100mW e.i.r.p.

30 Kwi 2007 przez     komentarze 3    Kategoria: Zestawy antenowe

Autor: Adamusw adamusw (at) o2.pl

Mam wątpliwy zaszczyt (nieprzyjemność 🙂 ) mieszkać na terenie osiedla po byłej jednostce wojskowej zamieszkanej głównie przez wojskowych emerytów. Taki statystyczny emeryt jako sąsiad to (wierzcie mi) święta zgroza – zazwyczaj wszystko mu przeszkadza. Więc kiedy wystawiłem na naszym bloku małą bazę w celu podzielenia się internetem z kilkoma kumplami wywołałem spory popłoch wśród statystycznych emerytów. A spekulacje były różne – zaczynając od podejrzeń, że jest to antena od CB-radia na urządzeniu do nielegalnego poboru energii elektrycznej kończąc (z tego śmiałem się ze 3 dni). Po jakimś czasie dowiedziałem się, że ta moje „diabelskie ustrojstwo” zakłóca (rzekomo) odbiór telewizji satelitarnej i że statystyczny emeryt przeszedł do ofensywy (a to napisał skargę do administracji osiedla, a to nasłał dzielnicowego a ostatnio przeszedł samego siebie pisząc donos do UKE 🙂 ). Tak więc podsumowując ten wstęp w dalszej części tekstu przedstawię wam poradnik co zrobić, żeby upierdliwy emeryt wyszedł na przysłowiowego durnia 🙂

A tak już całkiem poważnie to obecnie podstawowym dokumentem regulującym dozwolone parametry instalacji Wi-Fi jest rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 24 października 2005 r. w sprawie urządzeń radiowych nadawczych lub nadawczo-odbiorczych, które mogą być używane bez pozwolenia radiowego (pełny tekst tej ustawy znajduje się np. tutaj). Jest to dosyć długi i nudny dokument a nas interesują tylko regulacje dotyczące pasm wykorzystywanych w Wi-Fi, więc nadmienię tylko, że wszystko co dotyczy tych pasm zawiera się w:

1) załączniku nr 1, punkt 1, podpunkt 3)
2) aneksie 3, punkty a, b, c i d

Sprowadza się do tego, że ulegalniono wykorzystanie w Wi-Fi:
A) częstotliwości 2,400 – 2,4835 GHz z mocą nie przekraczającą 100 mW e.i.r.p. (20dBm)
B) częstotliwości 5,150 – 5,350 GHz z mocą nie przekraczającą 200 mW e.i.r.p. (23dBm) zaznaczając wyraźnie, że to pasmo dopuszczono do użytku tylko i wyłącznie wewnątrz pomieszczeń
C) częstotliwości 5,470 – 5,725 GHz z mocą nie przekraczającą 1000 mW e.i.r.p. (30dBm)

W ustawie zaznaczono, że wartości te dotyczą maksymalnej mocy promieniowanej lub maksymalnego natężenia pola magnetycznego w odległości 10 m. Zapis ten wzbudził u mnie swego czasu spore wątpliwości jednak okazuję się, że należy go interpretować w formie to lub to (z czego wynika, iż podane wartości dotyczą maksymalnej mocy e.i.r.p. promieniowanej, wypromieniowanej).

I nasuwa się od razu pytanie co to jest to nieszczęsne e.i.r.p.? Wikipedia podaje następującą definicję:

EIRP (ang. Effective Isotropic Radiated Power) to efektywna izotropowa moc wypromieniowana stosowana przy obliczeniach mocy wyjściowej nadajnika dla częstotliwości ponad 1 GHz.

EIRP obliczane jest ze wzoru:
EIRP = 10 * log10(P/1mW)
gdzie P – moc wypromieniowana.

EIRP wyrażana jest w jednostkach dBm.

Korzystając z tej definicji możemy sobie przy okazji w malutkich przybliżeniach wyliczyć że:
1mW – 0dBm
2mW – 3dBm
5mW – 7dBm
10mW – 10dBm
15mW – 12dBm
20mW – 13dBm
25mW – 14dBm
32mW – 15dBm
63mW – 18dBm
126mW – 21dBm
252mW – 24dBm
504mW – 27dBm
1000mW – 30dBm
Przy okazji podaję linki do definicji pozostałych jednostek ważnych dla Wi-Fi wymienionych i niewymienionych w tym tekście:

dBi – jednostka miary zysku anteny (stosowana w odniesieniu do anteny izotropowej)
dBd – inna odmiana miary zysku anteny (stosowana w odniesieniu do anteny dipolowej)
dBm – jednostka miary mocy
dB – jednostka stosunku napięć lub prądów
ERP – jednoska pokrewna EIRP jednak stosowana w odniesieniu do anteny dipolowej stosowana dla częstotliwości od 30 MHz do 1 GHz
MHz – jednostka pochodna miary częstotliwości
GHz – jednostka pochodna miary częstotliwości
mW – jednostka pochodna miary mocy

Ale teoria – teorią a praktyka – praktyką. Budując jakąkolwiek instalację Wi-Fi, oprócz anteny (która ma jakiś zysk – podawany w dBi) i nadajnika (który ma jakąś moc – podawaną najczęściej w dBm a rzadziej w mW), stosujemy zawsze złączki i kable. Elementy te to elementy czysto pasywne, wprowadzające tłumienie sygnału (podawane w dB – decybelach).

Zatem czy stosując antenę o dowolnym zysku energetycznym łamiemy prawo? Należy podkreślić, że przepisy nie podają informacji o istnieniu granicznej wartości zysku, której przekroczenie jest niedozwolone. Tę samą moc EIRP można uzyskać na wiele sposobów.

Tak więc przybliżone określenie czy dana instalacja mieści się w granicach prawnie dopuszczalnych czy je przekracza wymaga pewnych prostych obliczeń. Obliczenia te można określić bilansem instalacji a wyglądają tak:

moc nadajnika (dBm) + zysk anteny (dBi) – tłumienie kabla (dB) – tłumienie złączy (dB) = e.i.r.p.(dBm)

(pamiętając o tym, że wartość e.i.r.p. jest różna dla poszczególnych zakresów częstotliwości)

Co z tego wynika w praktyce? A to, że nie każda stacja z anteną o dużym zysku przekracza normy prawne a nie każdy nadajnik ze słabą anteną się w nich mieści.

Dla pełniejszego zobrazowania wieźmy sobie trzy praktyczne sytuacje dla pasma 2,4GHz:

1) Antena panelowa (mikropaskowa, reflektorowa) – zysk 20dBi, AP (z mocą nadawania zredukowaną do 2mW czyli 3dBm), sprzęt połączony 5-cioma metrami popularnego kabla H155 (5m tego kabla tłumi sygnał o 2,5dBtłumienia popularnych kabli stosowanych w Wi-Fi zebrane są tutaj) z użyciem dwóch złączy. Tłumienie jednej (starannie zaciśniętej) złączki przyjmijmy na poziomie 0,5dB:

Moc nadajnika (2mW = 3dBm) + zysk anteny (20dBi) – tłumienie kabla (2,5dB) – tłumienie złączy (1dB) = 19,5dBm = 89mW e.i.r.p. czyli zmieściliśmy się w normie.

Uwaga! Nie każdy sprzęt Wi-Fi ma możliwość regulacji mocy nadawania, więc nie w każdej instalacji można coś takiego zastosować! Nadmierne zwiększenie czułości zestawu też może przynieść niekorzystne skutki!

2. Antena dookólna – zysk 9dBi, AP pracujący pełną mocą (16dBm), sprzęt połączony jednym metrem kabla H1000 (tłumienie 0,23dB) z użyciem dwóch złączy (tłumienie 1dB):

moc nadajnika (40mW = 16dBm) + zysk anteny (9dBi) – tłumienie kabla (0,23dB) – tłumienie złączy (1dB) = 23,77dBm = 239mW e.i.r.p. czyli łamiemy przepisy.

3. Antena dookólna – zysk 7dBi, AP pracujący pełną mocą (23dBm), sprzęt połączony 20-stoma metrami kabla CNT200 (tłumienie 10,7dB) z użyciem dwóch złączy (tłumienie 1dB):

moc nadajnika (200mW = 23dBm) + zysk anteny (7dBi) – tłumienie kabla (10,7dB) – tłumienie złączy (1dB) = 18,3dBm = 68mW e.i.r.p. czyli znowu zmieściliśmy się w normie.

I tak można bez końca mnożyć takie przykłady. Obliczenia dla pasma 5GHz niczym się nie różnią (należy tylko podstawiać właściwe parametry tłumienia).

W praktyce znacznie korzystniej jest zastosować „mocną” antenę ze „słabym” nadajnikiem niż odwrotnie. Wynika to z tego, że stacja Wi-Fi jest nie tylko nadajnikiem ale i odbiornikiem. Wtedy dla naszej stacji odbierającej sygnał z innego nadajnika nie ma znaczenia jej własna moc, tylko liczy się jej czułość (którą znacznie poprawia właśnie antena o dużym zysku). Więc podsumowując – zysk anteny ma znaczenie zarówno podczas nadawania jak i odbioru, a moc nadajnika tylko podczas nadawania.

Osobną kwestią jest wykorzystywana moc promieniowana. Zwykle wydaje się, że im większa tym lepsza. A tymczasem, wcale nie jest to prawdą. Zawsze należy nadawać z mocą optymalną, dostosowaną do rozmieszczenia klientów. Zbyt duża moc nadawana to niepotrzebne wysyłanie swojego sygnału poza obszar naszej działalności. Przez to możemy zakłócać sieci, które działają w dalszej odległości. Będziemy też narażać się na ataki na naszą sieć przez osoby znajdujące się w oddali, trudne wówczas do zlokalizowania. Zyski anten klienckich również powinny być dobrane optymalnie. Klient, który posiada bardzo mocną antenę, a stację bazową ma blisko, oczywiście będzie miał mocny sygnał ze swojej anteny, ale jednocześnie podczas nadawania może zakłócać inne sieci, nawet w dużej odległości, ale poza tym będzie on “widzieć” te sieci, co za tym idzie będzie widział je jako dodatkowy szum (większy szum to większa liczba błędów i mniejsza prędkość transmisji) lub też będzie współdzielił z nimi medium transmisyjne – co zaowocuje mniejszą prędkością. Stacje, z mniejszymi antenami, będą widziały tylko swoją stację i nie będą miały takich problemów. (cytat z Poradnika Instalatora WLAN – lekturę polecam każdemu początkującemu – i nie tylko – w temacie Wi-Fi).

Wracając do tematu norm – pozostaje nam jeszcze taka kwestia nie związana bezpośrednio z ustawą a dosyć ważna jeśli panowie z UKE potraktują poważnie donosy pisane przez „mojego” upierdliwego emeryta. Mianowicie producenci urządzeń Wi-Fi (kart, AP) wprowadzając legalnie swoje wyroby na nasz rynek uzyskują na nie homologację i cechują znaczkiem CE. Homologowane są całe zestawy z oryginalnymi antenami dołączanymi do tych urządzeń przez producenta (z reguły są to antenki o małym zysku 2-5 dBi). Użytkując taki zestaw mamy 100% gwarancji, że w żadnym wypadku nie naruszymy obowiązujących przepisów a w wypadku niespodziewanej wizyty możemy się zaprezentować posiadaniem na dany sprzęt homologacji oraz znaczka CE. W takim wypadku wizyta na pewno zakończy się szczęśliwie. Natomiast dołączając do urządzeń zewnętrzne anteny inne niż oryginalne (nawet mieszcząc się w normach mocy nadawania) wkraczamy na śliski grunt. Wtedy końcowy efekt wizyty zależy głównie od nastawienia kontrolujących panów i naszej elokwencji 🙂 Więc my (przynajmniej na razie) powymienialiśmy sobie nasze anteny na oryginalne „patyczki” producentów sprzętu i śpiąc spokojnie czekamy na ewentualną wizytę panów z UKE 🙂

Na koniec kilka przydatnych linków:
1) Pełny tekst ustawy
2) Kalkulator pozwalający szybko obliczyć długość przewodu pozwalającą zmieścić się w normach dopuszczalnej mocy e.i.r.p.
3) Kilka przydatnych kalkulatorów i przeliczników
4) Kolejna strona dotycząca przeliczania jednostek mocy

W tekście wykorzystano materiały zawarte na stronach internetowych firm:
ARTS-net [www.wirelesslan.com.pl]
Dipol [www.dipol.com.pl]
Elboxrf [www.elboxrf.com]
Interline [www.interline.pl]