Вдуть или не вдуть, вот в чём вопрос.

В последнее время просто откровенно завалили вопросами на тему максимальной выходной мощности устройств работающих под нашим ПО.

Казалось бы причём тут вообще ПО..?

Однако задав такой вопрос собеседнику получаем круглые глаза и фразу: «Ну вот же, заливаем ***WRT и вдуваем мощи на аж 29dBm».

На вопрос откуда такие сказочные данные ответ ещё круче. Оказывается из обзора iXBT.

Идём смотреть что там нынче (лет 5ть как не отслеживаем подобные ресурсы). И действительно находим подобный тихий ужас.

Ну ок. Давайте разбираться кто и где вас обманул…. Поехали.

Начнём с краткой вводной и запомним несколько вещей (будем излагать тему упрощённо, что бы даже ёжикам было понятно).

И так, какие ограничения у нас накладываются на выходную мощность PA (Power Amplifire) который есть в любых радиопередающих устройствах?

Не важно, где находится этот усилитель.

Встроен в чип прямо с ЦПУ на одном кристалле, как например в MT7620. Или в радиочип устанавливаемый отдельно как в схемах с MT7615 и более ранними.

Или находиться в специализированном модуле сателлите  относительно основного радиочипа (Front End Module  – FEM) в котором кроме прочего обычно стоит ещё и TX/RX коммутатор (симплекс, внезапно).

Или же может стоять отдельно, да хоть собран на рассыпухе.

Но он всё равно в схеме есть ВСЕГДА! 

Впрочем, то же самое касается и LNA (Low Noise Amplifire) устанавливаемый в схеме RX. Он так же есть всегда.

И вот его  (PA) характеристики напрямую определяют какую выходную мощность можно развить при приемлемом уровне искажений.

В современных решениях MTK сейчас применяется чуть более хитрый подход. Рассмотрим на примере MT7915+MT7975 (MT7981+MT7976 будет иметь в тех же диапазонах примерно те же характеристики).

Как видим, что в современных чипах –  сателлитах у МТК кроме прочего вынесены так же по сути полностью и приёмник и передатчик, ЦАП/АЦП и т.д. и т.п.

Краткое описание от чипмэйкера:

А вот он уже имеет возможность подключаться к внешним FEM, если требуются более крутые характеристики чем он может себе позволить с помощью встроенных.

В схеме, например MT7615 (и более ранних) + External FEM в этих FEM были только RX/TX Switch + PA + LNA. Теперь же всё иначе.

Важно, оговоримся, что внутри этого FEM так же есть термодатчик. Угадайте зачем? =)

Вот теперь мы знаем как устроен непосредственно кусочек тракта который отвечает за ту самую выходную мощность.
Но ведь нас интересует не она?

И тут подходим к такому страшному слову как EIRP.

Эквивалентная изотропно-излучаемая мощность (ЭИИМ, англ. EIRP — Equivalent Isotropically Radiated Power) — произведение мощности радиочастотного сигнала, подводимого к антенне, на абсолютный коэффициент усиления антенны[1][2]. ЭИИМ может быть рассчитана по формуле: где EIRP и мощность P  на выходе радиопередатчика выражаются в дБВт или дБм, потери L  в фидере должны быть подставлены в дБ, коэффициент усиления антенны G  — абсолютный, то есть в децибелах относительно изотропного излучателя (дБи).

Вот именно на неё накладываются уже законодательные ограничения.

И так. Т.е. для расчёта нам нужно выходную мощность усилителя сложить с Ку антенны (потери в фидере будем считать 0) и вауля, будет EIRP.

Ок. Считаем что Ку антенн у нас 5dBi (как заявляет большинство вендоров для большинства коллинеаров устанавливаемых в бытовых маршрутизаторах).

Т.е. что бы получить искомые 29dBm EIRP – на выходе усилителя должно быть 24dBm.

Смотрим в RF_DVT_Report от МТК (распространяется под NDA потому только кусочки из таблицы) и пытаемся найти в каком же режиме такую мощность можно получить на выходе 7595 при приемлемом уровне искажений.

Оказывается что практически НИКОГДА и ни для каких режимов.

Ближайшее для 2.4ГГц:

А для 5ГГц:

Ну вот же вот!!! Воскликнет любитель дуть… Почти не соврали… Но расстрою.

Дело в том, что 1Мбит CCK это режим 802.11B который нынче даже для маяков не всегда используется.  Эффективная (т.е. сколько данных фактически передаётся) передача на данных при такой модуляции возможна на уровне 256кБит/с… Как-то так себе в 2024м…

При этом вы займёте такой передачей всё эфирное время. И остальные устройства будут тупо ждать пока вы загрузите 4k видео на скорости в 256кБит и освободите эфир, что бы они могли начать передачу.

Аналогично и в 5ГГц, только там уже 6Мбит в голом OFDM. Мегабита на 3 можно рассчитывать с теми же последствиями.

Airtime Fairness в современных чипах не даст совсем уж всё эфирное время утилизировать, если есть другие активные клиенты. Но в любом случае передача в 3Мбит так себе достижение.  Зато вдул =))

Я уже не говорю, что PA будет работать на пределе.

Ок. Спросите вы. Так какие же значения EIRP доступны на бытовых маршрутизаторах для современных модуляций и широких полосах? Ну что бы ВЖУХ и котики загрузились, а мы их смотрим и никому не мешаем?

Смотрим в таблицу:

Итого, видим что для рэйта 433Мбит (1S 80MHz AC) максимум будет 19дБм. Т.е. прибавив сюда почти всегда фантазийные 5дБи получим 24Дбм и это НА ПРЕДЕЛЕ.

Типовые, читай рекомендуемые значения, указаны в столбце Power Spec. Остальное это уже без гарантий повторяемости и того что чип вообще не прикажет долго жить.

И вот тут мы до кучи вспоминаем о термодатчике. Всё дело в том, что современные чипы, будут всеми силами сопротивляться, что бы их не спалили любители вдуть.

Для этого мало того что микрокод не даст поднять значения выше предельно допустимых для схемы с iPA/iLNA (а это именно она самая) так ещё и термодатчик сообщает микрокоду о нагреве не просто так. ;)

Зачем? Это вам в качестве домашней работы.

А что в реале?

И вот тут я ещё больше расстрою любителей вдуть и приведу таблицу результата типовых калибровок для 759* (напомню, параметры по выходной мощности на стрим у них отличаются на уровне погрешности).

Задача стояла получить максимум на тест стенде, что бы и откалибровалось без ошибок и с соблюдением огибающих мощности per rate, т.к. если просто орать на максимальной мощности для каждого отдельно взятого рэйта, то DRS(он же RATE ALG) будет работать некорректно.

Приведу для высших рэйтов ибо нижние так или иначе будут ограничиваться (см требование для работы DRS выше). Работа идёт в ATE режиме, региональные ограничения отсуствуют.

Вот собственно результаты для OFDM 54 (802.11G)/VHT MCS9 (802.11AC)/HE-80 MCS11 (802.11AX). Уровень дан без учёта Ку антенн.

Как высказался бы мой стародавний друг радиофизик – реальность тут дала вдудям по почкам, развернулась и добавила с ноги да в нос. =)

Т.е. даже с превышениями (с PA на пределе, но ещё до закипания, т.к. тесты идут быстро, в реальности термокомпенсация бы ограничила бы ещё дурь) EIRP получается:
54Мbit 20MHz BW OFDM == 24.7dBm
433Mbit 80MHz BW VHT == 22,5dBm
600Mbit 80MHz BW AX == 21.3dBm

Режимы с CCK никогда вообще даже не калибруются. Смысла нет. В них летят исключительно управляющие фреймы, маячки, подтверждение доставки и т.д. Т.е. реальные данные в этих модуляция не передаются.

Голый OFDM нынче рекомендуют отключать или хотя бы убрать всякие Legacy рэйты.

А так же в схеме с MultiAP может быть полезно ещё дурь и маякам придушить, благо 7915 и старше чипы это всё прекрасно умеют (в Wive под AX эти возможности есть все).

Цель – обеспечить более внятное переключение в Multi AP сети, т.к. клиент уровень сигнала всегда меряет исключительно по управляющим фрэймам летящим на самой низкой скорости дабы быть корректно декодированными даже в условиях существенного зашумления. Что приводит к залипанию клиентов на одной ТД, но это уже совсем другая история….

Как итог.

Типовые значения мощности для реально используемых режимов на которых «летят» дата фреймы для большинства домашних маршрутизаторов не будут превышать 17-18dBm. Т.е. 22-23dBm EIRP, и то с оговорками. ;)

Ни о каких сказочных 29dBm на решениях с iPA/iLNA в сколько-то приемлемых для современных модуляций режимах речи и близко не идёт.

И никакие смены региона не позволят это обойти если установленные PA упираются в максимум своих возможностей.

Более того современные чипы и их микрокод, даже если их попытаться «уговорить» исправив калибровки, не позволят существенно поднять мощность относительно указанного в спецификациях для схемы с iPA, и тем более сделать это безболезненно (читай без роста искажений и перегрева).

Подведём итог. Что же это такое чаще всего за циферки меняющееся в UI при смене региона?

Да всё банально. Это MAX power который законодательно разрешён в этом регионе и вещаемый в IECAP. И эта цифра абсолютно никак не говорит о том, что само устройство может выдать такую мощность.

А вот реальная используемая мощность будет ограничена как минимум:
1) возможностями конкретного установленного PA (пример выше)
2) заданными ограничениями в калибровках выполняемых на заводе, они легко могут никак не зависеть от всего остального софта
3) ограничения накладываемые на диапазон значений микрокодом MCU/BBP конкретного чипа (в iPA/iLNA режимах проверка разумности значений вполне себе существует, хотя и несколько выше номинального и корректируется калибровками per rate/bw/ss)
4) системой термо компенсации и защиты от перегрева

Т.е. что бы посчитать ту самую максимальную мощность нужно глянуть что там в калибровках, в спеках и т.д. и т.п. и учтя все ограничения можно прикинуть возможную EIRP.

Потому чаще всего в UI, для регулировки мощности, используется отображение мощности в процентах и/или в виде ослабления в Дб относительно тех самых ограничений перечисленных выше.

Рекомендации:

Как только вам очередной сказочник начнёт рассказывать о невероятных вдуть исключительно за счёт смены региона, да ещё и на оборудовании с iPA/iLNA реализацией радиотракта (типовая схема для подавляющего большинства бытовых маршрутизаторов) следует натыкать носом в спеки и послать на  3 весёлых буквы.