Βασικές έννοιες: dB, dBi, dBm

Τι είναι τα dB, dBi και dBm

Τα decibel είναι μία λογαριθμική μονάδα μέτρησης ενός λόγου, όπως ο λόγος σήματος προς θόρυβο (S/N, signal to noise ratio). Τα decibel είναι βολικά καθώς χρειάζεται πρόσθεση και αφαίρεση των συντελεστών κέρδους και απωλειών, αντί του πολλαπλασιασμού τους. Αν μία συσκευή αυξάνει ένα μέγεθος (όπως τάση ή ισχύ) με έναν συντελεστή x τότε με λογάριθμους μπορούμε να υπολογίσουμε ότι έχει κέρδος log10x B (όπου το Β συμβολίζει τα Bell) ή 10log10x dB (decibels όπου το deci σημαίνει δέκατα, δηλαδή δέκατα του Bell). Ένας χρήσιμος αριθμός είναι ο +3dB το οποίο αντιστοιχεί περίπου σε διπλασιασμό.

dBm είναι το κέρδος που υποθέτουμε ότι θα προέκυπτε από είσοδο 1mW. Για παράδειγμα αν μια κάρτα εκπέμπει στα 100mW σημαίνει ότι έχει ένα υποθετικό κέρδος 100, ή σε dB αυτό μεταφράζεται σε 10log(100) = 20dB και λέμε ότι εκπέμπει στα 20dBm. (100mW = 20dBm, 1mW=0dBm). Μία άλλη κάρτα μπορεί να εκπέμπει με ισχύ 50mW, το οποίο αντιστοιχεί σε 17dBm.

dBi είναι το υποτιθέμενο κέρδος μίας ισοτροπικής κεραίας. Για παράδειγμα 0dBi είναι το κέρδος μίας υποθετικής κεραίας που ακτινοβολεί όλη την ισχύ της σε μία τέλεια ομοιόμορφη σφαιρική κατανομή. Κεραίες με τέτοια ακτινοβολία δεν υπάρχουν στην πραγματικότητα. Αντίθετα οι υπάρχουσες κεραίες κατασκευάζονται ώστε να συγκεντρώνουν την ισχύ του σήματος προς μία συγκεκριμένη κατεύθυνση. Για έναν απομακρυσμένο δέκτη που δε γνωρίζει τι είδους κεραία στέλνει το σήμα, αυτό που «φαίνεται» είναι το συγκεντρωμένο σήμα που έχει σταλεί και μοιάζει σαν έχει σταλεί από μία ισοτροπική κεραία η οποία με κάποιο τρόπο έχει αυξήσει την ισχύ του εισερχόμενου σήματος και το έχει εκπέμψει σφαιρικά, έτσι με αυτόν τον τρόπο λέμε ότι οι κεραίες έχουν «κέρδος». Να θυμάστε ότι το "i" στο dBi αφορά το μοντέλο της ισοτροπικής κεραίας (isotropic radiator).

Τυπικά οι κεραίες χαμηλού κόστους έχουν κέρδη μεταξύ 10dBi και 20dBi. Αυτά τα κέρδη μετριούνται στην κατεύθυνση στην οποία η κεραία κυρίως συγκεντρώνει την ισχύ και ονομάζεται «λοβός» (lobe). Αν είχε μετρηθεί στο πλάι ή πίσω θα ήταν μικρότερα ή και αρνητικά. Άλλωστε δεν ενδιαφερόμαστε για τις κατευθύνσεις εκείνες στις οποίες δεν εκπέμπεται σήμα, οι οποίες ονομάζονται μηδενικές (nulls).

Έπειτα όλα τα μέσα από τα οποία περνάει το σήμα έχουν απώλειες ή κέρδος. Τα καλώδια και οι connectors συμβάλλουν σημαντικά στις απώλειες σήματος. Οι απώλειες ενός καλωδίου μετριούνται σε dB/m. Για παράδειγμα το RG123 υπολογίζεται ότι έχει απώλειες 4dB/m (ή κέρδος -4dB/m) για σήματα 2.4GHz. Ακόμα και ο αέρας ή το κενό στο διάστημα έχουν απώλειες, αλλά οι ενισχυτές έχουν κέρδος φυσικά!

Σε γενικές γραμμές αν προσθέσεις όλα τα κέρδη και αφαιρέσεις τις απώλειες μπορείς να δεις που τα πράγματα επιδέχονται βελτίωσης και που όχι. Είναι ένας προϋπολογισμός του link σου.

Για παράδειγμα αν έχεις μία κάρτα +10dBm, 5m 0.4dB/m καλώδιο και μία κεραία +12dBi και κανένα connector τότε η ωφέλιμη ισχύς σήματος είναι 10-5*0.4+12=20dBm στην κεραία (δε συνυπολογίσαμε τον αέρα που παρεμβάλλεται).

Νομικά περιοριζόμαστε στα 100mW EIRP (effective isotropic radiated power). Αυτό σημαίνει ότι ο αριθμός που δε μπορεί να ξεπεραστεί στην κεραία είναι 10*log(100)=20dBm. Το σύστημά σου πρέπει να είναι όσο πιο κοντά στα 20dBm χωρίς να τα ξεπερνά.

Το επόμενο πράγμα που θα σε απασχολήσει είναι το διάστημα που διανύει το σήμα.

Οι απώλειες που σχετίζονται με αυτό ονομάζονται απώλειες διαδρομής (path loss). Η καθαρή απώλεια διαδρομής είναι η απώλεια που προκύπτει όταν ανάμεσα στις κεραίες εκπομπής και λήψης μεσολαβεί κενό και δεν υπάρχει κανένα εμπόδιο στο ενδιάμεσο (όπως κτίρια ή δέντρα) και είναι αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της απόστασης.

Τελικά όταν το σήμα φτάσει στην κάρτα του λήπτη (μέσω μιας κεραίας και ενός καλωδίου με απώλειες), πρέπει να είναι αρκετά ισχυρό για να γίνει κατανοητό. Αυτό έχει να κάνει με την ευαισθησία της κάρτας. Για παράδειγμα οι παλιότερες 2Mbps κάρτες της Lucent είχαν ονομαστική ευαισθησία -90dBm.

Για άλλη μια φορά στο παράδειγμα αυτό πρέπει να προστεθούν τα κέρδη και να αφαιρεθούν οι απώλειες. Αν δηλαδή ο πομπός στέλνει στα 20dBm, οι απώλειες κατά την διαδρομή του σήματος είναι -108dB και ο δέκτης έχει μία κεραία 15dBi και καλώδιο με απώλειες -2dB, προκύπτει ότι η απαιτούμενη ευαισθησία της κάρτας είναι 75dBm που ικανοποιείται από την παραπάνω κάρτα.

Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει και ένα μικρό περιθώριο για χειρότερης ποιότητας καλώδια, κεραία χαμηλότερου κέρδους κ.λ.π. Όμως όλα αυτά είναι απλώς θεωρία. Στην πραγματικότητα τα κέρδη και οι απώλειες μπορεί να μεταβάλλονται ανάλογα με το πως φυσά ο αέρας γύρω από την κεραία, την υγρασία στα καλώδια, τα αεροπλάνα που πετούν χαμηλά κ.ο.κ.

dBm to Watt Conversion Table

dBm	Watts	dBm	Watts	dBm	Watts
0	1.0 mW	16	40 mW	32	1.6 W
1	1.3 mW	17	50 mW	33	2.0 W
2	1.6 mW	18	63 mW	34	2.5 W
3	2.0 mW	19	79 mW	35	3.2 W
4	2.5 mW	20	100 mW	36	4.0 W
5	3.2 mW	21	126 mW	37	5.0 W
6	4 mW	22	158 mW	38	6.3 W
7	5 mW	23	200 mW	39	8.0 W
8	6 mW	24	250 mW	40	10 W
9	8 mW	25	316 mW	41	13 W
10	10 mW	26	398 mW	42	16 W
11	13 mW	27	500 mW	43	20 W
12	16 mW	28	630 mW	44	25 W
13	20 mW	29	800 mW	45	32 W
14	25 mW	30	1.0 W	46	40 W
15	32 mW	31	1.3 W	47	50 W

Τα παραπάνω αποτελούν απόσπασμα από το pwn tutorial project