Проблеми Wi-Fi. Спотворення сигналу

Загальні Недоліки

• Частотний діапазон і експлуатаційні обмеження в різних країнах неоднакові. У багатьох європейських країнах дозволені два додаткових канали, які заборонені в США; У Японії є ще один канал у верхній частині діапазону, а інші країни, наприклад Іспанія, забороняють використання низькочастотних каналів. Більш того, деякі країни, наприклад Росія, Білорусь і Італія, вимагають реєстрації всіх мереж Wi-Fi, що працюють поза приміщеннями, або вимагають реєстрації Wi-Fi-оператора.
• Високе в порівнянні з іншими стандартами споживання енергії, що зменшує час життя батарей і підвищує температуру пристрою.
• Самий популярний стандарт шифрування WEP може бути відносно легко зламаний навіть при правильній конфігурації (із-за слабкої стійкості алгоритму). Незважаючи на те, що нові пристрої підтримують досконаліший протокол шифрування даних WPA і WPA2, багато старих точки доступу не підтримують його і вимагають заміни. Прийняття стандарту IEEE 802.11i (WPA2) в червні 2004 року зробило доступною безпечнішу схему. Багато організацій використовують додаткове шифрування (наприклад VPN) для захисту від вторгнення.
• Wi-Fi мають обмежений радіус дії.
• Неповна сумісність між пристроями різних виробників або неповна відповідність стандарту може привести до обмеження можливостей з'єднання або зменшення швидкості.
• Перевантаження обладнання при передачі невеликих пакетів даних через приєднання великої кількості службової інформації.
• Мала придатність для роботи програм, що використовують медіа-потоки в реальному часі.

Проблеми передачі сигналу в межах лінії прямої видимості

Для будь-якої системи зв'язку справедливе твердження, що приймає сигнал відрізняється від переданого. Даний ефект є наслідком різних викривлень у процесі передачі. При передачі аналогового сигналу спотворення призводять до його випадковому зміни, що виявляється в погіршенні якості зв'язку. Якщо ж передаються цифрові дані, спотворення призводять до появи двійкових помилок - двійкова одиниця може перетворитися в нуль і навпаки. Найбільш важливими є наступні типи спотворень:

1. затухання або амплітудне спотворення сигналу;
2. втрати у вільному просторі;
3. шум;
4. атмосферне поглинання;

Затухання або амплітудне спотворення сигналу

При передачі сигналу в будь-якому середовищі його інтенсивність зменшується з відстанню. Таке ослаблення, або загасання, в загальному випадку логарифмічно залежить від відстані. Як правило, затухання можна виразити як постійну втрату інтенсивності (в децибелах) на одиницю довжини. При розгляді загасання важливі три фактори.

1. Отриманий сигнал повинен мати потужність, достатню для його виявлення й інтерпретації приймачем.
2. Щоб при отриманні відсутні помилки, потужність сигналу повинна підтримуватися на рівні, у достатній мірі перевищує шум.
3. При підвищенні частоти сигналу загасання зростає, що призводить до спотворення.

Перші два фактори пов'язані з загасанням інтенсивності сигналу і використанням підсилювачів або ретрансляторів. У той же час інтенсивність сигналу не повинна бути дуже великою, тому що в цьому випадку контури передавача або приймача можуть виявитися перевантаженими, що також призведе до спотворення сигналу. Якщо відстань між приймачем і передавачем перевищує певну постійну, понад яку загасання стає неприйнятно високим, для посилення сигналу в заданих точках простору розташовуються ретранслятори або підсилювачі.

Третій фактор списку відомий як амплітудне спотворення. Внаслідок того, що затухання є функцією частоти, отриманий сигнал спотворюється порівняно з переданим, що знижує чіткість прийому. Для усунення цієї проблеми використовуються методи вирівнювання спотворення в певній смузі частот. Одним з можливих підходів може бути використання пристроїв, що підсилюють високі частоти в більшій мірі, ніж низькі.

Втрати у вільному просторі

Для будь-якого типу бездротового зв'язку передається сигнал розсіюється у міру його розповсюдження в просторі. Отже, потужність сигналу, прийнятого антеною, буде зменшуватися в міру віддалення від передавальної антени. Навіть якщо припустити, що всі інші причини загасання і ослаблення відсутні, переданий сигнал буде затухати у міру поширення у просторі. Причина цього - поширення сигналу по все більшої площі. Даний тип загасання називають втратами у вільному просторі і вираховують через відношення потужності випроміненого сигналу до потужності отриманого сигналу. Для обчислення того ж значення в децибелах слід взяти десятковий логарифм від зазначеного відносини, після чого помножити отриманий результат на 10.

Якщо довжина хвилі несучої і їх рознесення в просторі залишаються незмінними, збільшення коефіцієнтів посилення передавальної і приймальної антен призводить до зменшення втрат у вільному просторі.

Шум

Для будь-якої передачі даних справедливе твердження, що отриманий сигнал складається з переданого сигналу, модифікованого різними спотвореннями, які вносяться самою системою передачі, а також з додаткових небажаних сигналів, взаємодіючих з вихідною хвилею під час її поширення від точки передачі до точки прийому. Ці небажані сигнали прийнято називати шумом. Шум є основним чинником, який обмежує продуктивність систем зв'язку.

Шуми можна розділити на чотири категорії:

1. тепловий шум;
2. інтермодуляційні шуми;
3. перехресні перешкоди;
4. імпульсні перешкоди.

Тепловий шум є результатом теплового руху електронів. Даний тип перешкод впливає на всі електричні прилади, а також на середу передачі електромагнітних сигналів.

Якщо сигнали різної частоти передаються в одному середовищі, може мати місце інтермодуляційні шум. Інтермодуляційні шумом є перешкоди, що виникають на частотах, які представляють собою суму, різницю або добуток двох вихідних сигналів.

З перехресними перешкодами стикався кожен, хто під час використання телефону змінно чув розмову сторонніх людей. Даний тип перешкод виникає внаслідок небажаного об'єднання трактів передачі сигналів. Таке об'єднання може бути викликано зчепленням близько розташованих кручених пар, по яких передаються множинні сигнали. Перехресні перешкоди можуть виникати під час прийому сторонніх сигналів антенами. Незважаючи на те, що для вказаного типу зв'язку використовують високоточні спрямовані антени, втрат потужності сигналу під час поширення уникнути все ж неможливо.

Імпульсні перешкоди - за своєю природою є переривчастими і складаються з нерегулярних імпульсів або короткочасних шумових пакетів з відносно високою амплітудою. Причин виникнення імпульсних перешкод може бути безліч, у тому числі зовнішні електромагнітні впливу (наприклад, блискавки) або дефекти (поломки) самої системи зв'язку.

Атмосферне поглинання

Причиною додаткових втрат потужності сигналу проміжній антенами є атмосферне поглинання, при цьому основний внесок в ослаблення сигналу вносять водні пари і кисень. Дощ і туман (краплі води, що знаходяться в зваженому стані в повітрі) призводять до розсіювання радіохвиль і в кінцевому рахунку до ослаблення сигналу. Зазначені чинники можуть бути основною причиною втрат потужності сигналу. Отже, в областях, для яких характерне значне випадання опадів, необхідно або скорочувати відстань між приймачем і передавачем, або використовувати для зв'язку більш низькі частоти.