МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра Теоретические основы радиотехники


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКОМУ ЗАДАНИЮ
по дисциплине Основы передачи дискретных сообщений

«Проектирование беспроводной сети передачи данных IEEE 802.11 (Wi-Fi)»

Вариант 6
Выполнил:

Овечкин Д.Е.

Группа: РТС9-01

Дата: 02.12.2022

Проверил:

Беленький В.Г.

Новосибирск

2022

1. Введение

Основная цель данной работы – научиться принимать проектные решения при построении беспроводных Wi-Fi сетей, используя стандарты 802.11n и 802.11ас, определять необходимое число точек доступа (hot-spot) для заданной площади закрытых помещений, выполнять расчет СЗЗ hot-spot с учетом направленных свойств излучающей антенны.

2. Задание, исходные данные

Задание:

• 
  Получить задание на проектирование сети беспроводной связи и выбрать из таблицы параметров сети исходные данные для проведения расчетов (номер варианта соответствует номеру студента в журнале).
  
• 
  Для заданных параметров рассчитать энергетический бюджет линии для нисходящего (down link, DL) и восходящего направлений (up link, UL). Определить степень расхождения энергетических бюджетов линий DL и UL. Путём выбора вида модуляции и скорости кодирования данных в восходящем направлении UL, обеспечить выполнение условия: энергетический бюджет линии UL ≈ или ≥ энергетическому бюджету для линии DL.
  
• 
  Рассчитать и построить график зависимости величины потерь на трассе распространения радиосигнала от расстояния d между точкой доступа (ТД) и абонентским терминалом (АТ), на этой же координатной плоскости построить прямые, соответствующие рассчитанному энергетическому бюджету мощности для линий DL и UL. Определить дальности передачи в линиях DL (dDL) и UL (dUL) и степень их расхождения. Определить площадь зоны покрытия одной ТД.
  
• 
  Рассчитать скорости передачи данных в нисходящей линии DL и в восходящей линии UL и сделать выводы по результатам расчетов в п.3 и 4.
  
• 
  Определить необходимое количество ТД для построения беспроводной сети передачи данных в заданной площади помещений внутри здания. Вычислить максимальное количество активных абонентов, обслуживаемых в рассчитанной беспроводной сети и минимально достижимую скорость передачи данных от абонента до ТД. Сделать выводы по скорости передачи данных на абонента в линиях DL и UL.
  
• 
  Для заданных, согласно варианту, параметров излучающей антенны ТД рассчитать и графически построить санитарно-защитную зону (СЗЗ) в месте расположения антенны ТД. Сделать выводы по результатам построения СЗЗ.
  
• 
  Сформировать в рукописном или печатном виде отчет по работе, в который включить: процедуру расчетов беспроводных сетей по технологии Wi-Fi; таблицы результатов; график зависимости потерь от расстояния; СЗЗ излучающей антенны ТД; выводы по результатам расчетов.
  

---

Исходные данные:

• 
  BW = 20 МГЦ;
  
• 
  № канала = 160;
  
• 
  Схема модуляции в канале DL: QAM-64;
  
• 
  Скорость кодирования в канале DL = 2/3;
  
• 
  Модель Wi-Fi роутера: Archer AX6000;
  
• 
  Схема MIMO: MU-MIMO 8×2;
  
• 
  Кол-во простран. потоков в канале DL = 4 N_ssDL
  
• 
  P_txAT = 15 дБm;
  
• 
  ^G_AT = 2 дБi;
  
• 
  Мин. Скорость от ТД до АТ = 50 Мбит/с;
  
• 
  Площадь сети Wi-Fi S_z = 500 м².
  

3. Ход работы

Основываясь на № канала, ширине канала и модели роутера, выберем стандарт 802.11ас.

1. 
   Рассчитаем энергетический бюджет линии для нисходящего (DL) и восходящего направлений (UL):
   

Конкретное значение зависит от ширины полосы канала, вида модуляции и скорости кодирования. В данном случае,





Как видно, энергетический бюджет для DL и UL оказались не равны:



Для достижения примерного равенства бюджетов мощности в линиях DL и UL, выберем для восходящей линии UL схему модуляции 16-QAM и скорость кодирования 3/4:





Сравним полученные значения:



Итак, достигнуто примерное равенство бюджетов мощности.

2. 
   Для расчета потерь сигнала внутри зданий и помещений использую эмпирическую модель ITU-R P.1238.8:
   

Построим график зависимости величины потерь на трассе распространения радиосигнала от расстояния d между ТД и АТ. На этой же координатной плоскости построим прямые, соответствующие рассчитанному энергетическому бюджету мощности для ланий DL и UL:

---

Рис. 3.2.1. График зависимости величины потерь на трассе распространения радиосигнала от расстояния d между ТД и АТ

Определим дальности передачи в линиях DL и UL и степень их расхождения:











Определим площадь зоны покрытия одной ТД:

3. 
   Рассчитаем скорости передачи данных в нисходящей линии DL и в восходящей линии UL:
   

- число поднесущих данных OFDM сигнала зависит от ширины полосы канала, в нашем случае .

Длительность OFDM-символа:



Длительности защитного интервала для стандарта 802.11ас:






Из вышеизложенного можно сделать вывод, что ход работы идёт верно, все расчёты соблюдены. Энергетический бюджет мощности для линий UL и DL соблюдён. Скорости передачи данных также рассчитаны верно. В линии DL скорость передачи больше, чем в DL, так как данная скорость берётся с запасом, что необходимо для корректной работы.

4. 
   Определим необходимое количество ТД для построения беспроводной сети передачи данных в заданной площади помещений внутри здания:
   

Рассчитанное количество ТД, которые следует разместить на заданной площади внутри здания, должно одновременно удовлетворять двум условиям:

1. В пределах зоны покрытия каждой ТД обеспечивается соответствие потерь сигнала энергетическому бюджету в линии;

2. В пределах всей заданной географической области обеспечивается минимально необходимая скорость передачи данных от ТД к каждому абоненту АТ.

Первое условие:

---

Вычислим максимальное количество активных абонентов, которым может быть обеспечена требуемая скорость передачи данных от абонента до БС:



Требуемая ёмкость беспроводной сети Wi-Fi:



Второе условие:



Минимально возможная скорость передачи данных от абонента до БС:



Ёмкость беспроводной сети Wi-Fi в направлении UL составит:

5. 
   Рассчитаем и графически построим санитарно-защитную зону в месте расположения антенны ТД:
   

Рис. 3.5.1 Пояснение к расчёту зоны излучения

При проведении прогнозирования электромагнитных излучений, действующее значение напряженности электрического поля Е от излучающей антенны Wi-Fi в точке наблюдения М (см. рис. 3.5.1) можно определить по формуле:



- коэффициент усиления антенны Wi-Fi относительно изотропного излучателя, определяемый в направлении максимального излучения;

- нормированные диаграммы направленности (ДН) антенны Wi-Fi в вертикальной и в горизонтальной плоскости, соответственно.

Плотность потока мощности, создаваемой антеннами Wi-Fi роутера в точке наблюдения М определяется как:



Значение R при котором выполняется равенство будет соответствовать радиусу зоны вокруг Wi-Fi роутера с опасным для здоровья человека уровнем излучения. Максимальный радиус опасной зоны излучения (наихудший случай) получается в случае, если по направлению к точке наблюдения нормированные диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскости равны единице, то есть,

---

при любом расстоянии R.

Суммарная напряжённость электрического поля, создаваемая антеннами:



При расчётах следует учитывать габариты роутера, расположение антенн и расстояние между ними, но эти значения очень малы, на уровне погрешности, и ими можно пренебречь:





Рис. 3.5.2 Графики зависимостей напряжённостей электрического поля и плотности потока мощности, создаваемых антеннами, от расстояния от геометрического центра антенны до точки наблюдения

Найдём радиус зоны вокруг Wi-Fi роутера с опасным для здоровья человека уровне излучения:





Рис. 3.5.3 Графическое изображение санитарно-защитной зоны (СЗЗ) в месте расположения антенн ТД

4. Таблица результатов

85,5	86	0,5	4,779
4,987	0,208
7	10

---

Смотрите также файлы

• Практическая работа 6 Оформление документа. Колонки Цель работы научится создавать и редоктировать колонки в программе ms word.docx

• Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Казанская государственная академия.docx

• Практическая работа 7 Оформление документа. Колонтитулы и сноски.docx

• Антикризисное управление одна из разновидностей управления деятельностью предприятия. Появление антикризисного управления продиктовано необходимостью финансового оздоровления многочисленных предприятий.docx

• Общая характеристика трудового права Республики Беларусь по дисциплине.pdf