Wi-Fi: Jak si zajistit velké pokrytí, rychlost a silný signál

Není anténa jako anténa

Wi-Fi antén je více druhů a každá se hodí na specifické použití. Základními třemi druhy jsou všesměrové (omni-directinal), sektorové (semi-directional) a úzce směrové (highly-directional). Všesměrové můžete potkat na Wi-Fi routerech v různých velikostech, a tedy s různým ziskem udávaným v decibelech v porovnání s izotropní anténou (dBi).

Ačkoliv se může zdát, že čím větší anténa a její zisk, tím lepší, není tomu vždy pravda. S vyšším ziskem antény se totiž nezvyšuje oblast pokrytí, ale jeho dosah. Vysílání z všesměrové Wi-Fi antény si můžete přestavit jako „koblihu“ kolmou k anténě, kde je její průměr, a tedy dosah signálu, přímo úměrný zisku antény. Se zvyšujícím se průměrem ale klesá tloušťka této „koblihy“. To znamená, že s anténou s větším ziskem (např. 7 dBi) skvěle pokryjete přízemí, ale v dalším patře nebude signál. Nebo bude, ale jen velmi slabý – pocházející z tzv. postranních laloků.

Všesměrová anténa s větším ziskem neznamená větší pokrytí, ale delší dosah v kolmém směru na anténu

Záleží tedy hodně i na natočení antény a u vícedecibelových toho jde nevhodným nasměrováním více pokazit. Pokud máte dvě antény a chcete pokrýt jen přízemí, jen mírně je od sebe nahněte (pro zajištění více odrazů pro MIMO). Pokud chcete pokrýt i horní či dolní patro, měly by vůči sobě svírat úhel 45°, každá tedy bude nahnutá o 22,5° na stranu. Ani tak ale nebude pokrytí ostatních pater vůbec ideální a lepší volbou jsou ménědecibelové (např. 2 dBi) antény, které mají širší úhel vysílání. Lze samozřejmě dát jednu anténu kolmo a druhou přímo, jak v patře, tak v přízemí ale nastane razantní snížení rychlosti z důvodu nefunkčnosti MIMO na většině míst. Pro fungující MIMO se musí na cílové místo dostat signály z obou antén. U 2dBi antény čekejte horizontální úhel 80°, u 3dBi se úhel zúží na 40°, u 7dBi na 30° a u 9dBi na 25°. Ovšem 9dBi anténa má 4–5× větší dosah než 2dBi.

Deformace a ztráta signálu

Při navrhování Wi-Fi sítě, natočení antén a rozmístění Wi-Fi routerů musíte také brát v úvahu povahu prostředí, ve kterém bude signál šířen. Jde hlavně o materiály, ze kterých jsou složeny zdi a stropy či jiné elementy ve vnitřních prostorách, které by mohly ovlivnit šíření signálu. Venku jde zase o stromy, další domy, ale i oblačnost či mlhy.

Rádiový signál podléhá prostředí stejně jako světlo. Může být zcela odražen (hladké neabsorbující povrchy), čímž je zcela změněn jeho směr. Nebo může být lomen, kdy je část signálu odražena a část projde materiálem dále, ale pod jiným úhlem. Dále může dojít k difrakci vln, které jsou deformovány, resp. ohnuty například předmětem v místnosti nebo budovou. Na nerovných površích se spoustou hran pak může dojít k odražení signálu do více směrů, a tím k jeho rozptýlení. A nakonec může signál narazit na takový materiál, který jej může zcela absorbovat a neefektivně přeměnit na teplo.

Pokud si chcete udělat obrázek o tom, jak je na tom vaše Wi-Fi síť, musíte mít prvně obrázek o vztahu mezi jednotkami miliwatt (mW) a decibel nad miliwattem (dBm). Jednotka dBm reprezentuje měřitelnou sílu signálu – citlivost, kde je m zkratka pro miliwatty. Vysílací výkon se pak výhradně udává v miliwattech. Decibely vyjadřují vztah k jednomu miliwattu výkonu, 0 dBm je tedy 1 mW, 10 dBm bude 10 mW, ale 13 dBm už je 20 mW. Každý další nárůst o 3 dBm znamená dvojnásobnou hodnotu v miliwattech. Pro 2,4 GHz pásmo je v Evropě povolen vysílací výkon 100 mW, například v USA je to ale 300 mW. U 5GHz pásma je to složitější, je povoleno 30 až 1 000 mW v závislosti na frekvenci.

Minimální citlivosti přijímačů Wi-Fi:

Vysílač versus přijímač

Na příkladu ukážeme, jak probíhá vysílání signálu z běžného Wi-Fi routeru a jeho příjem v notebooku a mobilním telefonu. Wi-Fi router má výkon 50 mW (17 dBm), který je vysílán 2dBi anténou, což dá celkem 19 dBm (80 mW). Uvažujme útlum prostředí (vzduch) na vzdálenost 50 metrů −74 dBm a jedné zdi −6 dBm, anténa přijímače tedy přijímá −61 dBm. To je dostatek (podle tabulky) na plnou rychlost (72,2 nebo 150 Mb/s pro jeden stream) jak u notebooku, tak u tabletu či chytrého telefonu.

Důležitá je však i cesta zpět. Notebook má vysílací výkon běžně 15 dBm, což znamená, že router bude přijímat 15 − 74 − 6 = −65 dBm, což znamená rychlost vysílání 65 Mb/s, resp. 90Mb/s při 40MHz kanálu. Ještě horší je to ale s chytrým telefonem, který poskytne vysílací výkon jen 8 dBm. K routeru se dostane 8 − 74 − 6 dBm = −72 dBm, takže se vysílací rychlost sníží na 28,9, resp. 45 Mb/s. Při návrhu sítě proto musíte brát v úvahu i to, že se k ní budou připojovat také zařízení s velmi nízkým vysílacím výkonem. Pokud by byla použita technologie MIMO (2T2R), všechny uvedené rychlosti by se v ideálním případě (kdy oba signály prochází stejným prostředím) zdvojnásobily. Chcete-li si detailněji spočítat úbytky po rádiové cestě včetně kabelů a konektorů i pro případ venkovního vysílání, zkuste to například s kalkulačkou. Ta dokáže také převádět mezi veličinami dBm a mW.

Mapu pokrytí Wi-Fi si můžete udělat snadno sami s pomocí programu Ekahau Heat Mapper; Pomocí programu inSSIDer snadno zjistíte, jaké sítě ve vašem okolí máte a které kanály zabírají

Pro plánování kvalitního pokrytí Wi-Fi se používají mapy pokrytí, na které se specializují některé firmy. Kompletní proměření a nastavení pokrytí prostoru se ale vzhledem k vysoké ceně se vyplatí málokomu. I s notebookem vybaveným Wi-Fi ale můžete orientačně prozkoumat sílu signálu v různých místech bytu či domu.

Zajímavou pomůckou je program Ekahau Heat Mapper, kde do předem připraveného plánu zanesete polohy síťových prvků a poté polohy notebooku, na kterém probíhá měření signálu. Výsledkem je mapa s interpolovanými úrovněmi signálu ve všech místech. Program je přitom po registraci zdarma. Ať už k průzkumu vaší Wi-Fi sítě použijete nástroj od společnosti Ekahau nebo jednoduchý program InSSIDer, nezapomeňte, že se prostředí může měnit. Někdy stačí zavřené dveře nebo zástěna či jiné rozmístění nábytku a situace může být úplně jiná.