Fre(z)nelove zone

Zakone ne uređuje samo država. Tu je i priroda koja se postarala da ne ide uvek sve glatko, a pošto bežični internet potpada pod oblast radio komunikacija pokušaćemo čitaocima da približimo prirodne zakone koji ovde vladaju. Materija nije tako jednostavna, pa ćemo ovom prilikom dati samo osnovnu logiku bez matematičkih izvođenja. Ovo je neophodan «alat» za sve one koji žele da postave svoju opremu, u inženjerskom smislu daju sve od sebe, a signal ipak ne bude najboljeg kvaliteta.

Na početku, potrebno je da pojasnimo značenje skraćenica LOS i NLOS, koje će se koristiti u svim daljim nastavcima. Dakle, šta je LOS? Reč je o skraćenici izraza Line of Sight ili (optička) vidljivost na lokaciji (tj. postojanje signala na lokaciji korisnika, a pri optičkoj vidljivosti). Shodno tome, NLOS je od Non Line of Sight  (nepostojanje ovakvog signala). Prvi naziv podrazumeva optičku vidljivost između prijemnika i predajnika, drugi nepostojanje optičke vidljivosti (signal postoji) na lokaciji korisnika, odnosno postojanje prepreka  na putu između prijemnika i predajnika.
Ako vidite prijemnu antenu, a vaš bežični link i pored svega ne radi - okrivite gospodina Freznela (francuski fizičar i matematičar), a optužbi dodajte i par prirodnih zakona:))

Zašto prijem na lokaciji nije dovoljan?

Ovo poglavlje daje pregled fenomena koji je poznat kao Fresnelov efekat ili Fresnelove zone.
Evo kratkog objašnjenja problema. Direktni radio signali očigledno putuju po pravoj liniji od predajnika (TX) do prijemnika (RX). Ali zapamtimo da postoje i drugi talasi koji putuju u okviru signalnog konusa (ili kruga ako je antena omnidirekciona). Ako ovi drugi talasi ne udare u neku prepreku putovaće u prostor dok ne “sagore”, ali ako udare u nešto (deflekcija) oni mogu da završe u prijemniku antene (RX) čak i ako su fazno pomereni od pravolinijskog signala. U tom slučaju će imati efekat “faznog prekida” (on će smanjiti snagu dolazećeg signala). Pojačanje “faznog prekida” je funkcija jačine signala i posledice toga koliko je signal fazno pomeren (ovo se uvek izražava uglom). Videti sliku 1.

Slika 1. Efekat faznog pomeranja usled odbijanja

Fazni pomeraj

Fresnel je omogućio sredstva za izračunavanje faznog pomeranja u slučaju udara signala u prepreku (deflekcije) između prijemnika i predajnika. Svaka Fresnelova zona je elipsoidna (nalik kobasici), kao što je prikazano na slici 2. U zoni 1 signal će biti 0 do 90 stepeni fazno pomeren, u zoni 2 90 do 270 stepeni, u zoni 3 270 do 450 stepeni itd. Parno obeležene zone su loše (oduzimaju signalu snagu), neparne su dobre (dodaju signalu snagu). Jačina signala (a samim tim i pojačanje faznog smanjenja) je najjače u zoni 1 i raste sa svakom narednom zonom. U svakoj tački gde je d1 rastojanje mereno od predajnika, a d2 rastojanje mereno od prijemnika, svaka zona ima poluprečnik vrednosti r1, slika 2.

Slika 2. Fresnel zone

Šta je onda velika nagodba?

To je velika nagodba. Da bismo maksimizirali jačinu RX treba da minimiziramo signale koji su van faze. Da bismo to uradili treba da budemo sigurni da signali ne udaraju u bilo šta. Pravilo kaže da 60% prve Fresnelove zone mora biti čisto od prepreka.  Ako imate zgradu, na primer, onda d1 rastojanje od TX antene i d2 od RX antene ne sme biti manje od 60% vrednosti r1 od centralne linije vidljivosti. Morate precizno da postavite antenu da biste obezbedili da 60% zone bude čisto, slika 3. (Na slici 3. 60% je obeleženo kao 0.6).

Slika 3. Pojašnjavanje Fresnelove zone

Zemlja na putu!

Na kraju, vrlo često ćete čuti diskusije o Fresnelovim zonama i o zakrivljenosti Zemlje posebno za duže linkove (preko 3 km). Treba reći da je poluprečnik Zemlje 6378 km. Razlog zašto ste promašili signal čak i ako nema prepreka je sama Zemlja. Rešenje je da se antena podigne na višu tačku, da bi se ostalo u zoni signala. Na slici 4 d1 i d2 su isti  (središna tačka) tako da je rastojanje pravca linije vidljivosti na Zemlji (c1) i mora biti 60% od poluprečnika r1.


Slika 4. Fresnelova zona u odnosu na zakrivljenje Zemlje

Nadamo se da će ova mala teorijska rasprava biti od pomoći za bolje razumevanje stvari. Ukoliko neko želi matematički model koji rešava dati  problem, može da se javi autoru teksta.