Передача сигнала Интернета при помощи беспроводного соединения — наиболее популярный способ получения доступа на сегодняшний день. Для этого применяются специальные виды устройств, которые называются роутер или маршрутизатор. Они могут обладать различными качествами и характеристиками, например, стандарты Wifi связи, скорость соединения и другие.
Один из максимально важных параметров — режим работы устройства. В интерфейсах роутера можно выбрать протоколы и стандарты Вай Фай, чтобы получить оптимальную скорость и пропускную способность, а также безопасность беспроводной сети. Для определения наиболее удачного параметра в настройках, требуется понимать, что такое протоколы Wifi, и какое влияние оказывают представленные настройки.
Мощность передатчика (Tx Power, Output Power)
Разные единицы измерения. Некоторые производители указывают мощность в mW, некоторые — в dBm. Перевести dBm в mW и наоборот, не забивая себе голову формулами перерасчета, можно с помощью нашего калькулятора.
Стоит заметить, что зависимость между этими двумя представлениями мощности — нелинейная. Это легко увидеть при сравнении готовых значений в таблице соответствий, которая расположена на той же странице, где и вышеприведенный калькулятор:
- Увеличение мощности на 3 dBm дает прирост в мВт в 2 раза.
- Увеличение мощности на 10 dBm дает прирост в мВт в 10 раз.
- Увеличение мощности на 20 dBm дает прирост в мВт в 100 раз.
Т. е., уменьшив или увеличив мощность в настройках «всего лишь» на 3 дБм, мы фактически понижаем или повышаем ее в 2 раза.
Чем больше, тем лучше? Теоретически, существует прямая зависимость — чем больше мощность, тем лучше, дальше «бьет» сигнал, тем больше пропускная способность (объем передаваемых данных). Для магистральных каналов точка-точка с направленными антеннами, поднимаемых на открытых пространствах, это действует. Однако во многих других случаях не все так прямолинейно.
- Помехи в городе. Выкрученная на максимум мощность может скорее повредить, чем помочь в городских условиях. Слишком сильный сигнал, переотражаясь от многочисленных препятствий, создает массу помех, и в итоге сводит на нет все преимущества большой мощности.
- Засорение эфира. Неоправданно мощный сигнал «забивает» канал передачи и создает помехи для других участников WiFi-движения.
- Синхронизация с маломощными устройствами. Снижать TX Power может быть необходимо при соединении с маломощными устройствами. Для хорошего качества соединения, особенно двусторонне ёмкого трафика, такого как интерактивные приложения, онлайн-игры и т. д. нужно добиваться симметрии скорости для входящих и исходящих данных. Если же разница в мощности сигнала между передающим и принимающим устройствами будет значительна, это скажется на соединении не лучшим образом.
Мощности должно быть ровно столько, сколько необходимо. Даже при настройке точек доступа советуется сначала сбросить мощность до минимума и постепенно повышать, добиваясь наилучшего качества сигнала. При этом помните о нелинейной зависимости между мощностью, выраженной в дБм и фактической энергетической мощностью, о чем мы говорили в начале статьи.
Важно также учитывать, что дальность и скорость зависят не только от мощности, но и от КУ (коэффициента усиления) антенны, чувствительности приемника и т. д.
Какой режим Wi-Fi выбрать
Обычно в любом устройстве по типу роутера или модема установлен смешанный режим использования (802.11n/ac mixed или 802.11b/g/n mixed). Нужно это для решения проблем с подключением девайсов и повышения шансов совместимости двух аппаратов. Это позволяет подключаться к маршрутизатору не только с новых смартфонов, но и со старенького ноутбука.
Есть утверждение, что установка 802.11n («Только n») позволяет существенно увеличить скорость передачи данных. Это работает не всегда, но попробовать можно. Если у человека нет старых гаджетов, которые не поддерживают 802.11n, то можно смело установить этот режим и проверить качество беспроводной сети, выполнить замеры.
Популярный для работы набор 802.11 bgn
Некоторые роутеры работают только на диапазоне с частотой 5 GHz. Для них рекомендуется установить смешанный тип «n/ac». Проверить преимущества и изменения в скорости можно всегда. Достаточно выставить определенный режим, произвести замер. Затем устанавливают другой режим. И так до тех пор, пока не будет найден оптимальный. Важно не забыть, какие именно настройки были изменены, чтобы не пришлось потом их искать и сбрасывать роутер.
Таким образом, режимов Wi-Fi существует немало, как и стандартов. Для выбора используемого протокола необходимо определить, все ли устройства в доме его поддерживают. Подробнее о технической части Wi-Fi можно прочитать на Wiki.
Чувствительность приемника (Sensitivity, Rx Power)
Чувствительность приемника WiFi — это минимальный уровень входящего сигнала, который способно принять устройство. От этой величины зависит, насколько слабые сигналы приемник сможет расшифровать (демодулировать).
Соответственно этому можно подобрать оборудование для условий, в которых вы хотите поднять беспроводное соединение.
«Слабый» в данном случае не обязательно — «недостаточно мощный». Слабым сигнал может быть как в результате естественного затухания при передаче на дальнее расстояние (чем дальше от источника — тем слабее уровень сигнала), поглощения преградами, так и в результате плохого (низкого) соотношения сигнал/шум. Последнее важно, так как высокий уровень шума заглушает, искажает основной сигнал, вплоть до того, что принимающее устройство не сможет его «выделить» из общего потока и расшифровать.
Чувствительность (RX Power) — это второй важный фактор, влияющий на дальность связи и скорость передачи. Чем абсолютное значение чувствительности больше, тем лучше (например, чувствительность в -60 dbm хуже, чем -90 dBm).
Почему чувствительность отображается со знаком минус? Чувствительность определяется подобно мощности в dBm, но со знаком минус. Причина этого — в определении dBm как единицы измерения. Это относительная величина, и отправной точкой для нее служит 1 мВт. 0 дБм = 1 мВт. Причем соотношения и шкала этих величин устроены своеобразным образом: при увеличении мощности в мВт в несколько раз, мощность в дБм растет на несколько единиц (аналогично мощности).
- Мощность радиопередатчиков больше, чем 1 мВт, поэтому выражается в положительных величинах.
- Чувствительность радиопередатчиков, или точнее — уровень входящего сигнала, всегда намного меньше 1 мВт, поэтому ее принято выражать в отрицательных величинах.
Представлять чувствительность в в мВт просто-напросто неудобно, так как там будут фигурировать такие цифры, как 0.00000005 мВт, к примеру. А при выражении чувствительности в dBm мы видим более понятные -73 dbm, -60dBm.
Чувствительность — неоднозначный параметр в характеристиках точек доступа, роутеров, и т. п. (впрочем, как и мощность, на самом деле). В реальности он зависит от скорости передачи сигнала и в характеристиках оборудования обычно указан не одной цифрой, а целой таблицей:
На скриншоте из спецификации Nanobeam M5-300 перечислены различные параметры передачи сигнала WiFi (MCS0, MCS1 и т. д.) и то, какую мощность и чувствительность сигнала показывает устройство с ними.
Здесь мы упираемся в еще один вопрос — что означают все эти аббревиатуры (MCS0, MCS1, 64-QAM и т. д.) в спецификациях, и как нам все-таки с их помощью определить чувствительность точки?
Что такое MCS (Modulation and Coding Scheme)?
MCS в переводе с английского расшифровывается как «модуляции и схемы кодирования». В обиходе его иногда называют просто «модуляции», хотя в отношении MCS это не совсем верно.
Что такое модуляция? Для согласования пространственных потоков между различными устройствами и повышения эффективности передачи в радиотехнике уже довольно давно используются модуляции сигнала. Модуляция — это когда на несущую частоту накладывается сигнал с информацией, видоизмененный определенным образом (шифрование, изменение амплитуды, фазы и т. д.).
В результате получается модулированный сигнал. Со временем изобретаются все новые, более эффективные методы модуляции.
Но MCS-индекс, который устанавливается стандартами IEEE, означает не просто модуляцию сигнала, а совокупность параметров его передачи:
- тип модуляции,
- скорость кодирования информации,
- количество использованных при передаче пространственных потоков (антенн),
- ширину канала при передаче,
- длительность защитного интервала.
Результатом является определенная канальная скорость, получаемая при передаче сигнала с учетом каждой из таких совокупностей.
В этой таблице можно посмотреть, какая скорость (а также мощность, чувствительность и другие параметры) какому индексу MCS соответствует, согласно утвержденных стандартов 802.11n и 802.11ac.
Например, если мы выберем из вышеприведенной спецификации лучшее сочетание мощности (26 dBm) и чувствительности (-96 dBm) — это MCS0.
Заглянем в таблицу соответствия, и посмотрим, что за параметры передачи у MCS0. Прямо скажем, грустные параметры:
- 1 антенна (1 пространственный поток)
- Скорость передачи от 6,5 Мбит/сек на канале 20 МГц до 15 Мбит/сек на канале 40 МГц.
То есть вышеуказанную мощность и чувствительность сигнала точка дает только на таких низких скоростях.
При определении чувствительности точек доступа Wi-Fi (да и мощности) нам лучше ориентироваться на индексы MCS в спецификации (datasheet) с более эффективными, стандартными параметрами передачи.
Например, в той же спецификации на Nanobeam возьмем MCS15: мощность 23 dBm, чувствительность -75 dBm. В таблице этому индексу соответствует 2 пространственных потока (2 антенны) и скорость от 130 Мбит/сек на канале 20 МГц до 300 Мбит/сек на 40 МГц.
Собственно, именно на этих параметрах (2 антенны, 20 МГц, 130/144.4 Мбит/сек) в большинстве случаев и работает Nanobeam (MCS15 в поле Max Tx Rate в AirOS обычно выставлено по умолчанию).
Таким образом, стандартная, то есть используемая чаще всего, чувствительность Nanobeam M5-300: -75 dBm.
Однако следует учесть то, что иногда нужнее как раз не высокая скорость, а стабильность линка, или дальность, в этих случаях в настройках можно изменить модуляцию на MCS0 и другие низкие канальные скорости.
Таблицу MCS-индексов (или таблицу скоростей, как ее иногда называют) также используют для обратного поиска: просчитывают, какой скорости можно добиться на определенной мощности и чувствительности Wi-Fi оборудования.
История
В самом расцвете Wifi, скорость передачи данных была достаточно низкой. Использовался радиоканал, быстродействие которого не превышало одного Мегабит в секунду, иногда доходила до двух. Первый высокочастотный формат для беспроводного соединения имел название IEEE 802.11a. В нем скорость достигала до 54 Мегабит в секунду, что считалось очень быстрым. Частота работы соответствовала пяти Гигагерц.
В 1999 годе вышел в свет новый тип Wifi, который не стал ожидаемым продолжением, а получил новую технологию. Его название — IEEE 802.11b. Применяется технология HR-DSSS и предусмотрено использование не лицензируемого диапазона частот в 2,4 ГГц. Быстродействие передачи составляло до одиннадцати Мегабит в секунду.
Важно! Все спецификации Вайфай, стандартные параметры шифрования и прочие характеристики, проверяются на совместимость и проходят сертификацию в специальной организации, под названием Wi-Fi Alliance.
Продолжительный период именно 802.11b являлся самым распространенным и популярным типом, на основе которого строилось множество сетей на беспроводной технологии. Сейчас, его сменил g, который так же постепенно уступает место Wifi n стандарту, скорость которого достаточно высока.
802.11g вышел еще в 2002 году, представляет собой 2,4 Гигагерц частоты при скорости передачи данных по Wifi, равной 54 Мегабит в секунду. Скорость Wifi с a до b, g, n, постоянно увеличивалась. С выходом новых драйверов она также повышалась.
Последние версии имеют обратную совместимость с 802.11b. Например, обратная совместимость 802.11g может быть выполнена в технике модуляции DSSS. Тогда быстродействие подключения будет лимитирована 11 Мбит/с, или в технике модуляции OFDM, в котором быстродействие будет на уровне 54 Мегабит в секунду. Получается, что такой стандарт является наиболее оптимальным в соединениях рассматриваемого типа.
Ширина полосы (Channel Sizes)
В WiFi для передачи данных используется разделение всей частоты на каналы. Это позволяет упорядочить распределение радиочастотного эфира между разными устройствами — каждое оборудование может выбрать для работы менее зашумленный канал.
Упрощенно такое разделение можно сравнить с шоссе. Представьте, что было бы, если вся дорога была одной сплошной полосой (пусть даже односторонней) с потоком машин. А вот 3-4 полосы уже вносят определенный порядок в движение.
Складываем и делим. Стандартная ширина канала в WiFi — 20 МГц. Начиная с 802.11n была предложена и регламентирована возможность объединения каналов. Берем 2 канала по 20 МГц и получаем 1 на 40 МГц. Для чего? Для увеличения скорости и пропускной способности. Шире полоса — больше данных можно передать.
Недостаток широких каналов: больше помех и меньшее расстояние передачи данных.
Существует также обратная модификация каналов производителями: уменьшение их ширины: 5, 10 МГц. Узкие каналы дают большую дальность передачи, но меньшую скорость.
Модифицированная ширина канала (уменьшенная или увеличенная) и есть ширина полосы.
На что влияет: на пропускную способность и «дальнобойность» сигнала, наличие нескольких полос — на возможность тонкой подстройки этих характеристик.
Что такое Wi-Fi стандарт
Wi-Fi – это стандарт беспроводной связи, который появился в 1998 году, но начал развиваться еще в 1985, когда в США приняли решение об открытии нескольких полос беспроводной сети. На тот момент она использовалась для работы микроволновых печей и других приборов.
Фирменный логотип
Практика показывает, что многие люди даже не знают, что такое стандарты, вай-фай беспроводная сеть и так далее. Для многих это все одно – «Интернет». Это немного не правильно. «Wi-Fi» – это не глобальная сеть, а товарный знак. Если человек покупает оборудование (роутер, точку доступа, модем и так далее) с наклейкой Wi-Fi, то он получает сертифицированный продукт, который будет функционировать и обмениваться данными с другими такими же беспроводными девайсами.
Сам по себе термин был введен специальным Альянсом, который его разработал. Изначально он назывался ««IEEE 802.11b-compatible», но от такого названия быстро отказались в связи с его длиной. Было принято сократить его и видоизменить. «Wi-Fi» ничего не обозначает. Просто он был созвучен с Hi-Fi и это плюсом при рекламе стандарта. Уже потом он начал расшифровываться как Wireless Fidelity.
Логотип компании-разработчика стандарта
Скорее всего такие заблуждения людей связаны с неправильной рекламой технологий. За время существования было несколько крупных кампаний, но люди запомнили продукт не по его качествам, а по характеристикам ассоциированных с ним приборов и сетей.
Важно! Яркий пример – компания Xerox. Люди так привыкли к ее копировальным устройствам и принтерам, что теперь любой подобный аппарат все называют «ксероксом», а копию – «ксерокопией».
Усиление антенны (Gain)
Это еще один важный параметр, который влияет на дальность сигнала и пропускную способность.
Под усилением антенны WiFi не следует понимать то, что она добавит вашему сигналу мощности. Антенна — пассивное устройство, не потребляющее электроэнергию, и не может «добавлять мощность» хотя бы по закону сохранения энергии.
Коэффициент усиления (КУ) — это относительная величина, которая измеряется в изотропных децибелах (dBi). За отправную точку для расчета этого коэффициента (тех самых цифр, которые мы видим в графе «Усиление антенны» в технических характеристиках) берется виртуальная (несуществующая) эталонная изотропная антенна.
Каким же образом антенна может усиливать сигнал?
Возьмем для примера фонарик с возможностью изменения фокусировки луча.
Широкий луч будет освещать большую площадь, но недалеко.
Узкий луч будет освещать меньшую площадь, но «достанет» дальше.
Примерно так же работает и усиление антенны.
Посмотрим на примере диаграммы направленности.
Диаграмма направленности (ДН) — графическое отображение распространения мощности сигнала WiFi от источника. По радиусу диаграммы откладывается значение усиления антенны. Поскольку луч распространяется в пространстве и горизонтально, и вертикально, то и диаграммы направленности делаются в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной.
ДН эталонной (несуществующей) изотропной антенны:
Как видите, здесь излучение идет во все стороны, и в горизонтальной плоскости, и в вертикальной. В трехмерном виде это выглядит примерно так:
В реальных же антеннах — направленных, секторных и даже всенаправленных — антенна перераспределяет сигнал, «фокусирует» его.
Диаграмма всенаправленной антенны.
На рисунке — ДН антенны Omni (поляризация антенны двойная, поэтому представлены «срезы» горизонтальной и вертикальной плоскостей обеих поляризаций).
В вертикальной плоскости (Elevation) диаграмма всенаправленной антенны «сжалась», сузилась. Перераспределенная энергия пошла на усиление сигнала в горизонтальной плоскости, антенна «добавила» мощности в одном направлении, «забрав» его у другого.
Именно поэтому всенаправленные антенны чаще всего имеют самое маленькое усиление, а направленные — самое большое (больше потенциала для перераспределения сигнала).
Конечно, усиление антенны неравномерно на всей площади покрытия. Если в параметрах направленной антенны указано, например, 20 dBi, то это усиление относится только к главному лепестку антенны, не к боковым. Существуют формулы расчета усиления, и, соответственно, мощности в любой точке диаграммы направленности, но мы не будем здесь на них останавливаться.
Так на сколько увеличилась мощность благодаря усилению антенны? Несмотря на то, что мощность и усиление антенны выражаются, казалось бы, разными величинами (dBm и dBi), на самом деле и то, и то — децибелы, просто отсчет ведется от разных опорных точек. Децибелы можно спокойно складывать и вычитать между собой, собственно, в этом их прелесть.
Поэтому, зная мощность передатчика (в dBm) и коэффициент усиления антенны (в dBi), можно рассчитать какой стала мощность после усиления (по главному лепестку диаграммы направленности). Складываем мощность (например 23 dBm) и усиление (например, 30 dBi) и получаем 53 dBm.
Переведя dBm в мВт, видим, что мощность возросла с 200 мВт (23 дБм) почти до 200 Вт!
NetStress
Более» точная программа для измерения скорости беспроводной передачи в локальной сети.
- Скачиваем программу здесь .
- Устанавливаем на два ноутбука;
- Когда вы запустите программку, надо будет выбрать подключение – в данном случае мы выбираем беспроводное.
- Программка сама попытается подключиться к второму ноутбуку. Если устройств сети больше 2 – то вылезет окно, где надо будет выбрать второй ноутбук. Далее просто запускаем тест кнопкой «Start».
- Теперь в правой части вы увидите скорость передачи в KBps (Килобит в секунду). Чтобы перевести её в мегабиты надо просто разделить число на 1024. Например, у вас показывает число 50 000. Значит скорость будет 50 000 / 1024 =»» 48 Мбит в секунду.
Консольная программа iperf
Iperf – это отличная программа теста скорости соединения с роутером. Мороки с ней больше, но и показывает она скорость с наименьшей погрешностью, так что я бы использовал её. Постараюсь написать как можно подробнее.
- И так, у нас есть два ноутбука и оба подключены по Wi-Fi к нашему роутеру. Поэтому дальнейшие действия делаем для обоих ноутов.
- Скачиваем утилитку – https://iperf.fr/iperf-download.php#windows .
ПРИМЕЧАНИЕ! Можно кстати и проверить скорость подключения телефона, так как программа кроссплатформенная и есть даже версии для Android и iOS системы. Для ПК есть версии Windows 7, 8, 10 и Linux.
- Там будем архив с одним «.dll» и «.exe» файлом. Оба эти файла скиньте на диск «C» в корень без лишних папок.
- Запускаем командую строку Windows (cmd.exe).
- Прописываем:
- Теперь мы находимся в корне диска, где у нас и лежит программка.
- На одном из ноутов, который будет выступать сервером прописываем:
