OpenWRT: Konfiguracja anten via txantenna/rxantenna

Przeglądając forum eko.one.pl wpadł mi w oko taki oto temat. Problem, który został w nim poruszony dotyczył wykorzystywania pewnej określonej anteny routera. Zakładając, że przeciętny router ma trzy anteny, powiedzmy, że chcemy wykorzystywać tylko jedną z nich. Dlaczego mielibyśmy rozważać w ogóle taką sytuację? Przy trzech antenach, teoretyczny transfer w paśmie 2,4 GHz to, w zależności od routera, 450-600 mbit/s. Przy jednej antenie będziemy mieli max 150-200 mbit/s. Z tego co czytałem wcześniej w różnych źródłach, uszkodzenie w jakiś sposób toru antenowego może drastycznie pogorszyć lub wręcz uniemożliwić routerowi transmisję sygnału. Opisana w podlinkowanym wyżej wątku sytuacja dotyczyła właśnie tego typu zdarzenia, gdzie jedno z gniazd antenowych routera zostało uszkodzone. Firmware OpenWRT/LEDE jest nam w stanie umożliwić wybór określonych anten przy pomocy parametrów diversity , txantenna oraz rxantenna . W tym wpisie zobaczymy jak skonfigurować sobie anteny na przykładzie routera TL-WR1043ND V2 od TP-LINK.

Standardowa konfiguracja anten

Firmware producenta bezprzewodowych routerów zwykle nie umożliwia konfiguracji anten. Mamy co prawda możliwość regulacji mocy transmisyjnej nadajnika ale w przypadku uszkodzenia gniazd anteny, WiFi w takim urządzeniu zwykle przestaje nam działać. Jeśli konfiguracja naszej sieci domowej opiera się na WiFi, to taka sytuacja wiąże się zwykle z zakupem nowego routera. W przypadku, gdy nie wszystkie gniazda antenowe zostały uszkodzone, możemy pokusić się o wgranie firmware OpenWRT/LEDE na router i odpowiednio skonfigurować anteny do pracy.

Domyślnie w OpenWRT/LEDE są wykorzystywane wszystkie anteny, tak jak w przypadku oryginalnego firmware. Mamy jednak kilka parametrów, które możemy sobie dostosować i wypadałoby się im przyjrzeć nieco bliżej. Przede wszystkim, mamy parametr diversity , który odpowiada za automatyzację procesu doboru anten przez sterownik czipu bezprzewodowego. Ta opcja jest domyślnie ustawiona na 1 , zatem dobór anten jest automatyczny.

Pozostałe dwie opcje to rxantenna oraz txantenna . Określają one, które anteny mają być używane do odbierania lub transmitowania sygnału. Te opcje nie są ustawione standardowo, bo nie mają żadnego efektu, gdy został określony parametr diversity .

Standardową konfigurację anten dla routera TL-WR1043ND możemy odczytać z wyjścia polecenia iw , które trzeba wpisać w terminalu będąc zalogowanym po SSH lub telnet na router. Poniżej przykład:

# iw phy phy0 info | grep -i ant
    Available Antennas: TX 0x7 RX 0x7
    Configured Antennas: TX 0x7 RX 0x7

Pierwsza zwrócona pozycja określa dostępne anteny, natomiast druga informuje nas o konfiguracji anten. Oznaczenia TX/RX dotyczą odpowiednio anten nadawczych i odbiorczych. Zastanawiającą pozycją może być 0x7 (akurat w przypadku tego routera). Jest to zapis HEX, który po przetłumaczeniu na system binarny daje 111. Mamy trzy anteny, a 1 oznacza, że dana antena jest włączona w konfiguracji. Jeśli chcemy wyłączyć środkową antenę w routerze, to zapis binarny będzie 101, co przekłada się na 0x5 w systemie HEX. Problematyczne może być tylko ustalenie, która antena w naszym routerze jest na jakiej pozycji w tym ciągu binarnym.

Jak ustalić kolejność anten w routerze

Mój router jest w pełni sprawny. Niemniej jednak, to w niczym nie przeszkadza. Poniżej jest fotka obrazująca parametry połączenia bezprzewodowego w wavemon odbieranego na stacji klienckiej z linux'em na pokładzie:

Mamy tutaj całkiem przyzwoitą jakość sygnału. Odkręćmy teraz wszystkie anteny, które są doczepione do tego routera WiFi. Sprawdźmy co się stało z sygnałem:

Widzimy, że jakość sygnału uległa bardzo mocnej degradacji. Teraz musimy ustalić, która antena znajduje się jako pierwsza w szeregu binarnym. Robimy to przez dodanie do pliku /etc/config/wireless parametrów diversity , rxantenna oraz txantenna w bloku config 'wifi-device' , przykładowo:

...
config 'wifi-device'
    ...
    option diversity '0'
    option rxantenna '1'
    option txantenna '1'
    ...

Teraz wystarczy dokręcić jedną antenę we wszystkie gniazda antenowe i zobaczyć kiedy sygnał ulegnie poprawie. Będzie to wskazanie, że to jest antena oznaczona 001. W tym przypadku sygnał uległ poprawie po podłączeniu anteny do gniazda z lewej strony patrząc od przodu routera:

Jak widzimy sygnał jest nieco gorszej jakości w stosunku do bazowego ale to właśnie dlatego, że tylko jedna z trzech anten jest w użyciu.

Dobranie wartości rxantenna/txantenna

Wiemy zatem, że antena z lewej strony routera jest oznaczona 001. Środkowa antena ma numer 010 i prawa antena ma numer 100. Poniżej jest rozpiska wartości, które trzeba wpisać do pliku /etc/config/wireless w parametrach rxantenna oraz txantenna w zależności od pożądanej przez nas konfiguracji anten:

bi     hex      anteny
================================================
001     1       lewa                        *
010     2       środkowa                    *
011     3       lewa  + środkowa            *
100     4       prawa                       *
101     5       lewa  + prawa
110     6       prawa + środkowa
111     7       lewa  + środkowa + prawa    *

Zatem jeśli padło nam prawe gniazdo anteny, to w pliku /etc/config/wireless dajemy poniższą konfigurację:

...
config 'wifi-device'
    ...
    option diversity '0'
    option rxantenna '3'
    option txantenna '3'
    ...

Po każdej zmianie pliku /etc/config/wireless restartujemy połączenie bezprzewodowe na routerze wpisując w terminalu polecenie wifi . Jeśli następnie wydamy polecenie iw , to powinien zostać nam zwrócony nieco inny wynik w porównaniu do domyślnych ustawień. Dla anteny lewej i środkowej pracujących jednocześnie będzie coś w poniższym stylu:

# wifi
# iw phy phy0 info | grep -i ant
    Available Antennas: TX 0x7 RX 0x7
    Configured Antennas: TX 0x3 RX 0x3

Problem z doborem anten

Trzeba jednak uważać, bo nie wszystkie konfiguracje anten są możliwe. W przypadku routera TL-WR1043ND możliwe są kombinacje, które w powyższej rozpisce są oznaczone za pomocą * . Nie wiem dlaczego dwie skrajne anteny oraz prawa + środkowa antena nie mogą być wykorzystywane jednocześnie. Niby można ustawić taki setup ale komputery tracą połączenie przez WiFi.