Bezdrátová technologie Wi-Fi zbavená roušky tajemství | Kapitola 2

Nejdříve je třeba si uvědomit, že jakýkoli Wi-Fi prvek slouží zároveň jako přijímač i vysílač. Jeho parametry musí přesně odpovídat mezinárodně daným parametrům z nichž vychází i předpisy dané u nás. Nebudu se zmiňovat o parametrech jako jsou impendační přizpůsobení, koeficient odrazu a podobně, neboť není pravděpodobné, že někdo z čtenářů by začal vyvíjet antény sám a tudíž je potřeboval důkladně analyzovat a modelovat jejich diagramy.

Zisk antény

Celková intenzita vysílaného a přijímaného signálu je dána několika parametry. Největší vliv na kvalitu signálu má však anténa. Ta má za úkol převést elektro-magnetické vlnění z Wi-Fi adaptéru na elektro-magnetické vlnění šířené vzduchem. Celkově tedy schopnost kvalitně přenést signál a schopnost jej získat je dána ziskem antény. Zisk je vždy vztažen k referenční anténě, kterou zpravidla bývá izotropický zářič - udává se v dBi. Ten však sám osobě neexistuje - je to pouze matematický výpočet ideálního vyzáření signálu jedním bodem. Takováto anténa by vyzařovala ve všech směrech a tudíž jejím diagramem by byla koule. Avšak těžko se dá skutečná anténa porovnávat s něčím co existuje pouze ve výpočtech, takže se většinou antény porovnávají s půl vlnným dipólem, jehož zisk je 2,4dBi.

Zisk by se tedy dal charakterizovat jako poměr mezi intenzitou vyzařování v daném směru k intenzitě vyzařování, kterou bychom obdrželi, kdyby energie přijatá anténou byla vyzářena rovnoměrně do všech směrů.

Nejlépe bude vše vysvětlit na příkladu. Anténa, jež má zisk 3dBi, vyzařuje signál do 50% prostoru, což znamená, že na přijímači je generován signál 17dBm. Izotropní anténa by ale ke stejnému signálu potřebovala 20dBm. A právě výsledný rozdíl je samotný zisk antény.

Při výpočtech je také třeba vzít v úvahu směrovost. Je to vlastně poměr mezi výkonem vyzářeným do směru hlavního maxima vyzařování a jiným bodem, jenž může být zvolen kdekoliv jinde. Počítá se tedy tzv. předozadní poměr, předoboční poměr a také šířka svazku, jež je dána úhlem, o který se musí odchýlit místo měření od osy maxima vyzařování, aby došlo k poklesu signálu o 3dB.  Vše je lépe pochopitelné z následující tabulky.

Typ	Zisk (dBi)	Diagram vyzáření	Úhel
Omni	2	i Zdroj: PCTuning.cz	60°
Omni	6	i Zdroj: PCTuning.cz	10°
Uni	8,5	i Zdroj: PCTuning.cz	37°
Uni	12		11°
Uni	19		7°
Uni	24		3,7°

V praxi se zisk a směrovost ukazuje na vyzařovacích diagramech a to buď pro vertikální a nebo horizontální osu antény. Na následujících obrázcích si ukážeme právě takovéto diagramy jak vypadají na anténě tvořené čtyřmi dipóly před reflektorovou stěnou.
 

Horizontální rovina - zisk je 14,2dB a předozadní poměr je 18,9dBi.

Zde je diagram vertikální roviny. Dále je zobrazen úhel pro pokles -3dBi (106 stupňů).

Avšak vše lze zobrazit i v 3D modelu.

Veškeré parametry antén je však potřeba navrhovat s ohledem na vlnovou délku v níž sítě Wi-Fi pracují. Je to přesně 12,3cm pro pásmo 2,4GHz a tak je vhodné vše navrhovat v tomto násobku. Například parabolická anténa s velmi slušným ziskem by měla například rozměr deseti vlnových délek - tudíž 1,2m. Avšak při pásmu 100MHz je vlnová délka kolem 3m a tudíž rozměry antén jsou ohromné. Z toho vyplývá, že čím menší vlnová délka signálu, tím menší anténa nám stačí k co největšímu zisku.

Polarizace

Polarizace nám udává rovinu, ve které se šíří rádiové vlny. Avšak ne vždy se jedná pouze o jednu rovinu. Polarizace může být dána několika rovinami, může být eliptická, cirkulární či smíšená. Avšak nejčastěji se používá právě polarizace vertikální.

Při připojení hraje polarizace velice velkou roli. Pokud by naše anténa měla jinou polarizaci, než je polarizace antény na AP, pak bychom signál nechytili s největší pravděpodobností žádný. Avšak polarizace se dá s výhodou využít tam, kde je potřeba signály od sebe oddělit například  v důsledku přehlcení kapacit apod. Tomuto se pak říká polarizační separace a její hodnota je přibližně 20 - 30 dB (to je hodnota, při které už separace použít nelze neboť signál je natolik silný, že se dokáže zachytit i na anténě s opačnou polarizací ).

Signál

Pro určení kvality signálu je především rozhodující poměr signál/šum. Šum je součet všech vnějších šumů a také šumu samotného Wi-Fi adaptéru.

Samotná hodnota intenzity signálu se udává v dBm. Pokud získáme hodnotu -70dBm a pozadí šumu je -90dBm, pak můžeme být spokojeni, neboť intenzita signálu je postačující. Síla signálu však může být až pod -30dBm a to je pak úroveň, jež je opravdu vynikající a je nepravděpodobné, že by komunikace byla nějak brzděna apod. Čím je hodnota nižší, tím je signál kvalitnější. Doporučená minimální úroveň signálu pro komunikaci je u 802.11b -80dBm a u 802.11g alespoň -70dBm.

Dostupné sítě a kvalitu jejich signálu si nejlépe ověříme pomocí programu NetStumbler.
Můžeme zjistit na jakém kanále vysílá, jakou má kvalitu signálu a jak se jmenuje.

Všechny vlastnosti šumu a signálu jsou spojeny s citlivostí. Tento pojem udává, jaké minimální napětí musí být na anténě, aby přijímač na to vůbec reagoval. Je-li tedy citlivost přijímače 0,5mV pro poměr signál/šum 10dB, pak to znamená, že signál, který má méně než 10dB a je pod 0,5mV, je šum. Avšak pro naše účely bude dostačovat, když si uvědomíme, že šum je prostě něco, co nedokážeme ovlivnit a ani eliminovat a tudíž s tím prostě musíme počítat.

Pokrytí

Otázka pokrytí je vždy velice složitá. Bohužel nedokážeme provést samotné propojení tak, jak se to provádí v továrně v laboratorních podmínkách, a tak není vždy snadné jej přesně určit. Bohužel často dochází k různým odrazům, útlumům či refrakcím a difrakcím. Tyto jevy spolu většinou často souvisí a tudíž málokdy se stane, že by nastal pouze jeden či dokonce žádný. Tyto problémy vznikají nehomogenitou prostředí vzniklou například sněžením, deštěm apod.

Velký vliv na samotné šíření signálu má také terén. Různé překážky, kopce, údolí - to vše má na výsledné pokrytí nemalý vliv. Odrazy a jiné změny signálu způsobují totiž jejich posuny a hlavně změnu fáze, jež je velice nechtěná.

Jeden ze způsobů, jak lze označit pokrytí nějakého území signálem.

Existují však programy, které na základě námi vložených parametrů dokáží vytvořit profil pokrytí, avšak vždy je třeba jej brát s jistou rezervou, neboť nikdy nemůže být příliš přesný.

V CzFree se však většinou propojení a pokrytí znázorňuje takto.

Poměrně kvalitnější a přesnější způsob je empirická metoda, kdy se úroveň a kvalita signálu měří ručně vždy tam, kde je třeba (u klienta apod). Avšak ani zde nelze nic určit s velkou přesností. Situace se mění během dnů velice často, neboť obrovský rozmach technologie Wi-Fi způsobil, že nové AP a další klienti se připojují opravdu vysokým tempem. Tím pádem je možné, že kvalitně běžící spoj se může během vteřiny stát nepoužitelným.

Jedna z možností jak zobrazit propojené body a uživatele je i pomocí ortografické mapy.

Šifrování

Možná že vás napadlo, že pokud signál letí vzduchem, tak zda jej někdo nedokáže také zachytit a později využít či zneužít. Ano toto je v bezdrátových sítích jedním z největších problémů. Proto už od počátku na to bylo myšleno a do každé karty byla integrována podpora WEP (Wireless Encryption Protocol) šifrování. Jelikož je ale tato problematika velice obsáhlá, nechám její bližší vysvětlení na samostatnou kapitolu, jež bude následovat dále.