Trådlös ethernet för långa avstånd -en guide

2,4 GHz bandet har en uteffektsbegränsning på 100 mW, det gör att från början endast var avsedd för korthållskommunikation. 2,4 GHz är för det mesta inte lämpad för längre sträckor, låt oss förklara närmare med först tar vi en titt på teorierna bakom vårt resonemang (känner du dig osäker på termer som W och dB rekommenderar vi att du först läser vårt avsnitt om antennlära för att bekanta dig med termerna. För att räkna ut räckvidder på de olika banden erbjuds en rad olika källor online för att själv räkna ut räckvidder på olika frekvensband. Vår uträkningen är baserad på den så kallade EGLI modellen som fungerar upp till 1 GHz, i våra beräkningar över 2,4 GHz använder vi Longley-Rice modellen.

2,4 GHz bandet har en begränsning på 100 mW ERP. ERP betyder Effective Radiated Power och innebär att den signalen du skickar ut i luften ur antennen får vara på max 100 mW (20 dBm). Det går normalt att söka tillstånd från PTS men inte för fria frekvenser där PTS grundläggande regel är att ”de licensfria radiofrekvenserna får användas av alla på lika villkor”.

Nå långt med radiolänk

Så vad är möjligt att nå med en 2,4 GHz länk? Kan man nå ett avstånd på till exempel 35 km (som är en lång sträcka men rimlig med till exempel radioroutrar för privata radionät)?

2,4 GHz jämfört med 370 MHz

Som en jämförelse gör vi en beräkning för 370 MHz bandet och ser hur det står sig i relation till 2,4 GHz-länken. Vi väljer att göra jämförelserna med vårt ethernetradiomodem SATELLAR med 1 W uteffekt på 370 MHz. Samma siffror med detta radiomodem med 20 m antennmaster visar en positiv marginal på 16 dB vilket är mer än tillräckligt för att lyckas med länken på 35 km.

Slutsatsen är tydlig. För att bygga trådlösa ethernetförbindelser för längre avstånd är 370 MHz bandet ett kraftfullt alternativ som på en egen frekvens erbjuder en säker trådlös Ethernetförbindelse anpassad för längre avstånd och bättre motståndskraft mot naturliga hinder längs vägen än 2,4 GHz.

868 MHz bandet är ett annat tänkbart område för trådlös ethernetkommunikation. En lägre frekvens än 2,4 GHz och möjligheten att sända med 500 mW ERP gör detta till ett intressant alternativ.

868 MHz bandet är uppdelat i olika delband alla med olika användningsområden och tillåten uteffektsnivå. Det band som används för dataöverföring är 869,400 – 869,650 MHz och det bandet har en gräns på max 500 mW ERP, det vill säga max utstrålad effekt från antennen. Dessutom finns ytterligare ett frekvensband med tre frekvenser på 870,550 respektive 870,600 MHz och 870,650 MHz. Dessa band är avsedda för ”radiostyrning, larmöverföring och mätvärdesinsamling för el-, gas-, värme, kyl- och vattendistribution”. Den som har en applikation som faller inom det området har rätt att använda frekvensbandet utan att söka tillstånd. Högsta uteffekt: 100 mW ERP för antennhöjder som överstiger 10 m över marknivån. 500 mW ERP för lägre antennhöjder. Det som ytterligare begränsar 868-870 MHz frekvenserna är att man inte får egna frekvenstillstånd, detta gör att frekvenserna, som är relativt få till antalet, måste delas med andra.

Ungefärliga räckvidder på 868 MHz.

För att ge en räckviddsuppskattning på 868 MHz bandet så utgår vi från ungefär samma radioparametrar som i föregående del och beräknar räckvidden efter vårt radiomodem SATELLINE-1870E. Vår uppfattning är att det går att nå ungefär 5-6 km på detta frekvensband med 500 mW ERP. Vi har inte hittat kraftigare riktantenner än 10 dB varför det blir våra utgångsvärden. Vi räknar på en maxhöjd om 20 meter vilket vi i och för sig bara kan använda på 869,400-869,650 MHz.

Andra alternativ.

Det finns också professionella radiolänkar i spannet ovanför 2,4 GHz upp till 6 GHz. Ett sådant alternativ är radiolänkarna från RADWIN som fungerar även i situationer utan fri sikt mellan antennerna eller i situationer där fresnelzonen är skymd, detta är mycket praktiskt då det tar bort behovet av att bygga dyra och höga master. Med RADWINs radiolänkar når man 3-4 km i områden utan fri sikt, en förutsättning är dock att det finns ytor som signalen kan reflekteras mot på vägen, stadsmiljö eller urban miljö är alltså en förutsättning för att nå dessa avstånd.

Även i situationer med fri sikt kräver inte RADWINs länkar en helt tom Fresnel zon för att fungera. RADWINs länkar klarar kommunikation om F2 och F3 är helt skymda, och även upp till 40% av F1 kan vara skymd utan att kommunikationen slutar fungera (wifi har kravet att 60% av zonen F1 skall vara fri). RADWINs länkar sänder med 56 subcarriers parallellt, det innebär att även om en eller flera av dessa förloras kommer data ändå att komma fram. På 5 GHz bandet måste dock radiolänkarna samsas med radar, det innebär att länken måste detektera en radarsignal och om den gör det så slås den automatiskt av. Detta är en klar begränsning om man behöver kontinuerlig uppkoppling.

Slutsatsen är att sett till räckvidden är radiomodem på 370 MHz eller radiolänkar av högre kvalitet på områden mellan 2,4 och 6 GHz den bästa vägen att gå. Ju lägre frekvens desto bättre kan länken hantera hinder på vägen, men är det hög hastighet du är ute efter så är det en radiolänk du söker. Allt beror på vilka förutsättningar du har och prioriteringar som måste göras i systemets uppbyggnad.

Radiomodem 370 MHz

SATELLAR radiomodem för 370 MHz med ethernet och digital radioteknik.

SATELLAR

Radiomodem 868 MHz

SATELLINE-1870E radiomodem för 868 MHz fria frekvensband.

SATELLINE-1870 E