[Berlin-wireless] b und g mode reichweiten, receiver sensitivity, EIRP

Marco Tidow martidow
Fr Jul 13 17:21:43 CEST 2007


On Thu, Jul.12. 19:25 +0200, offlinehorst wrote:
> bastian, thanks 4 the url.
> 
> ein vergleich der messreihen ist schwierig, weil nicht nur
> die a/b/g-modes variieren, sondern auch die tx-power u. antenna-gains.
> [...]
> eine übertragbarkeit auf andere situationen,
> zb. auf 'outdoor' ist gänzlich unmöglich.

Ack.

glaube, die tabelle habe ich schon früher gesehen; besonders un-plausibel
erscheint, daß der "6Mbit" g-mode mit 1/3 tx-power weiter reichen soll, als
die "2Mbit" b-mode mit 20dbm.  entweder ist dies ergebnis und vorteil aus
der multipath-ausgleichenden wirkung der OFDM modulation in der inhouse-
Umgebung  - oder schlicht geschönt, um mehr neue G-devices zu verkaufen.

der multipath- und fading-mindernde effekt von OFDM spielt outdoor so gut
wie keine rolle (evtl. noch auf straßen-niveau, über den dächern aber kaum).


für den vergleich OFDM und FSK,CCK geeignete anhaltspunkte fand ich bislang
nur wenig;  zahlen-technisch z.B.  bei einer atheros-a/b/g karte:

 angaben zur tx-power und receive sensitivity

(wobei man davon ausgehen kann, daß der hersteller zumindest bei ein und
 derselben karte für die sensitivity von einer - welcher auch immer -
 definition ausgeht; zumindest muß sich die karte nicht selbst konkurrenz
 machen...)

in abhängigkeit von mode und raten, hatte ich die dortigen angaben mal zur
ascii-darstellung sortiert:


Vergleich a + b + g modi einer (nicht so tollen) atheros-a/b/g karte
--------------------------------------------------------------------

         Maximum Output Power  -->
         |
         |                      rate -->
                              |
         802.11b
               16    dBm @    1.......11Mbps

         802.11g
             14,5    dBm @      6...........................24Mbps
             14,5    dBm @                                    36Mbps
             14,5    dBm @                                      48Mbps
             14,5    dBm @                                        54Mbps

         802.11a
                 17  dBm @      6...........................24Mbps
               16    dBm @                                    36Mbps
             14      dBm @                                      48Mbps
           12        dBm @                                        54Mbps

besonders der tx-power abfall bei 802.11a mit der bit-rate erscheint unlogisch,
anderen einflüssen geschuldet.
(TPC(Transmit Power Control), hardware zu langsam?)

dem ggü. gestellt die

     <-- Receive Sensitivity
         |                    rate -->
         |                    |

         802.11b
           -93          dBm @ 1Mbps
                 -87    dBm @         11Mbps

         802.11g
              -90       dBm @   6Mbps
                    -70 dBm @                                     54Mbps

         802.11a
              -90       dBm @   6Mbps
                    -70 dBm @                                     54Mbps


und
als resumee, praktischer notnagel, meine interpretation:
(die konkreten zahlen sind makulatur, modell/exemplar- sonstwie
 streuungen unterworfen)

  b
    auf einer 1-11MBbps Strecke sind 4,5 db mehr loss o.k. , als bei g+a,
    um überhaupt zu funktionieren

    max 109 db loss für  1Mbps
    max 103 db loss für 11Mbps

  g
    braucht 1,5 + 3 db =  4,5 db mehr als b  für minimum 6 Mbps
    nochmal              20   db mehr, um max 54 Mbps zu erreichen (!)

    max 104,5 db loss für  6 Mbps
    max  84,5 db loss für 54 Mbps

  a
    verträgt
    max 107   db loss für  6 Mbps
    max  82   db loss für 54 Mbps


also, thema G-mode tx-power:

soweit stimmig, als daß OFDM zur einhaltung der EIRP die 64 einzelnen
träger-frequenzen nur mit niedrigerer leistung auf die antenne
schicken darf (peak to average power ratio(PAPR), summe aller ~ EIRP),
als die eine bei B-modulation(en).


dazu geringere G-eingangs-empfindlichkeit:

die größenordnung der HF-empfindlichkeit von G-device HF-eingangs-stufen ist
identisch ggü. der B-only technik,
überall dieselbe ISM-hardware, aus kosten-gründen.

aber:
die FFT-analyse bei der empfangs-dekodierung zerlegt das empfangene summen-
signal, die zurück-gewonnenen einzel-träger haben zwangsläufig geringere
amplituden;  offenbar liegt hier systematisch eine abschwächung der einzel-
signale um 6db (spannungs-db) ggü. dem vergleichbaren schritt der
B-demodulation drin.
dieser sachverhalt ist mir mathematisch nicht so ganz geläufig ;-)
würde zumindest 3db (power-db) differenz zum b-mode bei ein und derselben
karte auf denselben ISM-frequenzen erklären.


fazit:
ack - binsen-weißheit,
man braucht für G-mode also mehr sende-leistung, oder kommt bei gleicher
weniger weit;  konkret im obigen beispiel:

  4.5db entsprechen z.B. entfernungsmäßig faktor 1.68   [ 20 * lg(1.68) = 4.51 ]

reduziert entsprechend die "ausgeleuchtete Fläche" auf fast 1/3 der "B-fläche".
[ 1.68^2 = 2.82 ] , durch wechsel von 2M auf 6M rate.


aber - falle:
obwohl die betrachtete wifi-karte in G-modi 1.5db leiser funkt, reduziert sich
das gebiet potenziell gestörter anderer mesh-links nicht in gleichem maß (!)
(bedingt durch die empfangs-demodulations-"verluste")

entfernte nodes können nur nicht mehr dekodieren, was sie sendet, die
"congestion auf distanz" bleibt aber weitreichend fast dieselbe:

  1.5db entsprechen z.B. entfernungsmäßig faktor 1.19   [ 20 * lg(1.19) = 1.51 ]

reduktion der "congested area" nur um faktor 1.4, also noch 70% der "B-fläche".
[ 1.19^2 = 1.42 ]


hier ist der strich
-------------------------------------------------------------------------
bleibt die frage, was bringt der pauschale wechsel auf G-raten in einem mesh?

1.) in hinblick auf deshalb obsolet werdende b-only devices, bzw.
    ausgrenzung von leuten, deren laptop/pda kein cardbus-zeug unterstützt,
    die also auf b-modi angewiesen sind

2.) zunahme der retries auf MAC-level, mehr schrott-packets on-air

3.) den zwang zur "ver-richtlinkung",
    einsatz enger-fokussierender antennen  (teuer oder aufwendig)

    erzielt damit aber wiederum taubheit für aktivität anderer nachbarn
    auf dieselbe "ziel-antenne"  - eine folge: erhöhte collisions

    also kaufen sich alle noch dickere antennen ... ;)

4.) eine zusätzlich den mesh-charakter des netzes zerstörende wirkung,
    weil alle gleich connect wollen, deshalb eine stern-topologie
    um überforderte zentral-kirchen errichten...

"wenn man schon wüßte, was man wollte"?

  - private richtfunk-spielwiese

  - oder bürgernetz

-------------------------------------------------------------------------




praktisch lies sich das anhand des 800m - links zu sama-ost verifizieren,
(bi-quad an der kirche, dosen-antenne bei mir, beide vertikal)
der genau an der kante zur 6M-rate lief (bruno´s tool zeigte ~ 4-6db SNR an).

manchmal funktionierte er beidseitig fix auf 6M eingestellt (mcast + unicast),
manchmal nicht, dann nur mit 2M (5.5M ging dann entsprechend ebenfalls nicht),
die 2M aber eben immer.
(andere bedingungen identisch, konstante tx-power einstellungen auf beiden
 seiten; recht aussagekräftig, da auf eigenem kanal, max. 5 nodes, die
 anderen beutend dichter an der kirche: Jörg 400m, Urike 50m, XYZ ?)

auf diesem link
hat sich der transfer-durchsatz bei 6M nur marginal von 100KByte/s auf
140KByte/s erhöht, ein anzeichen für häufige retries auf MAC-level.

zum Vergleich, die 2M rate ist unter besten bedingungen für
160KByte/s *netto* TCP gut, also inkl. TACK-packets.
(bei identischer RTS/FRAG config wie ex-sama-ost link)

6M macht max. 380KByte/s , also grade mal faktor 2 mehr :)

laut
  eval "wget -O /dev/null http://104.136.12.9/cgi-bin-dev-zero.bin &"; BG=$! ; sleep 10 ; kill $BG


den höchsten durchsatz-gewinn erreicht man aber evtl. doch
mit *sehr* eng benachbarten nodes?

marco



> bleiben die allerdings trivialen aussagen,
> - je mehr 'bandbreite', desto weniger *reichweite*,
>    (gleiche tx-power vorausgesetzt).
> - grundsätzlich gilt [signal-stärke =  1/r²].  
> - indoor hat das environment grossen einfluss, also
>   - noise anderer setups, und
>   - dämpfung durch bau-materialien
>   - reflexion an metall-gegenständen.
> - outdoor nützen gute antennen (Line_Of_Sight notwendig) 
>    wenn man schon wüsste, was man wöllte,
>    zb.: beam / sektor / omni.
>     
> 
> gruss horst_104.131.10.1
> offlinehorst at web.de
> 
> 
> On Thu, 12 Jul 2007 00:14:12 -0400
> "Bastian Bittorf" <bittorf at bluebottle.com> wrote:
> 
> > > kannst du dein *wlan ranges.JPG* bitte noch mal senden,
> > 
> > http://141.54.160.24/bastian/freifunk/wlan_reichweite_abhaengig_von_modulation.jpg
> > 
> > bye,Bastian.
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