БШПД Eltex: тестируем оборудование в реальных условиях

Цифры в техническом описании – это одно, а реальная производительность в полевых условиях – совсем другое. Особенно если речь идёт о беспроводном широкополосном доступе, когда каждый километр, каждое препятствие и погода могут кардинально изменить результат.

Часто производители в спецификациях Wi-Fi оборудования указывают только канальную скорость по стандарту, при этом редко говорят о реальных показателях.

Мы считаем важным делиться с пользователями наших устройств результатами тестирования, чтобы было представление о возможностях оборудования Eltex в действительности, а не только на бумаге. Для этого мы создали специальную тестовую зону в Подмосковье, где проводим масштабные испытания в различных условиях.

В статье расскажем о результатах исследования производительности БШПД-оборудования Eltex на базе Wi-Fi 6: радиомостов, базовых и абонентских станций.

Тестовая зона в Подмосковье находится достаточно далеко от столицы, чтобы исключить влияние интенсивных городских радиопомех, но в то же время обеспечивает удобную логистику для инженерной команды. Рельеф местности выбирался с учётом условий: местность с перепадами высот, смешанные лесные массивы, есть открытые пространства и застройка разной этажности.

В отличие от размещения в крупных городах, где невозможно предсказать уровень помех, создаются контролируемые условия тестирования, в том числе мы можем понять уровень эфирного шума и учесть его влияние на результаты.

На полигоне размещены 10 точек измерения. В зависимости от количества тестируемого оборудования и схемы подключения – Point-to-Point (PTP) или Point-to-Multipoint (PMP) – радиолинки строились между различными парами точек на расстоянии 0,1–34 км от головной точки. В зависимости от задач тестируемое оборудование устанавливается на мачты переменной высоты или на крышах зданий разной этажности. Благодаря этому можно моделировать различные сценарии – от подключения абонентов до создания магистральных радиоканалов.

Тестировались БШПД-устройства Eltex. Оборудование, поддерживающее диапазоны 2.4 и 5 ГГц, работает на базе стандарта Wi-Fi 6, устройства с поддержкой 6 ГГц – на базе Wi-Fi 6E.

Беспроводные мосты:

• WB-3P-PTP2  (2.4 ГГц)
• WB-3P-PTP5 (5 ГГц)
• WB-3P-PTP6 (6 ГГц) 

Абонентские станции:

• WB-3P-LR5 (5 ГГц)
• WB-3P-LR6 (6 ГГц)

Базовые станции:

• WOP-3ax-LR5 (5 ГГц)
• WOP-3ax-LR6 (6 ГГц)

Чтобы узнать технические характеристики, нажмите на название устройства.

Cначала обговорим условия и параметры, которые нужно иметь в виду при знакомстве с результатами испытаний.

Среда тестирования

Испытания начались весной 2024 года с появлением первых образцов WB-3P-PTP2 и продолжаются до сих пор для совершенствования работы устройств. Измерения проводились в ясную погоду, без осадков, на расстоянии от 0,1 до 34 километров в условиях городской застройки.

Трафик 

На обоих концах радиолинии использовались генераторы трафика для получения объективных данных о пропускной способности без влияния на результаты особенностей сетевых линий. Генератор на передающей стороне создавал тестовый трафик, который передавался через испытуемые устройства, а на приёмной стороне такой же генератор принимал его, обеспечивая точное измерение реальной пропускной способности канала. Это помогло создать одинаковые условия для всех испытуемых.

Частоты

БШПД-устройства, работающие в диапазоне 5 и 6 ГГц, поддерживают ширину канала вплоть до 160 МГц; работающие в диапазоне 2.4 ГГц – до 40 МГц. Тестирование велось для полос частот 20 и 40 МГц, наиболее востребованных в России. Мощность передачи во всех случаях была максимальной. В каждом диапазоне определялись наименее загруженные каналы, чтобы внешние помехи не влияли на результаты измерений.
 

Схемы подключения

Выбиралась типичная для каждого типа оборудования схема подключения. Беспроводные мосты тестировались в схеме «точка-точка» (Point-to-Point – PTP), базовые станции совместно с абонентскими – по схеме «точка-многоточка» (Point-to-Multipoint – PMP). 

Технологии

Особенность испытаний – включение на оборудовании проприетарной реализации технологии TDD (Time Division Duplex), которая позволяет избежать коллизий в беспроводной сети. Она доступна на БШПД-устройствах Eltex с поддержкой Wi-Fi 6. О ней мы подробно рассказывали в статье об эволюции наших БШПД-решений. Рекомендуем почитать.

Здесь опишем технологию вкратце. TDD работает с фиксированными 10-миллисекундными кадрами, разделёнными на два равных слота для передачи и приёма данных. Что даёт TDD:

• В схеме PTP, по которой подключались мосты, обеспечивается гарантированная поочерёдная передача в обоих направлениях для исключения коллизий на больших расстояниях.
• В схеме PMP, по которой подключались базовые и абонентские станции, время передачи и приёма трафика распределяется между всеми передающим и принимающими устройствами. Об особенностях распределения пропускной способности мы расскажем ниже.

Антенны

Беспроводные мосты тестировались в двух вариантах:

• С использованием встроенных секторных антенн с диаграммой направленности 65° (H/V) для моделей 5 и 6 ГГц, 60° (H/V) – для модели 2.4 ГГц. Коэффициент усиления – 9 дБи для моделей 5 и 6 ГГц, 8 дБи – для модели 2.4 ГГц.
• С подключением внешней параболической офсетной антенны размером 45×49,5 см. Её основные параметры приведены в таблице.
   

Для базовых станций, работающих в диапазонах 5–6 ГГц, использовалась секторная антенна с коэффициентом усиления 16 дБи. Диаграмма направленности: по горизонтали 90°, по вертикали 8°.

Показатели

В ходе испытаний фиксировались значения индекса модуляции и схемы кодирования MCS (Modulation and Coding Scheme), которые динамически выбираются оборудованием в зависимости от качества радиоканала. Чем выше индекс MCS (от MCS0 до MCS11 для Wi-Fi 6), тем выше скорость передачи данных, при этом требуется высокий уровень сигнала. По мере увеличения расстояния между устройствами уровень сигнала ослабевает, что приводит к автоматическому переключению на более устойчивые, но менее скоростные схемы модуляции – с более высокой помехоустойчивостью и меньшей спектральной эффективностью.

При измерениях учитывались следующие параметры:

• MCS – активная схема модуляции для каждой дистанции;
• пропускная способность в лабораторных условиях – максимальная скорость, измеренная для данной MCS в идеальных условиях;
• реальная пропускная способность – фактически измеренная скорость передачи данных с учётом факторов среды.

Итак, мы рассказали всё, что надо знать перед знакомством с исследованием. Не будем томить – переходим к результатам.

Радиомосты WB-3P-PTP2 (2.4 ГГц)

Диапазон 2.4 ГГц традиционно считается наиболее зашумлённым, но при правильном подходе и оборудовании можно наладить стабильную связь на умеренных расстояниях. 

WB-3P-PTP2 при работе в полосе 20 МГц на встроенной секторной антенне показывает реальную пропускную способность до 80 Мбит/с на дистанции 0,15 км (MCS11), постепенно снижающуюся до 20 Мбит/с на расстоянии 2 км (MCS3). При этом максимальная пропускная способность в лабораторных условиях составляет 190 Мбит/с для MCS11 и 45 Мбит/с для MCS3.

Применение параболической антенны кардинально меняет картину. На расстоянии 0,6 км максимальная реальная пропускная способность сети составляет 95 Мбит/с (MCS11), что в два раза ниже максимума 190 Мбит/с для данной схемы модуляции. Увеличилась рабочая дальность до 8 км при сохранении связи на скорости 15 Мбит/с (MCS3) – в три раза ниже лабораторных 45 Мбит/с для этой схемы модуляции. При этом на расстоянии 2,7 км устройство выдаёт 55 Мбит/с (MCS7) – почти в три раза больше, чем результаты на встроенной секторной антенне на расстоянии 2 км (20 Мбит/с на MCS3).

Переход на полосу 40 МГц даёт ещё больше пропускной способности, однако в диапазоне 2.4 ГГц применение широкой полосы увеличивает вероятность помех от соседних сетей и других источников излучения. Лабораторный максимум в 460 Мбит/с (MCS11) трансформируется в реальные 175 Мбит/с (MCS11) на коротких дистанциях 0,1 км. Даже со встроенной антенной устройство способно передавать 40 Мбит/с на расстоянии 1,4 км (MCS3) – более чем в 2 раза ниже лабораторных 90 Мбит/с. Показатели реальной скорости достаточно высокие для соединения зданий в пределах промышленной площадки или городского района.

Радиомосты WB-3P-PTP5: баланс скорости и дальности

Радиомост 5 ГГц продемонстрировал отличное соотношение между пропускной способностью и дальностью связи. Меньшая загруженность спектра по сравнению с 2.4 ГГц даёт ощутимый отрыв.

В полосе 20 МГц при использовании встроенной антенны устройство показывает реальную пропускную способность до 85 Мбит/с на расстоянии 0,6 км (MCS11), что составляет около 39 % от максимума в 220 Мбит/с для данной схемы модуляции. На расстоянии 4 км мост стабильно выдаёт 30 Мбит/с (MCS4) – 40 % от лабораторных 75 Мбит/с для этой схемы модуляции.

Подключение параболической антенны даёт возможности для создания беспроводных магистральных каналов на большом расстоянии. На дистанции 7 км устройство обеспечивает скорость 175 Мбит/с (MCS11) – около 80 % от лабораторного максимума в 220 Мбит/с. Максимальная тестируемая дальность полигона составляет 34 км, на этом расстоянии мосты стабильно передавали данные на скорости 95 Мбит/с (MCS6) – около 79 % от лабораторных 120 Мбит/с, что является отличным результатом для данного класса оборудования.

Полоса 40 МГц ещё больше раскрывает потенциал диапазона. На встроенной секторной антенне мост передаёт данные на скорости до 175 Мбит/с на расстоянии 0,4 км (MCS11) – около 39 % от лабораторного максимума 445 Мбит/с. На расстоянии 4 км устройство выдаёт 40 Мбит/с (MCS3) – 38 % от 105 Мбит/с для данной схемы модуляции.

С параболической антенной удалось достичь реальной скорости 350 Мбит/с на расстоянии 5 км (MCS11) – около 79 % от лабораторного максимума в 445 Мбит/с. На максимальной дистанции полигона 34 км мост обеспечивает 165 Мбит/с для MCS5 – около 79 % от 210 Мбит/с, измеренных в лаборатории для этой схемы модуляции.

Особенностью работы в диапазоне 5 ГГц является высокая предсказуемость характеристик. В отличие от 2.4 ГГц, где производительность может существенно варьироваться в зависимости от зашумлённости и других факторов, в диапазоне 5 ГГц наблюдается стабильная работа с отклонениями ±5 % от значений реальной производительности.

Радиомосты WB-3P-PTP6 (6 ГГц): чистый эфир

Радиомосты для диапазона 6 ГГц российского производства – новинка для отечественного рынка. Главное преимущество использования решений на 6 ГГц – минимальный уровень помех от других систем. Это позволяет реализовать теоретический потенциал оборудования в гораздо большей степени, чем в диапазонах 2.4 и 5 ГГц. 

В полосе 20 МГц при использовании встроенной секторной антенны максимальная реальная скорость составила 170 Мбит/с на расстоянии 0,5 км (MCS11) – около 77 % от максимума в 220 Мбит/с для данной схемы модуляции. Это существенно выше аналогичного показателя для диапазонов 2.4 и 5 ГГц. На расстоянии 4 км устройство обеспечивает 60 Мбит/с (MCS4) – 80 % от лабораторных 75 Мбит/с для этой схемы модуляции. В соотношении лабораторных и реальных показателей пропускной способности для мостов 2.4 и 5 ГГц отрыв этих показателей для моста 6 ГГц существенен.

Например, в полосе 20 МГц для радиомоста 2.4 ГГц при использовании внутренней антенны на расстоянии 0,6 км соотношение лабораторной пропускной способности к реальной приблизительно 43 % (190 Мбит/c против 80 Мбит/с), для радиомоста 5 ГГц – 38 % (220 Мбит/c против 85 Мбит/c), а для радиомоста 6 ГГц – 77 % (220 Мбит/c против 170 Мбит/c).  При этом для всех устройств при увеличении расстояния соотношение сглаживается.

 
Это говорит о значительном преимуществе диапазона 6 ГГц в плане эффективности использования радиочастотного спектра. Сглаживание соотношения с увеличением расстояния для радиомостов всех диапазонов – естественный процесс: на больших дистанциях основным лимитирующим фактором становится затухание сигнала, а не помехи от окружающих источников.

С параболической антенной в полосе 20 МГц на максимальной дальности тестирования 34 км реальная пропускная способность составила 105 Мбит/с (MCS6) – более 80 % от лабораторных 120 Мбит/с для данной схемы модуляции.

В полосе 40 МГц результаты ещё выше. При использовании встроенной секторной антенны на расстоянии 0,37 км реальная пропускная способность составила 315 Мбит/с (MCS11) – 70 % от лабораторного максимума в 450 Мбит/с. На расстоянии 4 км мост выдаёт 70 Мбит/с (MCS3) – 67 % от лабораторных 105 Мбит/с для этой схемы модуляции.

При тестах с параболической антенной для полосы 40 МГц на расстоянии 5 км устройство обеспечивает 350 Мбит/с (MCS11) – около 78 % от максимума в 450 Мбит/с. На максимальной тестируемой дистанции 34 км скорость составила 175 Мбит/с (MCS5) – 83 % от лабораторных 210 Мбит/с для данной схемы модуляции.

Радиомосты 6 ГГц показали минимальное снижение производительности при увеличении расстояния. Если в 2.4 ГГц реальная скорость составляет лишь 42 % от лабораторной на коротких дистанциях, то в 6 ГГц этот показатель достигает 77 %, что свидетельствует о высокой эффективности использования канала.

Базовые и абонентские станции тестировались по характерной для них схеме «точка-многоточка» с использованием секторной антенны, указанной ранее. Общая ёмкость сети определяется по подключению самой дальней абонентской станции. После чего можно рассчитать гарантированную скорость на одну абонентскую станцию по формуле

С₁= С_wlan  / n_[1...64],

где С_wlan – общая ёмкость сети в реальных условиях, Мбит/с; 
n_[1...64] – количество подключённых абонентских станций, от 1 до 64.

Базовая станция WOP-3ax-LR5, абонентская станция WB-3P-LR5 (5 ГГц)

Базовая станция WOP-3ax-LR5 в паре с абонентскими станциями WB-3P-LR5 тестировалась на дистанции до 7 км. В полосе 20 МГц реальная ёмкость сети составляет 155 Мбит/с (MCS11) на расстоянии 1,4 км и постепенно снижается до 75 Мбит/с (MCS5) на максимальном расстоянии.

В режиме 40 МГц результаты ещё лучше: 280 Мбит/с (MCS11) на расстоянии 1 км и 100 Мбит/c (MCS5) – на 7 км.

При полной загрузке базовой станции (при подключении 64 абонентских) каждый пользователь гарантированно получит 1,2–4,4 Мбит/с в зависимости от расстояния размещения. Напомним, эти показатели достигаются при использовании TDD, о котором мы рассказывали выше.

Базовая станция WOP-3ax-LR6, абонентская станция WB-3P-LR6 (6 ГГц)

Оборудование диапазона 6 ГГц показало лучшие результаты по ёмкости сети. В полосе 20 МГц реальная ёмкость достигает 195 Мбит/с (MCS11) на расстоянии 1,4 км и остаётся на уровне 95 Мбит/с (MCS5) на дальности 7 км – на 27 % выше, чем у устройств 5 ГГц.

В режиме 40 МГц преимущества становятся более очевидными: 400 Мбит/с (MCS11) на дистанции 1 км и 145 Мбит/с (MCS4) на 7 км. При полной загрузке каждый из 64 клиентов получит от 2,3 до 6,25 Мбит/с гарантированной пропускной способности в зависимости от расстояния размещения.

Сравнение поколений базовых и абонентских станций для диапазона 5 ГГц

Сравним показатели производительности базовой станции WOP-3ax-LR5 в связке с абонентской станцией WB-3P-LR5 с устройствами Wi-Fi 5 – WOP-2ac-LR5 и WB-2P-LR5. Узнаем разницу между устройствами, работающими на разных стандартах Wi-Fi в диапазоне 5 ГГц. Будем анализировать по двум дистанциям – 2 и 3 км, полоса – 20 МГц.

На расстоянии 2 км новое поколение устройств Wi-Fi 6 показывает максимальную реальную ёмкость 145 Мбит/с (MCS10) против 20 Мбит/с (MCS3) у предшественников на Wi-Fi 5. 

На расстоянии 3 км ёмкость сети нового поколения устройств Wi-Fi 6 составляет 115 Мбит/c (MCS8) против 15 Мбит/c (MCS2) у устройств предыдущего поколения. 

Семикратный прирост производительности на обеих дистанциях – качественная разница между поколениями БШПД-устройств Eltex, работающих в одном диапазоне 5 ГГц.

Производители крайне редко публикуют реальные показатели производительности своих устройств. Как правило, большинство ограничивается теоретическими максимумами из спецификаций. При этом у любого Wi-Fi оборудования есть разница между заявленными и фактическими характеристиками в условиях реальной эксплуатации.

Мы публикуем не только лабораторные цифры, но и реальные показатели производительности БШПД-оборудования Eltex, чтобы заказчики понимали, на что ориентироваться и каких скоростей ожидать в реальной эксплуатации.

БШПД-устройства Eltex решают широкий круг задач организации беспроводного доступа – от магистральных радиоканалов до подключения удалённых абонентов «по воздуху». И проведённые нами испытания показали, что делают это они с высокой производительностью.

Мы продолжаем дальше развивать наши продукты. Осенью этого года выйдет большое обновление для БШПД-устройств, в него будут включены следующие улучшения:

• уменьшение времени кадра до 5 мс в TDD;
• регулировка соотношения DL/UL-слотов для TDD;
• автоматическое определение расстояния между точкой доступа и клиентом;
• поддержка управления и мониторинга беспроводных мостов WB-3P-PTP2/5/6 в системе ECCM.

В перспективе: 

• автоматический режим выбора соотношения DL/UL-слотов в зависимости от количества трафика;
• межсекторная синхронизация на базовых станциях WOP-3ax-LR5/6 для диапазонов 5 и 6 ГГц;
• поддержка управления в системе ECCM базовых и абонентских станций новой линейки.

Протестируйте БШПД-решения Eltex в вашей инфраструктуре. Напишите нам на почту eltex@eltex-co.ru или позвоните по телефону +7 (383) 274-10-01, чтобы узнать подробности.