist suundadest ümber selle.

Mitmesuunaliste antennide kasutamise eeliseks on ühenduste loomine igas suunas. Mitme naabri või ehitisega ühenduse loomiseks ei pea te nii palju tegema. Kui sõlmede vahel on piisavalt signaali, peaksid need ühenduma.




Nende antennide igasuunaline tugevus seisneb nõrgema signaali edastamise puuduses. Kuna signaal läheb igas suunas, levib see laiali ja nõrgeneb vahemaaga väga kiiresti. Kui sõlmed või kliendid on kaugel, ei pruugi nad ühendust luua.




Samuti, kui ruuteri ühes suunas on ainult sõlmed või kliendid, raisatakse vastassuunas liikuvaid signaale:

Suunantennid
Järgmist tüüpi antenni nimetatakse suunatuks - see saadab signaali fokuseeritumal viisil. Suundantenne on kahte tüüpi:

Sektoriantenn

Teravustatud antenn

Sektoriantennid saadavad pirukakujulist kiilu signaali - see võib olla vahemikus 30 kuni 120 kraadi. Need on sageli pikad, ristkülikukujulised antennid, mis on ruuterisse eraldi või integreeritud. Fookustatud antenn saadab kitsa signaalikiire - see on tavaliselt umbes 5–10 kraadi lai, kuid võib olla ka pisut laiem. Need on sageli nõud või nende taga on peegeldav signaal.

Suundantennide kasutamise eeliseks on signaali ühes suunas liikumise vahemaa suurendamine, vähendades see kõigis teistes suundades. Kuna signaal läheb kõik ühte suunda, on nüüd fookuses võimsus, mis saadetaks igas suunas kahesuunaliste sõlmedega, suurendades võimsust selles suunas.

See võib vähendada ka sõlmes vastuvõetud häireid. Antenni tuleb vähem signaale, kuna sõlm kuulab signaale ainult selle suunaga, kuhu see osutab. Ta ei kuule signaale taga ega ka külgedelt või üldse. See vähendab signaale, mida ta peab sorteerima, ja võimaldab keskenduda rohkem teistele signaalidele, suurendades nende ühenduste kvaliteeti.

Suundantennide puuduseks on ka see, et teie naabrusse linkide loomiseks on vaja rohkem planeerida. Kuna määratlete ja piirate piirkondi, kus traadita signaalid levivad, peate mõtlema, kuidas need signaalid teie naabruskonda katavad. Kui on piirkondi, mis jäetakse siis välja, kuidas need piirkonnad võrku kaasatakse?

Samuti on sõlmel väga võimas signaal ühes suunas. Kui kõik suundmoodulid või madalama võimsusega seadmed, näiteks sülearvutid, ühendavad sõlme, ei pruugi need õigesti ühenduda. Sülearvuti kuuleb sõlme väga hästi, kuid suund ei pruugi sülearvutit kuulda. See loob olukorra, kus tundub, et on tugev signaal, kuid te ei saa ühendust luua.

Suunatud antennid ei suuda vastu võtta seda, mida nad ei näe

Mõisted
# Ühesuunaline
Kui sõlme külge on kinnitatud kahesuunaline antenn, saab ta raadiosignaale kõigis suundades võrdselt saata ja vastu võtta. Signaal on tegelikult kõige tugevam antenni "külgedele". Antenni "otstest" tuleb väga vähe signaali või puudub see üldse.
#Suundantenn
Kui sõlmele on kinnitatud suunaantenn, on traadita signaal ühes suunas väga tugev ja igas teises suunas on signaal väga nõrk või puudub. See moodustab tavaliselt antenni eestpoolt koonuse või kiilukujulise ala.
#Võtke tundlikkust
Vastuvõetud signaali miinimumtase, mida seade vajab signaali mõistmiseks.
# Juurdepääsupunkt
Seade, mis võimaldab traadita seadmetel WiFi-ühenduse kaudu traadiga võrguga ühenduse luua.
#vatt
Võimsuse ühik, tavaliselt kirjutatakse “W”. Wi-Fi-seadmete kõige tavalisemad võimsustasemed jäävad vahemikku millivatti - ehk tuhat tuhat vatti.
#dBm
Ligikaudne võimsuse suhe detsibellides (dB), mis on võrdne ühe millivatiga (mW). 0 dBm võrdub 1 millivatiga.

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri