1 Часть 4. Монтаж беспроводных систем передачи данных

2 Комплект оборудования для внешних антенн Внешняя антенна Усилитель с БП (+инжектор) Антенные разветвители, если несколько антенн ВЧ кабель (Belden 9913) Грозоразрядник Радиомост Комплект разъемов

3 Антенны 1.Основные характеристики 2.Применяемые конструкции 3.Обзор основных типов 4.Диаграммы направленности 5.Маленькие хитрости 6.Крепление антенн

4 Зачем нужны антенны? Согласование волнового сопротивления Необходимо добиться максимального коэффициента излучения мощности

5 Основные характеристики внешних антенн Тип антенны (конструкция) Рабочий диапазон частот Коэффициент усиления (dBi, dBd) Коэффициент рассеяния ( ) Поляризация и поляризационная эффективность Входной импеданс = 50 Oм (IEEE ) Коэффициент стоячей волны Диаграмма направленности Ширина главного лепестка (по уровню -3dB) Боковые лепестки диаграммы направленности Парусность и защитные колпаки

6 Типы внешних антенн Диполь (всенаправленная) Коллинеарная дипольная решетка Волновой канал (yaggi) Логопериодическая антенна Фазированная решетка и многие - многие другие...

7 Диаграмма направленности Графическое изображение распределения излучаемой мощности в окружающем пространстве (E&H) –полярные координаты –декартовы координаты –картографическое изображение (изолинии равной мощности) Ширина главного лепестка –По уровню –3 dB мощности, это 0.707=1/sqrt(2) по полю –по нулям – по мин мощности между главным и боковыми лепестками

8 Основные типы диаграммы направленности

9 Три зоны антенного поля

10 Коффициент усиления и ширина ДН для всенаправленных антенн оценка: dBi = -10log 10 sin(X/2)

11 Коэффициент усиления и ширина ДН для узконаправленных антенн оценка: dBi = -10log 10 sin 2 (X/4)

12 Всенаправленные антенны

13 Всенаправленные антенны 11 dBi NN-2400-H 360°х7° горизонтальная OMNI °х6,5° вертикальная 2.4 ГГц

14 Диаграмма направленности всенаправленной антенны 10 вибраторная коллинеарная дипольная решетка диапазон МГц ширина в вертикальной плоскости 7 град к-т усиления 11 dBi КСВ

15 Диаграмма направленности для антенны 7,5 dBi omni 360°х20° ГРАД-2402 Чем выше коэффициент усиления, тем: уже главный лепесток cложнее ДН больше боковых лепестков E 2.4 ГГц

16 ГРАД dBi 360°х60° вертикальная поляризация 2.4 ГГц

17 Omni Технические характеристики 1 годГарантия КоллинеарнаяТип антенны Розетка N типаРазъем -40° +50°Диапазон рабочих температур вертикальнаяПоляризация 160Макс. скрость ветра, км/час 68х80х30длина х ширина х высота, мм Габаритные размеры c узлом крепления, 0,5Масса, кг 30-40Диаметр мачты, мм 1,8КСВ в раб. диапазоне частот, не более 50Входное сопротивление, Ом 360°В горизонтальной плоскости 8°В вертикальной плоскости Ширина диаграммы направленности 50Макс. подводимая мощность, Вт 10,0Коэффицент усиления, dBi Диапазон частот, МГц

18 Град-5307 Технические характеристики 1 годГарантия КоллинеарнаяТип антенны Розетка N типаРазъем -40° +50°Диапазон рабочих температур вертикальнаяПоляризация 160Макс. скрость ветра, км/час 60х80х350длина х ширина х высота, мм Габаритные размеры c узлом крепления, 0,35Масса, кг 25-45Диаметр мачты, мм 1,8КСВ в раб. диапазоне частот, не более 50Входное сопротивление, Ом 360°В горизонтальной плоскости 23°В вертикальной плоскости Ширина диаграммы направленности 50Макс. подводимая мощность, Вт 7,0Коэффицент усиления, dBi Диапазон частот, МГц

19 Секторные антенны 4-секторная базовая станция Нужна90°х18°13 GRAD-2487 Не нужна180°х18°11 GRAD-2486 Не нужна30°х12°18 SFA-18 6-секторная базовая станция Не нужна67°х12°15 SFA-15 ПрименениеГрозозащита Диаграмма направленности Коэффициент усиления, dBi Название

20 ГРАД ГГц Диапазон частот На мачту диаметром мм Крепление грозоразрядник Способ молниезащиты всепогодное Исполнение 250х160х360 Габариты 1,5 КСВ в рабочей полосе частот 90°х18° Диаграмма направленности Вертикальная Поляризация 13 dBi Коэффициент усиления Волноводно- щелевая Тип антенны

21 PA-5.25-SAV 1 штукаГерметик для разъема 1 штука Элементы крепления (скоба, хомут, метизы) 1 штукаPA-5.25-SAV КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ 2.0 кгМасса, не более 650X140X20Габариты N-типаВыходной разъем до 107 кПа ( мм рт. ст.) Атмосферное давление ВсепогодныйИсполнение корпуса -40 o C o CТемпература 15÷100%Влажность 150 км/чВетровая нагрузка 1.5КСВН, не хуже 20 дБКросс-поляризация 6,7 o 62 o Ширина диаграммы направленности по уровню 3 дБ Е-плоскость Н-плоскость 17 дБКоэффициент усиления ВертикальнаяПоляризация МГцДиапазон рабочих частот ЗначениеПараметр

22 Фазированная решетка FA-20 крепление: червячный хомут диаметром мм необходимо жесткое крепление антенна замкнута по постоянному току – упрощенная схема грозозащиты 2.4 ГГц

23 Диаграмма направленности FA-20 В плоскости вектора E синий – с экранами красный – без экранов 2.4 ГГц

24 PA ГГц

25 Направленные антенны

26 Волновой канал (yaggi) 10 & 6 элементов 13dbi E 2.4 ГГц

27 Направленная параболическая антенна (23 dBi) E

28 Направленные параболические антенны (23-24 dBi) E E

29 Антенна ПАР ммДиаметр мачты для установки 40 м/секМаксимальная скорость ветра Порошковая эмальАтмосферо-устойчивое покрытие СтальМатериал 69х75 смРазмер антенны 2,4 кгВес антенны с креплением 32 dBПодавление кросполяризации Верт., гориз.Поляризация N-типа. MaleРазъем 50 ОмВолновое сопротивление 10 град.Ширина диаграммы направленности на уровне -3 dB 21 dBiСоотношение мощности излучения в передней и задней полусферах 24 dBiКоэффициент усиления МГцРабочий диапазон частот

30 Крепление параболической антенны E Крепление на вертикальную или горизонтальную трубу диаметром 2-5 см

31 ПАР-30S ПАР-35S ммДиаметр мачты для установки 35 м/секМаксимальная скорость ветра Порошковая эмальАтмосферо-устойчивое покрытие СтальМатериал 120х120 смРазмер антенны 5,5 кгВес антенны с креплением 32 dBПодавление кросполяризации Верт., гориз.Поляризация N-типа,TNC и др.Разъем по заказу - Male, Female До 25 ВтМаксимальная мощность 50 ОмВолновое сопротивление 6 град. Ширина диаграммы направленности на уровне -3 dB 32 dBi Соотношение мощности излучения в передней и задней полусферах 30 (35 для ПАР-35) dBiКоэффициент усиления МГцРабочий диапазон частот

32 Крепление ПАР-30S Установить два кронштейна на излучатель. Четырьмя винтами М4 установить излучатель на монтажной площадке антенной решетки. Две П-образные скобы пропустить через монтажную площадку со стороны излучателя. На каждую скобу надеть по два упора (встречно), шайбы и наживить гайки. Установить антенну на мачту пропустив её между упорами. Затянуть гайки. На выступающие концы верхней П-образной скобы установить две опорные гайки, установить стальную полосу жесткости, закрепив её гайками. Концы полосы крепятся к полотну антенны винтами и гайками. Установить на мачту хомут и шпильку регулировки угла места антенны.

33 PA штукаГерметик для разъема 1 штукаЭлементы крепления (скоба, хомут,метизы) 1 штукаPA КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ 1,7 кгМасса, не более 385X385X25Габариты N-типаВыходной разъем до 107 кПа ( мм рт. ст.) Атмосферное давление ВсепогодныйИсполнение корпуса -40 o C o CТемпература 15÷100%Влажность 150 км/чВетровая нагрузка 1.5КСВН, не хуже 20 дБКросс-поляризация 7,5 o Ширина диаграммы направленности по уровню 3 дБ Е-плоскость Н-плоскость 24 дБКоэффициент усиления Вертикальная или горизонтальная Поляризация МГцДиапазон рабочих частот ЗначениеПараметр

34 Крепление PA

35 Параметры внешних антенн Последняя информация – на сайте,

36 Антенны MTI Mounting kit for MT-30093, MT and sector antennasMT GHz Sector antenna,14 dBi, 90º*10º, DUAL polarizationMT /NVH GHz Sector antenna, 14 dBi, 90º*10º, horizontal polarizationMT /NH GHz Sector antenna, 14 dBi, 90º*10º, vertical polarizationMT /NV GHz Sector antenna, V-16/H-15 dBi, 60º*10º, DUAL polarizationMT /NVH GHz Sector antenna, 16 dBi, 60º*10º, horizontal polarizationMT /NH GHz Sector antenna, 16 dBi, 60º*10º, vertical polarizationMT /NV GHz Sector antenna, 15 dBi, 120º*6º, horizontal polarizationMT /NH GHz Sector antenna, 15 dBi, 120º*6º, vertical polarizationMT /NV GHz Sector antenna, 16,5 dBi, 90º*6º, horizontal polarizationMT /NH GHz Sector antenna, 17 dBi, 90º*7º, vertical polarizationMT /NV GHz Sector antenna, 16,5 dBi, 60º*11º, horizontal polarizationMT /NH GHz Sector antenna, 16,5 dBi, 60º*11º, vertical polarizationMT /NV

37 Кабели разъёмы

38 ВЧ разъемы и кабели 1.Основные типы 2.Характеристики разъемов и кабелей 3.Монтаж и герметизация разъемов 4.Монтаж антенных спусков

39 Требования к ВЧ разъемам полоса рабочих частот низкий к-т отражения (КСВ) – возвратные потери низкие потери IMD inter modulation distorsion герметичность мехнические характеристики (соответствие используемому кабелю) пайка/обжим метрические и дюймовые резьбы!

40 Основные типы используемых разъемов N – тип самый первый ВЧ разъем изобретен в Bell Labs Paul Neill BNC = Bayonet Neill [Carl] + Concelman Carl Concelman (Amphenol) TNC & RP-TNС Threaded Neill Concelman – нарезной BNC SMA Subminiature version A MMCX micro miniature СР СР

41

42 Разъемы N-типа Разъемы на кабель Соединитель – I-connector F-F RG-58 M-M RG-8

43

44

45 Разъемы N-типа 50 Ом 11 ГГц КСВ 1,3

46 Разъемы MMCX 50 Ом до 6 ГГц КСВ допускают свободный поворот разъема относительно своей оси более 360 градусов

47 Разъемы TNC 50 Ом 6 ГГц КСВ прямой и обратной полярности (TNC и RP-TNC)

48 Разъемы SMA 50 Ом 18 ГГц КСВ прямой и обратной полярности

49 Герметизация разъемов (способ 1)

50 Герметизация разъемов (способ 2)

51 Герметизирующая лента Удобство применения – герметик поставляется в рулоне Устойчивость к температурным воздействиям - остается мягким при любой температуре! Герметик не разрушает пластиковую оболочку СВЧ кабеля в отличие от химических герметиков Длина - 154см ширина ленты - 1,3см Одна упаковка = 5-8 разъемов

52 ВЧ кабель для ГГц диапазона

53 ВЧ кабели для антенно- фидерных устройств AD – воздушный диэлектрик PE – полиэтилен FoamPE – вспененный полиэтилен AD/PE - полувоздушный

54 Belden H2000 Светостабилизированный полиэтилен; наружный диаметр кабеля (10,30 ± 0,30) мм Защитная оболочка Оплётка плотностью (50-60)% из медных проволок, наложенная поверх меднолавсановой ленты; диаметр по внешнему проводнику 8,0 мм Внешний проводник Пористый полиэтилен физического вспенивания; диаметр по изоляции (7,25 ± 0,2) ммИзоляция Медный однопроволочный; диаметр внутреннего проводника (2,62 ± 0,02) мм Внутренний проводник Конструкция 127,5 кг / кмРасчетная масса 12 летСрок службы 100/200 ммМин. радиус изгиба кабеля при Т>5°С / Т

55 Усилители разветвители сигнала

56 Антенные делители 1.Назначение 2.Основные типы и их характеристики 3.Установка антенных делителей

57 Антенные делители Необходимы для подключения нескольких антенн к одному устройству Потери небольшие, менее 1dB Проблема питания усилителя из фидера (если он установлен за разветвителем) Характеристики тип разъема (N-типа) потери пропускает ли постоянную составляющую? импеданс рабочая полоса частот КСВ

58 Антенные делители 1.Делители на многоступенчатых коаксиальных трансформаторах. Очень малые собственные потери, дороги. 2.Одноступенчатые коаксиальные. Больше потери, но заметно дешевле. 3.Полосковая технология. Дешевы, потери заметно больше, чем в коаксиальных, можно к одному плечу такого делителя подключить любую антенну, а ко второму плечу - усилитель с антенной.

59 Характеристики антенных делителей

60 Подключение антенных делителей + собственные потери порядка 0.5 dB Внимание к подключению грозозащиты усилителей

61 Одна антенна на два прибора Развязка недостаточна: -20 dB неприемлемый уровень SNR

62 Выбор усилителя Усилитель для двух целей: для компенсации длины антенного кабеля Пример: »P=20 dBm(100 mW) -> кабель Belden > Manus 100 mW » 20 dBm - 44 m x 0.23 dB/m = 10 dBm -> 100 mW для обеспечения дальности связи Оптимальный выбор усиления и усилителя –Оптимальный запас к-та усиления в антенном тракте –не превышать к-т усиления: на приеме - собираем помеху на передаче - мешаем другим и самим себе (внутри одной соты) расчет входной мощности усилителя (длина кабеля и использование аттенюаторов) Особенности монтажа усилителей внешний монтаж блок питания грозозащита

63 Основные параметры усилителя Коэффициент усиления (Выходная мощность) Мощность насыщения Шумовая температура P = k Больцмана T B Мощность переключения Время переключения (с одним радиоприбором не более одного усилителя)

64 Manus MANUS MANUS MANUS MANUS

65 Усилитель МАНУС Фильтр 2,4-2,5GHz -60db Грозозащитный фильтр Питание 5V/0,2А Belden9913 до120м Внешнее исполнение Комплект –Усилитель –Инжектор –Блок питания

66 Семейство усилителей МАНУС

67 Усилитель MANUS-5202

68 Усилитель MANUS (±10%)Коэффициент шума, дБ: 34 (±10%)Усиление, дБ: Приемный усилитель ЕстьАвтоматическая регулировка выходной мощности: 20Максимальная входная мощность, дБм: 200 (±10%)Выходная мощность, мВт: 30 (±10%)Усиление, дБ: Передающий усилитель 2 / 3.5Вес усилителя/комплекта, кг: 0.5Мощность переключения (порог), мВт: 0.15/0.8Ток потребления (min/max), А: 10.5/15Напряжение питания (min/max), В: Диапазон рабочих температур, °С: 0.5Время переключения, мкс: ПолудуплексРежим работы: Диапазон рабочих частот, ГГц: Общие

69

70 На что обратить внимание при использовании усилителя Схема модуляции - линейность усилителя Время переключения Мощность переключения Подвод питания (разветвители и др) Длина питающего кабеля Внешние условия (перегрев, переохлаждение) Герметизация разъемов (кабель к усилителю)

71 Грозозащита и заземление

72 Грозозащита: 1.Отвод удара молнии 2.Ликвидация наводок 50KA * Ом = 5V Разряд молнии Конус защиты

73 Конус грозозащиты Молниеотвод оборудование 60-град. Конус грозозащиты

74 Общие требования к грозозащите ГОСТ (90) : Ом в зав-ти от удельного сопротивления грунта Ом м Проблемы на плохо проводящих грунтах (песок) Не использовать физическую землю, ноль, систему отопления или неизвестные конструкции Грозоразрядник соединяется со специальным грозозащитным контуром: –не менее 10-и 3метровых штырей (~ по 230 Ом) –всего около 20 Ом сопротивления грозозащиты Заземляющий проводник (жесткий): 28 х 14AWG (4кв мм) - 1 х 8AWG (16кв мм) длина 25м Не допускаются: (индуктивность!) U,V-образные колена, повороты не более чем на 90 град, радиус закругления 20см

75 Грозоразрядники Виды грозоразрядников Плазменный грозоразрядник: Polyphazer's Lightning Arrestor, Aironet's Lightning Arrestor Четвертьволновой грозоразрядник: QuartWave Lightning Arrestor Грозоразрядник работает ТОЛЬКО при наличии правильно выполненного грозозащитного заземления Антенны замкнутые и незамкнутые по постоянному току Прямое попадание молнии в антенну

76 Антенные мачты Мачта антенная "Малая- Универсал" Высота до 7,5м

77 Монтаж антенных спусков тепловой режим и конденсат Минимальная длина: минимальные потери насос для влаги гермоизоляция входа с крыши Температурный режим

78 Монтаж антенных спусков грозозащита и электроподключение Электрические проблемы паразитные потенциалы на земле, нуле, грозозащите подключать приборы при перекосах не более 15 V статическое электричество 10 V/m в грозовую погоду

79 Методика испытаний беспроводных сетей

80 Основные характеристики канала Полезная пропускная способность канала Время доставки пакета (IP-ping) Доля потерянных пакетов (%) Нагрузочная характеристика радиоканала отдельно и радиосети в целом Временная зависимость пропускной способности Уровень принимаемого сигнала Уровень шума Уровень и тип помехи Качество сигнала (Delay Spread) Соотношение сигнал/шум

81 Комплекс испытаний беспроводной системы передачи данных Обследование спектроанализатором Встроенные тесты (SNR, LQ, % потерь пакетов) Полезная пропускная способность Нагрузочная характеристика RTT (Round Trip Time время доставки пакета туда и обратно), тест на периодическую помеху - размер пакета Временная характеристика (суточное расписание помех) Свободная полоса пропускания в штатном режиме эксплуатации Выявление дискриминированных и дальних узлов Испытывать все узлы сети многоточечными тестами

82 Средства тестирования радиосетей Аппаратные средства Traffic generator (NetXRay) Встроенные утилиты Программные средства NetPerf IPerf DBS ftp (TCP/IP) NetStumbler Фирменные утилиты от производителя радиооборудования Внутренние тесты (Cisco Aironet)

83 Burst Rate & Actual Data Throughput Накладные расходы Carrier sensing Training Collisions Error correction Service messages Способ доступа синхронный асинхронный CSMA/CA Способ передачи Duplex Half-duplex Скорость и полезная скорость передачи данных ( некоторые замечания о benchmarkах)

84 За счет чего радиоethernet медленнее чем ethernet

85 Overhead

86 NetPerf Shareware от Hewlett Paсkard тестирование IP (TCP и UDP) стека точка - точка (netperf & netserv) - доступны исходники можно собрать для любой платформы написан для тестирования суперкомпьютеров есть галерея результатов

87 IPerf.tar.gz63 KBbinarySolaris 8.tar.gz68 KBbinarySolaris 7.tar.gz88 KBbinaryOpenBSD 3.1 EXE120 KBbinaryMicrosoft Windows.tar.gz77 KBbinaryMacOS X (Darwin 6.4).tar.gz290 KBbinaryIrix 6.5.tar.gz58 KBbinaryFreeBSD 5.0.tar.gz56 KBbinaryFreeBSD 4.7.tar.gz68 KBbinaryLinux libc 2.3.tar.gz147 KBbinaryLinux libc 2.1.tar.gz177 KBsource codeunix / win32 FormatFile SizeDistribution TypeOperating System

88 FTP & Ping Стандартные средства Интернет (измеряется: RTT и скорость kbytes/sec) Приоритет обслуживания Использовать FTP в качестве Benchmarkа нельзя - особенности передачи TCP/IP Особенности взаимодействия TCP/IP и радио канала

89 Аппаратные решения Не зависят от операционной системы компьютера Предсказуемые результаты Компактные Многофункциональные Могут быть необходимы при сертификации сети

90 Fluke Etherscope Анализ пропускной способности сети по rfc2544 Анализ джиттера, задержек Базовый анализ физического кабельного подключения Генерация потоков с заданными параметрами Автономный прибор с аккумулятором Опция работы с wi-fi сетями

91 Fluke ClearSight Analyzer Анализ производительности сети Обнаружение проблем в сетевом взаимодействии Отслеживание большинства широкоиспользуемых сетевых протоколов

92 Fluke Optiview Мобильное средство физического и протокольного анализа кабельных и радиосетей Возможность спектрального анализа эфира

93 Fluke Optiview Management Appliance Standalone средство диагностики и обеспечения доступности сети Real Time мониторинг трафика Богатые средства анализа процессов в сети

94 Спектр излучения СВЧ печи

95 Временная развертка помехи от СВЧ печи

96 Помеха от СВЧ-печи и производительность беспроводной сети Влияние СВЧ-печи на скорость передачи данных между точкой доступа и абонентом 2.4ГГц 50mW 2Mbit/sec

97 Периодическая помеха и фрагментация При выборе режима работы в условиях периодической помехи требуется оценка 1.пакетного состава передаваемых данных 2.скорости модуляции в реальных условиях 3.возможного overhead от фрагментации

98 Скорость передачи и фрагментация частота напряжения питания 50 Гц период колебания 20 мс половина периода (свободная фаза) 10 мс

99 Нагрузочная характеристика радиоканала

100 Прилагаемая нагрузка - пропускная способность

101 Снижение скорости радиоethernet в зависимости от ослабления в радиоканале

102 Временная зависимость пропускной способности Расстояние 4 км Канал над водой Частота ГГц Выходная мощность 100 mW Скорость 2 Mb/sec Антенны 23 dB + 13 dB Провалы производительности из-за эпизодической внешней помехи

103 Сопровождение и эксплуатация радиосетей

104 Основные причины неполадок в беспроводных сетях Электромагнитная помеха –микроволновые печи (100 мВт x ГГц) –микроволновые датчики систем сигнализации –микроволновое промышленное оборудование –другие системы передачи данных OFDM, DSSS, FHSS Изменение условий радио видимости Ошибки в firmware Влияние погодных условий: –Разгерметизация. Попадание воды. –Ветер. Нежесткость крепления антенн –Терморежим. Сбои в работе устройств смонтированных на улице (термоконтейнеры)

105 Решение проблем Определить локализацию проблемы: –На физическом уровне - Неисправность усилителя Разгерметизация разъёмов Вода в кабеле Помехи –На транспортном уровне – Источник широковещательного трафика –Несанкционированное изменение конфигурации –Недокументированные особенности ПО

106 Проблемы и средства их решения Проблемы Низкая скорость Неустойчивость связи Увеличение дальности Борьба с помехой Средства Оптимизация мощности (fade margine) Снижение Bit Rate Фильтрация трафика Подъем антенн Антенные решетки Асимметризация канала, увеличение мощности

107 Анализ трафика При эксплуатации сети необходимо анализировать трафик Фильтровать на уровне IP – широковещание Выносить сервисы за «узкие места»

108 Масштабирование базовой станции При достижении максимума загрузки канала- –Сегментировать БС, увеличивая количество устройств на БС со своими антеннами –Строить отдельные линки для потребителей максимального трафика

109 Резюме: что делать? Аккуратно и предусмотрительно проектировать и монтировать беспроводную сеть; Следить за обновлениями firmware; Не допускать (предупреждать): влияния погодных условий; изменения условий радиовидимости; Отслеживать и бороться с помехами.