Характеристики WiFi

Продовжуємо розбирати характеристики бездротового мережного обладнання .

Минулої статті  ми докладно розглянули, що таке:

  1. Потужність передавача (Tx Power, Output Power) .
  2. Чутливість приймача (Sensitivity, Rx Power) .
  3. MCS (Modulation and Coding Scheme) .
  4. Ширина смуги (Channel Sizes) .
  5. Посилення антени (Gain) .
  6. Кут антени, ширина променя (Beamwidth, degree) .

 

У цій статті зупинимося на таких параметрах бездротових пристроїв, як:
 

 

А також на тому, чи можна за їх допомогою визначити продуктивність пристрою та вибрати WiFi точку доступу з підвищеною пропускною здатністю.

ПОЛЯРИЗАЦІЯ АНТЕНИ ( POLARIZATION , POLARISATION , POLARITY)

Продовжуючи тему характеристик WiFi антен , розглянемо одну з основних – поляризацію. У dataheet'ах пристроїв вона може позначатися як полярність , поляризація , HPOL ( горизонтальна поляризація), VPOL ( вертикальна поляризація) і т.д.

Що таке поляризація? Сигнал WiFi , як ми знаємо, - це хвиля , що є коливанням електромагнітного поля , яке створюється напругою між електричним полем і магнітним. Якщо ці коливання відбуваються в одній площині , хвиля має плоску , так звану лінійну поляризацію . У пристроях WiFi в переважній більшості випадків застосовується саме така.

Лінійні поляризації (горизонтальна та вертикальна)

Можлива ще кругова або еліптична поляризація електромагнітної хвилі , але в бездротових пристроях вона практично не використовується.

В залежності від того , як спрямований вектор електричного поля , лінійна поляризація може бути:

  • горизонтальною ( вектор електричного поля рухається вліво-вправо ),
  • вертикальної ( вектор електричного поля рухається вгору-вниз ),  
  • похилої ( наприклад , в AirFiber),
  • подвійний ( що поєднує вертикальну та горизонтальну поляризацію , або дві похилі поляризації перпендикулярні друг другу ).
 

Поляризація одиночна

Багато домашніх точок доступу та роутери WiFI , а також деякі вуличні пристрої , такі як AirGrid M2 HP 20dBi (і вся серія AirGrid), LiteBeam M5 23 працюють тільки в одній поляризації - за замовчуванням у вертикальній. Поляризацію можна змінити , змінивши положення антени в просторі: на домашніх WiFi роутерах повернувши зовнішню антену в горизонтальне положення , на вуличних точках доступу з вбудованою антеною - повернувши айргрід або лайтбім навколо осі.

При встановленні бездротових точок доступу , роутерів і т. п. з одиночно поляризованою антеною потрібно враховувати важливий нюанс: пристрій, що передає і приймає, повинні бути в одній поляризації . Інакше швидкість сигналу буде дуже низькою , або з'єднання не буде зовсім.

Узгоджена поляризація антен WiFi

Що краще – горизонтальна чи вертикальна поляризація?

Однозначної відповіді це питання немає. Стандартно бездротові AP та CPE мають вертикальну поляризацію. Вважають , що вертикально поляризовані хвилі краще підходять для з'єднань « точка-багатоточка» ( за рахунок кращого обходу таких перешкод , як будинки , дерева у вузьких просвітах), а  горизонтально поляризовані — для з'єднань за типом « точка-точка» ( за рахунок меншого кількості перешкод).

Але на практиці , повторимося , необхідно тестувати , яка поляризація буде ефективнішою в кожному конкретному випадку.

Подвійна поляризація ( dual-pol)

У пристроях операторського класу , а також клієнтських точках доступу таких як Ubiquiti Nanostation M2 MikroTik SXT і т. д. найчастіше використовується подвійна поляризація ( горизонтальна+вертикальна або дві похилих). Така реалізація покращує характеристики точки доступу.

  • Поєднання горизонтальної та вертикальної поляризації позбавляє необхідності піклуватися про збіг поляризацій придбаних пристроїв.
  • Це покращує прийом , тому що антена здатна прийняти і ту частину сигналу , яка при відображенні різних перешкод змінила поляризацію на протилежну.
  • Найчастіше подвійна поляризація конструктивно поєднується у пристрої з технологією MIMO 2×2 , що загалом  дає кращу продуктивність і пропускну здатність , порівняно з точками доступу з однією поляризацією і без множини передачі .

 

При з'єднанні пристроїв з поляризацією одиночної і подвійної ( наприклад, абонентських точок доступу і базової станції), потрібно враховувати, що пропускна здатність з'єднання впаде до рівня однополяризаційної точки, тобто потенціал базової станції не буде використовуватися повною мірою.

КІЛЬКІСТЬ АНТЕН

Кількість антен  у WiFi точці доступу - чи важливий цей показник для вибору бездротових пристроїв? Чи можна з його допомогою визначити точку доступу або роутер, які дадуть більшу швидкість бездротового з'єднання, ніж аналоги?

Чи має значення кількість антен?

Деякі користувачі вважають, що між пропускною здатністю WiFi точки доступу та кількістю її антен існує пряма залежність: чим більше антен, тим вища пропускна здатність.

Але не все так однозначно.

Максимальна пропускна спроможність бездротової точки доступу безпосередньо не залежить від кількості антен у ньому . Хоча, звичайно ж, більша кількість антен має позитивне значення:

  • збільшується чутливість пристрою,
  • ефективніше реалізується просторове мультиплексування завдяки одночасної передачі даних через кілька передаючих і кілька приймають антен.

 

В результаті пропускна спроможність все-таки покращується, але, як ми вже сказали, далеко не прямо пропорційно до кількості антен.

Крім того, параметр «кількість антен» - розмите поняття:

  • По-перше, пристрій може фізично мати 3 антени, але при цьому підтримувати роботу в MIMO 2x2, тобто мати функціонал 2 передаючих і 2 приймають антен. У цьому випадку третя антена виконує функції і передавальної, і приймаючої  динамічно перемикаючись в різні режими .
  • По-друге, для визначення, наприклад, у якому режимі MIMO працює бездротова точка доступу (останнім часом виробники все частіше не вказують цю характеристику), необхідно знати не загальну кількість антен WiFi, а окрему кількість передаючих та приймаючих антен. Щоб визначити, що пристрій працює за технологією MIMO 1X2, потрібно знати, що в ньому 1 передаюча і 2 антени, що приймають.

 

Можливо саме тому в технічних характеристиках обладнання дані про кількість антен часто  не вказуються взагалі через непотрібність цієї інформації.

Замість них виробник зазвичай повідомляє значення найважливішого параметра - chain.

CHAIN (ЧЕЙН)

Chain іноді перекладається як "ланцюг", "канал передачі/прийому" або ж не перекладається ніяк, і просто транслітерується - "Чейн". Цим поняттям позначається комплексний канал, ланцюг прийому-передачі, включаючи антену. Воно безпосередньо визначає реалізацію MIMO у пристрої і використовується у двох випадках:

1. Кількість chain означає "зведене" кількість каналів прийому/передачі MIMO . Наприклад, у технічних характеристиках точки доступу з MIMO 2×2  вказується dual chain (два ланцюги), а пристрої з MIMO 3 ×3  — triple chain (три ланцюга). 

Якщо MIMO має вигляд   2×2  або ×3 , у цьому випадку кількість ланцюгів зазвичай дорівнює кількості передаючих антен.

2. Кількість chain означає окремо кількість каналів прийому та кількість каналів передачі MIMO . Найчастіше такий варіант використовується при записі бездротових характеристик у вигляді: nTnR, де nT – число ланцюгів передачі, nR – число ланцюгів прийому. Наприклад: 2T3R - два чейна передачі, три чейна прийому), 1T1R - один чейн на передачу, один прийом і т. д.). Таке позначення зустрічається порівняно рідше.

Chain та пропускна спроможність

Знов-таки, багато хто використовує кількість chain для розрахунку максимальної пропускної спроможності бездротового пристрою. Тобто, вважається, що якщо в характеристиках точки доступу 802.11n є ​​позначення "dual chain" або MIMO  2×2 , то максимальна швидкість такого обладнання - 300 Мбіт/сек (150*2). Часто це справді виявляється так, але тільки через простий збіг.

Насправді розраховувати максимальну пропускну здатність, виходячи з кількості chain - невірний підхід.

Два chain і MIMO 2×2  для пристроїв стандарту 802.11n зовсім не гарантує канальну швидкість 300 Мбіт/сек, а MIMO ×3 з трьома ланцюгами прийому-передачі  зовсім не означає, що максимальна пропускна здатність пристрою — 450 Мбіт/сек.

Вся справа в тому, що канальна швидкість безпосередньо залежить не від кількості приймальних антен, і не від кількості ланцюгів радіопередачі, а від такого параметра, як spatial streams. Якщо заглянути в таблицю швидкостей передачі даних для різних модуляцій та схем кодування стандартів 802.11n і 802.11ac , ми побачимо, що для розрахунку канальної швидкості пристроїв за стандартом використовується саме цей параметр, а не chain, кількість антен або MIMO.

SPATIAL STREAMS

Нарешті ми дісталися параметра, який справді безпосередньо впливає на пропускну здатність. Spatial streams (SS) перекладається як просторовий потік. Це  просторове об'єднання даних під час передачі даних у режимі MIMO.

Далеко не всі підозрюють існування цього параметра з тієї простої причини, що багато виробників просто не вказують його в специфікаціях на обладнання. Характеристики MIMO позначаються зазвичай як "MIMO 2x2" або " MIMO  3x3", тоді як повний запис параметрів  MIMO має містити ще й кількість SS.

Правильні повні характеристики MIMO в обладнанні повинні бути представлені записом:

T x R :S

де

T - кількість передавальних ланцюгів,

R - кількість приймаючих сигналів ланцюгів,

S – кількість просторових потоків.

Повний запис MIMO

Ось саме від кількості просторових потоків і залежить максимальна канальна швидкість бездротових пристроїв.

Точка доступу з 1SS буде мати максимальну швидкість за стандартом 802.11n - 150 Мбіт/сек, 2SS - 300 Мбіт/сек, 3SS - 450 Мбіт/сек.

Чим chain (чейн) відрізняється від spatial streams?

Кількість чейнів показує, скільки  каналів приймання-передачі пристрою використовуються будь-якої миті часу.

Кількість spatial streams показує, скільки просторових потоків використовуються передачі даних, чи іншими словами - скільки чейнов одночасно використовуються передачі потоку унікальних даних.

Відмінність chain та spatial streams

При цьому кількість просторових потоків не може бути більшою за кількість chain. Наприклад, якщо у нас точка MIMO  2 ×3 , то просторових потоків не може бути більшою за 2.

А ось зворотна ситуація, коли пристрій з MIMO 3 ×3  має тільки 2 просторові потоки, а то й зовсім 1, цілком може мати місце. Тобто цілком можлива ситуація, коли в параметрах пристрою написано MIMO 3x3, але його канальна швидкість (максимальна пропускна здатність за стандартом)  буде не 450 Мбіт/сек, а 300 Мбіт/сек (якщо SS=2) або 150 Мбіт/сек (якщо  SS = 1). 

Визначаємо кількість spatial streams у характеристиках WiFi обладнання

На жаль, побачити значення цього параметра в документації багатьох виробників практично нереально, причому навіть для пристроїв операторського класу. Тому можна спробувати визначити його самим.

Перший метод. Подивитися, які MCS (схеми модуляції) підтримує пристрій. Якщо для стандарту 802.11n використовується максимум MCS7, тобто схеми модуляції та кодування з одним просторовим потоком і не використовуються MCS 8-15 і вище, з 2-3 SS, то зрозуміло, що точка доступу вміє працювати тільки з 1 просторовим потоком, а отже, і канальна швидкість для стандарту 802.11n складе лише 150 Мбіт/сек.

Другий спосіб (точніший) . Якщо виробник вказує модель бездротового чіпа, що використовується в обладнанні (наприклад, це робить MikroTik ) - переглянути його характеристики. Повні параметри MIMO "вшити" саме в чіп.

Наприклад, у RB922UAGS-5HPacT-NM використовується чіп QCA9880-BR4A-R, і якщо трохи погуглити, то знаходимо, що ця модель підтримує MIMO 3х3:3, тобто працює з трьома просторовими потоками. Відповідно, канальна швидкість такого обладнання становитиме 150 Мбіт/сек *3 = 450 Мбіт/сек.

ВИСНОВОК

Отже, визначення максимальної пропускної спроможності пристроїв (так званої канальної швидкості) необхідно знати кількість Spatial Streams. Кількість приймальних та передаючих антен, а також чейнів не пов'язані безпосередньо з пропускною здатністю пристрою.

Однак більша кількість антен і ланцюгів прийому-передачі - завжди краще, ніж менше: покращується чутливість пристрою та стабільність прийому-передачі (додаткові канали підвищують стійкість до відмови).

Крім того, при виборі обладнання необхідно обов'язково враховувати поляризацію антен: розбіжність поляризацій точок доступу призведе до того, що з'єднання встановити не вдасться, або його швидкість буде дуже низькою.