recurso base unidad 2

Unidad 2: Implementación de redes Inalámbricas. Recurso base para el

curso

Realizado por el autor del curso:Ing. Andrés de la Caridad Pérez Alonso

16 de Julio 2010

Unidad 2 (continuación)

• 2.1 Concepto de Decibel:• Es la unidad que mide sonido o fuerza de una

señal. Los dB son una medida relativa del nivel de una señal inicial de referencia y el nivel final observado. Un susurro es alrededor de 20 dB, una conversacion normal alrededor de 60 dB, y un sonido muy fuerte es 110 dB. 120 dB es el umbral del dolor.

Unidad 2 (continuación)

• dB= 10 log(P2/P1)• Si P2= 10 watts y P1= 5 watts, entonces:• dB= 10 log (10/5)• dB= 10 log(2)• dB= 10 (0.3)= 3 dB• Si los valores fueran a la inversa:• P2= 5 y P1= 10• Entonces sería:

Unidad 2 (continuación)

• dB= 10 log(5/10)• dB= 10 log(1/2)• dB= 10 [log(1)- log(2)]• dB= 10 [0- 0.3]• dB= 10(-0.3)• dB= -3 • Entonces, llegamos a la conclusión, que cuando se

duplica la potencia, se ganan 3 dB y cuando se disminuye la potencia a la mitad, se pierden 3 dB

Unidad 2 (continuación)

• dBm:• Es una medida de decibel absoluta, referida a

un milliwatt de potencia (0.001 watt), se expresa matemáticamente así:

• dBm= 10 log(Px/1 mW)• Si tenemos una potencia de 200 mW,

tendremos:• dBm= 10 log(200/1)

Unidad 2 (continuación)

• dBm= 10 log(200)• dBm= 10 log(2x10^2)• dBm= 10 [log2+2log10]• dBm= 10 [0.3+2]• dBm= 23• Si el nivel de potencia fuera de 50 mW,

entonces procederíamos a calcular:

Unidad 2 (continuación)

• dBm= 10 log(50/1)• dBm= 10 log(5x10)• dBm= 10 [log5+log10]• dBm= 10 [0.7+1]• dBm= 17• Pero si el nivel de potencia fuera por debajo

de 1 mWatt, entonces los dBm resultarían negativos:

Unidad 2 (continuación)

• dBm= 10 log[Px/10^-3]• dBm/10= log[Px/10^-3]• Aplicando antilog en ambos lados de la

ecuación:• 10^dBm/10= Px/10^-3• Px=10^-3[10^dBm/10]• Cuando dBm= -50 dBm, que es un valor típico

de potencia de entrada de un receptor, tenemos:

Unidad 2 (continuación)

• Px=10^-3[10^dBm/10]• Px= 10^-3[10^-50/10]• Px= 10^-3[10^-5]• Px= 10^-8 Watt

Unidad 2 (continuación)• dBi y dBd:• Es oportuno también explicar el dBi y el dBd:• El dBi es una medida de las ganancias de las antenas, está referido

al radiador isotrópico, por ejemplo, una antena con ganancia= 10 dBi, tendrá 10 dB por encima del radiador isotrópico ideal.

• dBd: Es una medida de las ganancias de las antenas también, está referido al Dipolo de Media Onda

• El Dipolo de Media Onda tiene una ganancia de 2.14 dB con respecto al isotrópico, por tanto:

• dBd= 2.14 dBi• La mayoría de los fabricantes refieren las ganancias de sus

antenas al radiador isotrópico

Unidad 2 (continuación)

• 2.2 Cálculos de Potencia Recibida en un enlace:• La potencia o señal recibida en un enlace será:• SeñalRx= PotTx + GanAntTx + GanAntRx -

Pérdidas totales• Pérdidas totales= AtTrayRE + Atcables/conectores• Cuando se trabaja con equipamiento WIFI, donde

el equipo Outdoor se alimenta con cable UTP, las pérdidas de cable coaxial son mínimas, y se reducen a:

Unidad 2 (continuación)

• Patch cord de coaxial de 0.6 m• Entonces las pérdidas de cables y conectores se

les llama Pérdidas misceláneas y son alrededor de 1 ó 1.5 dB por cada lado del enlace

• Entonces, las pérdidas totales serían:• Pérdidas totales= AtTray RE + Pérdidas Misc• La Atenuación del trayecto radio eléctrico, en

espacio libre, con liberación del 60% de la primera zona de Fresnel será:

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• AtTryRE= 92.5 + 20logF(Ghz) + 20logD(Km)• Veamos un ejemplo:• Pot Tx= 26 dBm• GantTx= 24 dBi• GantRx= 24 dBi• Pérdidas Misc= 1 dB por lado• Frecuencia= 2.447 Ghz (Banda Frecuencias de 2.4 Ghz

802.11b)• Distancia de enlace= 9 Km• Calcular la Señal Rx:

Unidad 2 (continuación)

• SeñalRx= 26+24+24-AtTrayRE- Perdidas Misc• AtTrayRE= 92.5+20log(2.447)+20log(9)• AtTrayRE= 92.5+7.77+19.08= 119.35 dB• SeñalRx= 26 + 24 + 24 - 119.35 - 2• SeñalRx= -47.35 dBm• Vamos a hacer el mismo ejemplo, pero

trabajando en la Banda de Frecuencias de 5.8 Ghz (802.11ª)

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• AtTrayRE= 92.5 + 20logF(Ghz)+ 20logD(Km)• AtTrayRE= 92.5 + 20log(5.825)+20log(9)• AtTrayRE= 92.5 + 15.30+ 19.08= 126.88• SeñalRx= 26 + 24 + 24 – 126.88 – 2• SeñalRx= -54.88 dBm• Fíjense que cómo la distancia es la misma, sólo

cambió la atenuación del trayecto radio eléctrico debido a la frecuencia que en este caso es mayor.

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• En el ejemplo anterior, la atenuación del trayecto aumentó en: 126.88 – 119.35= 7.53 dB, esto se debe porque la frecuencia aumentó desde: 2.447 hasta 5.825, o sea, la frecuencia aumentó 2.38 veces.

• Como recurso, podemos asegurar que cuando estemos en un enlace en la Banda de 2.4 Ghz y pasemos ese mismo enlace a 5.8 Ghz, la atenuación del trayecto aumentará en automático 7.5 dB, sólo por el cambio de frecuencia

• Comparemos nuestros cálculos con la Hoja de Cálculo del Libra Plus 5845 de EION:

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• 2.3 Escenario de parámetros de recepción:• Vamos a definir varios parámetros muy

importantes para poder entender las ecuaciones que rigen los cálculos de cada enlace:

Umbral de Receptor(dBm): Es el nivel de potencia de recepción mínimo que hace posible que la tasa de error (BER) se mantenga en el valor de 1x10E-6

BER: Establece que de cada millón de bits recibidos, sólo habrá 1 bit de error

Unidad 2 (continuación) Sensado de Carrier o Portadora: Es el nivel de potencia de

recepción mínimo, en el cuál aún se puede detectar nivel de portadora. Esto quiere decir, que el ruido y la señal útil aún son aditivos y se puede resolver señal inteligible. Por debajo de ese nivel, el ruido y la señal son multiplicativos y la señal será ininteligible.

Noise Floor (Piso de Ruido): Es el nivel medio de ruido blanco (en todas las bandas) que posee un receptor de forma intrínseca. Mientras más bajo es este nivel, más sensible será un receptor, y mientras más estrecho sea el ancho de banda de un receptor, más bajo será este parámetro.

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• Margen para el Desvanecimiento:• Es la reserva o margen que debe disponer el

enlace frente a las inclemencias del tiempo, para que el mismo funcione eficientemente, entregando una confiabilidad adecuada y una Relación señal a ruido adecuada también. Se calcula así: MD= Señal Rx - UmbralRx

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• Relación Señal a Ruido (SNR):• Es la relación o diferencia que existe entre la

Señal Recibida y el Piso de Ruido (noise Floor), se calcula así:

• Señal Rx – Noise Floor

Unidad 2 (continuación)

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• Entonces, el Margen para el Desvanecimiento:• MD(dB)= Señal Rx – UmbralRx• SNR= SeñalRx- Noise Floor• Con estas ecuaciones:• SeñalRx= PotTx + GanAntTx + GanAntRx - Pérdidas totales• AtTryRE= 92.5 + 20logF(Ghz) + 20logD(Km)• Podemos predecir la Señal de Rx en dBm y el MD en dB, asi

como la SNR en dB para poder evaluar si nuestro enlace trabajará correctamente.

• (Recordar constelaciones y ángulos de error en la detección de los símbolos)

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• 1.4 Fundamentos de antenas:

Generator

Su función es focalizar y absorber energia de radio en las direcciones especificas (Tx o Rx), dependiendo de su diseño (patron de radiacion)Puede ser sintonizadas para diferentes rangos de frecuencias

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• E-Plane Pattern• H-Plane Pattern

Patrones de Radiación:

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• Cuando la antena está polarizada verticalmente, el campo E está vertical y el campo H está horizontal a la dirección de propagación.

• Cuando la antena está polarizada horizontalmente, el campo H está vertical y el campo E está horizontal a la dirección de propagación

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• Tipos de antenas:• Básicamente hay dos tipos de antenas: las antenas

no direccionales y las antenas direccionales.• Dentro del tipo de las antenas no direccionales,

tenemos las antenas omnidireccionales (360 grados) y las antenas sectoriales (60-90-120-180 grados), las cuales se usan, sobre todo las sectoriales ,en los sistemas punto a multipunto, en los AP.

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Estas son ,dentro de las antenas no direccionales, antenas omnidireccionales

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Estas son, dentro del tipo de antenas no direccionales, antenas sectoriales, que las hay Verticales y Horizontales

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• Las antenas direccionales son las que concentran su energía en pequeños haz de radiación, y se utilizan en enlaces punto a punto o en los enlaces punto a multipunto, se emplean para los CPE o estaciones remotas.

• A continuación muestro diferentes tipos de antenas direccionales:

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• Punto de Media Potencia:• En las antenas direccionales, el ancho del haz (beam

width) se mide a partir de la caída de 3 dB de la máxima radiación de una antena:

• Cuando decimos que una antena direccional tiene 7 grados de ancho de haz, estamos significado, que su máxima radiación estará concentrada alrededor de 3.5 grados hacia la derecha y hacia la izquierda su máxima ganancia, lo cual muestro en el siguiente diagrama:

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• -3 dB points

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• Cross-polarización:• El concepto de cross-polarización es cuando

transmitimos con una antena polarizada verticalmente y recibimos con una antena polarizada horizontalmente entonces se producen pérdidas del orden de 20 dB en adelante. Mientras mayor es la directividad de una antena, mayor será su pérdida por cross-polarización

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• Ganancia de una antena:• Mientras mayor es la directividad de una

antena, mayor será su ganancia y menor será su ancho de haz (beam witdh).

• A continuación muestro diferentes tipos de antenas con su relación de ganancia y patrones de radiación:

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• 2.5 Concepto de Zona de Fresnel y análisis de perfiles de terreno:

• La zona de Fresnel es un sólido de revolución que se establece al transmitir señal en un enlace. Depende de la frecuencia de trabajo del enlace y de la distancia del enlace, como veremos a continuación en el diagrama ilustrativo:

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Donde r1 es el radio de la primera zona de Fresnel

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• Para saber si tenemos liberación del 60% de la primera zona de Fresnel, tenemos que auxiliarnos de los perfiles de terreno, que se salen del alcance de este curso, pues es un tema de Ingeniería de RF, pero daremos los elementos básicos para conocer un perfil de terreno, sin necesariamente saber el procedimiento para construirlos:

• Un perfil de terreno nos proporciona las informaciones siguientes:

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• Distancia del enlace en Km• Cotas del terreno más significativas• De ambos sitios del enlace:Coordenadas geográficasElevación sobre el nivel del marAltura de edificaciónAltura de antenaAzimut de antenas Primera zona de Fresnel que deseamos liberar

(completa o 60%)

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Perfil de terreno ilustrativo con perfecta liberación del 60% de la primera zona de Fresnel

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Enlace y perfil ligeramente obstruído

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Enlace y perfil muy obstruido