Teoría de Radio y planteamiento de link para Wireless LAN (WLAN)

Si quieres conocer un poco más como funciona las redes inalámbricas os ponemos un poco de teoría, esta base nos permitirá acometer las instalaciones con un buen conocimiento de causa. Os paso a detallar cuales son los valores que hay que tener en cuenta :

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Energía

La energía es expresada en Watts o en las unidades relativas a Decibel comparadas con milliwatts (dBm).

Conversión de Watts (W) a decibeles "milliwatts" (dBm) :

dBm:    Watts:

(dBm= 10*log10(P/ 0.001)

Normalmente 18 dbm, para una conexión estable podemos añadir amplificadores  de 27 dBm o 30 Dbm haciendo más robustos los dispositivos.

Pérdida en un cable coaxial en 2.45 GHz

Aquí hay algunos valores de pérdida para cables coaxiales comunes:

RG 58 (muy común, usado para Ethernet): 1 dB por metro.
RG 213 ("negro grande", muy común): 0.6 dB por metro.
RG 174 (delgado, como el que se usa para cables adaptadores pigtail): 2 dB por metro.

Es muy conveniente acortar las distancias de cableado entre los puntos de acceso y las antenas instaladas, muchos clientes piden antenas con cables de mas de 10 metros, es mejor acercar el punto de acceso que alargar el cable de la antena.

Longitud (metros):    Pérdida en dB (valor negativo !)

Antena

La ganancia de antena está normalmente dada en decibeles isotrópicos [dBi]. Es la ganancia de energía en comparación con una antena isotrópica (antena que difunde energía en todas las direcciones con el mismo poder….la vista teórica en realidad no existe!).
Algunas antenas tienen su ganancia expresada en [dBd], es la ganancia comparada con una antena dipolo. En este caso tienes que sumar 2.14 para obtener la ganancia correspondiente en [dBi].
Cuanto más ganancia tenga la antena mayor es la directiva (energía enviada en una dirección preferida).
Las antenas que vienen con kits WLAN generalmente no tienen mucha ganancia (2.14 dBi ).
La ganancia de antena es la misma para recibir y transmitir 😉

No confundir ganancia con potencia, las directivas de las antenas son omnidireccionales o direccionales, por otro lado tendremos los angulos de emisión , cuanta más ganancia menor grado de emisión aunque mayor es su directiva.

Ecom dispone de antenas de 5 a 24 dBi de ganancia.

Energía irradiada

La energía irradiada (energía enviada por la antena) puede ser fácilmente computada (en dBm):

Energía irradiada [dBm] = Energía de transmisor [dBm] – pérdida de cable [dB] + ganancia de antena[dBi]

El límite legal de energía irradiada (EiRP) para WLAN es generalmente puesto a 100mW (= +20dBm) pero depende de las regulaciones del país.

Bueno este es el punto en el que lo legal o lo ilegal  es cuestionable.

Pérdida de espacio libre en 2.45 GHz

Es la pérdida de energía de recorrido de onda en espacio libre (sin obstáculos).

Correspondencia entre pérdida de ganancia de espacio libre en dB y distancia en kilómetros (km) :

Pérdida en dB (valor negativo !):    kilómetros:

Sensitividad de receptor

El receptor tiene un threshold mínimo de energía recibida (en el conector de la tarjeta) para el que la señal tiene que alcanzar un cierto bitrate. Si la energía de señal es más baja que el bitrate máximo alcanzable será decrementada o se decrementará el rendimiento. Por lo que hemos usado mejor un receptor con un valor de threshold bajo, aquí hay algunos valores típicos de sensitividad de receptor:

11Mbps => -82 dBm ; 5.5Mbps => -87 dBm; 2Mbps=> -91 dBm; 1Mbps=> -94 dBm.
(Estos son valores dados en todas las hojas de producto).

 

Ojo a estos valores, son tan importantes como la potencia o energia irradiada, un equipo poco sensible tendrá fallos en la recepción de paquetes por lo que bajara su rendimiento.

 

Signal to Noise Ratio (Proporción Señal a Ruido)

La sensitividad del receptor no es el único parámetro para el receptor, también tenemos que tener en cuenta la proporción de energía signal to noise. Es la diferencia de energía mínima a alcanzar entre la señal recibida deseada y el ruido (ruido termal, ruido industrial debido por ejemplo a hornos a microondas, ruido de interferencia debido a otra WLAN en la misma banda de frecuencia). Está definido como:

Proporción Señal/Ruido [dB] = 10 * Log10 (Poder de Señal [W] / Poder de ruido [W])

Si la señal es más poderosa que el ruido, la proporción señal/ruido (también llamada proporción S/N) será positiva. Si la señal está oculta en el ruido, la proporción será negativa. Para poder trabajar en una cierta proporción de datos el sistema necesita una mínima proporción S/N:

11Mbps => 16 dB ; 5.5 Mbps => 11 dB ; 2 Mbps => 7 dB ; 1 Mbps => 4 dB.
Si el nivel de ruido es muy bajo entonces el sistema estará más limitado por la sensitividad del receptor que por la proporción S/N. Si el nivel de ruido es alto entonces será la proporción Señal/Ruido que contará para alcanzar una proporción de datos dada. Si el nivel de ruido es alto necesitaremos más energía recibida. En condiciones normales sin ninguna otra WLAN en la frecuencia y sin ruido industrial el nivel de ruido será de alrededor de -100dBm. Por ejemplo, para alcanzar una proporción de datos de 11 Mbps con una tarjeta  802.11b podríamos necesitar una energía recibida de 16dB más alta (S/N ratio) por lo que un nivel de -100+16=-84 dBm pero en realidad la sensitividad mínima del receptor está en -82 dBm…más alto que -84. Significa que en este caso la sensitividad mínima del receptor es el factor limitante para el sistema.

Ya empezamos a hilar fino con nuestros receptores inalámbricos.

Link budget (Presupuesto de link)

Link budget es la computación de toda la cadena de transmisión. Aquí hay un budget para pérdida de transmisión de espacio libre:

Transmisión [dBm]: energía de transmisor [dBm] -pérdida de cable [dB]+ ganancia de antena [dBi]
Propagación [dB]: pérdida de Espacio Libre [dB].
Receptor [dBm]: ganancia de antena[dBi]- pérdida de cable [dB]- sensitividad de receptor [dBm]
La condición de funcionamiento del link es que el total : Total Transmisor + Total Propagación + Total Receptor debe ser mayor que 0 . El resto da el margen del sistema.

Advertencia: Estas reglas son teóricas. Representa el máximo alcanzable para un sistema. En realidad tendremos interferencias (otras redes WLAN, bluetooth), ruido industrial (hornos a microondas), pérdidas atmosféricas (humedad del aire, dispersión, refracción), antena mal orientada, reflexiones,… que afectarán performances. Por lo tanto es necesario tomar un suficiente margen de seguridad (5-6 dB o más en distancias grandes).

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ECOM realiza siemp
re cálculos para  cada uno de los proyectos que se le facilitan, y ajustar en la medida de lo posible todo el material necesario en la instalación. Las diversas tablas teóricas solo son una aproximación para solventar el problema , en la puesta en marcha nos podemos encontrar con otras dificultades que con un conocimiento anterior serán mucho mas fácilmente solucionables.

 

GRACIAS POR CONFIAR EN ECOM, IMF

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