Κατανοώντας τα Decibel και τη χρήση τους στις ασύρματες επικοινωνίες

Αυτό το άρθρο ασχολείται με τη βασική μονάδα μέτρησης που χρησιμοποιείται στις ασύρματες επικοινωνίες: Το decibel ή dB. Το όνομα αυτής της μονάδας προέρχεται από τον Alexander Graham Bell - γι' αυτό το λόγο το "B" είναι κεφαλαίο. Χρησιμοποιούνται πολλές παραλλαγές του dB στις ασύρματες επικοινωνίες. Παρακάτω θα βρείτε μερικούς ορισμούς και εξηγήσεις των dB, καθώς επίσης και κάποιους σχετικούς όρους που θα σας φανούν χρήσιμοι για τη σύνδεση σε ένα ασύρματο δίκτυο.

dB (decibel)
Είναι ο λόγος της ισχύος δύο σημάτων. Είναι λογαριθμική κλίμακα και δίνεται από τον τύπο dB = 10*log(P2/P1), όπου P1 η ισχύς του πρώτου σήματος (σε W) και P2 η ισχύς του δεύτερου σήματος. Χρησιμοποιείται για να δηλώσει την ενίσχυση (gain) ή την απώλεια (loss) ενός σήματος. Επειδή η κλίμακα είναι λογαριθμική, κάθε αύξηση/μείωση κατά 3 dB αντισοιχεί σε διπλασιασμό/υποδιπλασιασμό του σήματος. Έτσι αύξηση κατά 10dB σημαίνει αύξηση της ισχύος κατά δέκα φορές, ενώ αύξηση κατά 20dB σημαίνει αύξηση της ισχύος κατά 100 φορές! Επίσης αν ένα σήμα διαδίδεται μέσω μιας συσκευής (μέσω ενός καλωδίου για παράδειγμα) με απώλειες 20 dB, θα έχει χάσει το 99% της ισχύος του όταν φτάσει στην έξοδο της συσκευής.

dBm (dB milliWatt)
Μονάδα μέτρησης ισχύος, ξεκινώντας από την παραδοχή ότι 0dB αντισοιχούν σε 1mW. Χρησιμοποιείται ιδιαιτέρως για να εκφράσει την ισχύ εκπομπής των WiFi καρτών και AccessPoints. Έτσι, τα συνηθισμένα AccessPoints , όπως το DLink 900+ ή το Linksys Wap11 έχουν ισχύ 15dBm/32mW και 20dBm/100mW, αντίσοιχα. Επίσης τα περισσότερα έχουν έχουν ευαισθησία λήψης -83 dBm (ελάχιστο σήμα που απαιτείται για τη λήψη)
Παρακάτω είναι και ένας βολικός πίνακας για την αντιστοίχιση dBm σε W:

dBm	Watts	dBm	Watts	dBm	Watts	dBm	Watts
0	1,0 mW	12	16 mW	24	250 mW	36	4,0 W
1	1,3 mW	13	20 mW	25	316 mW	37	5,0 W
2	1,6 mW	14	25 mW	26	398 mW	38	6,3 W
3	2,0 mW	15	32 mW	27	500 mW	39	8,0 W
4	2,5 mW	16	40 mW	28	630 mW	40	10 W
5	3,2 mW	17	50 mW	29	800 mW	41	13 W
6	4 mW	18	63 mW	30	1,0 W	42	16 W
7	5 mW	19	79 mW	31	1,3 W	43	20 W
8	6 mW	20	100 mW	32	1,6 W	44	25 W
9	8 mW	21	126 mW	33	2,0 W	45	32 W
10	10 mW	22	158 mW	34	2,5 W	46	40 W
11	13 mW	23	200 mW	35	3,2 W	47	50 W

Σημαντικό:
Η νομοθεσία για την Ελλάδα επιτρέπει ολική ισχύ εκπομπής 20dBm = 100mW.
Οποιαδήποτε ισχύ εκπομπής στο γραμμοσκιασμένο τμήμα είναι παράνομη.

dBd (dB dipole)
Εκφράζει την ενίσχυση μιας κεραίας σε σχέση με μια δίπολη κεραία στην ίδια συχνότητα. Η τελευταία είναι η κεραία με την μικρότερη δυνατή ενίσχυση που μπορεί να κατασκευαστεί. Ο όρος dBd (πολλές φορές αναφέρεται και απλά ως dB) χρησιμοποιείται συνήθως για να εκφράσει το κέρδος κεραιών που λειτουργούν κάτω από το 1GHz.

dBi (dB isotropic)
Εκφράζει την ενίσχυση μιας κεραίας σε σχέση με μια θεωρητική, ισοτροπική (σημειακή) κεραία. Η τελευταία υπάρχει μόνο στην θεωρία και δεν μπορεί να κατασκευαστεί, είναι όμως χρήσιμη για τους υπολογισμούς. Το κέρδος των κεραιών μικροκυμάτων (πάνω από ένα GHz) δίνεται συνήθως σε dBi. Η δίπολη κεραία έχει 2,14 dBi gain σε σχέση με την ισοτροπική κεραία των 0 dBi. Οπότε, αν έχουμε το gain μιας κεραίας σε dBd, εύκολα το μετατρέπουμε σε dBi σύμφωνα με τον τύπο: dBi = dBd + 2,14
Για παράδειγμα μια omni κεραία κέρδους 5 dBd, θα έχει 5 + 2,14 = 7,14 dBi κέρδος.

Σημείωση:
Αν το κέρδος μιας κεραίας δίνεται σε dB από τον κατασκευαστή, να ρωτήσετε αν είναι dBi ή dBd. Αν δεν μπορούν να σας απαντήσουν σε αυτό, ή δεν ξέρουν τη διαφορά, θα έπρεπε να σκεφτείτε να αγοράσετε από κάπου αλλού!

EIRP (Effective Isotropic Radiated Power)
Ορίζεται ως η ισχύς του σήματος στον κύριο λοβό της κεραίας σε σχέση με μια ισοτροπική κεραία (0 dB ενίσχυση). Ισούται με την ενίσχυση (gain) της κεραίας σε dBi συν την ισχύ του σήματος που δέχεται η κεραία από τον πομπό (το AccessPoint στην δική μας περίπτωση) σε dBm.
Δηλαδή: EIRP = dBi Κεραίας + dBm AccessPoint

Για παράδειγμα: Έστω ότι μια κάρτα ή AP έχει ισχύ 15 dBm και οι GridParabolic κεραίες που χρησιμοποιούν οι περισσότεροι 15 dBi κέρδος. Έτσι, η EIRP είναι 15 + 15 = 30 dB = 1W, δηλαδή πολύ παραπάνω από το επιτρεπτό όριο, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχει περιθώριο για απώλειες 10dB, ή ότι πρέπει να βρεθεί ένας τρόπος να μειωθεί η ισχύς του AccessPoint.

FSL (Free Space Loss)
Είναι οι απώλεις του σήματος κατά την διαδρομή του στον αέρα. Υπολογίζεται σύμφωνα με τον τύπο: FSL = 100 + 20logD , όπου D είναι η απόσταση σε χιλιόμετρα.
Για παράδειγμα, οι απώλειες για απόσταση 3 Km είναι 109,54 dB. Θεωρείται πως η FresnelZone είναι ελεύθερη εμποδίων.
Πρακτικός κανόνας: Για κάθε διπλασιασμό/υποδιπλασιασμό της απόστασης, το σήμα μειώνεται/αυξάνεται κατά 6dB

System Operating Margin (SOM)
Είναι η διαφορά του λαμβανόμενου σήματος (dBm) και της ευαισθησίας του δέκτη (dBm) για απρόσκοπτη λήψη. Αν δηλαδή το AccessPoint με ευαισθησία -83dB για λήψη στα 11Mbps, λαμβάνει σήμα ισχύος -71 dB τότε το SOM είναι:
-71- (-83)=12 dB.

Γενικά θεωρείται πως για λήψη χωρίς προβλήματα, το SOM πρέπει να είναι μεγαλύτερο των 10 dB. 20 dB είναι το ιδανικό.

Kioan