Comunicación Inalámbrica de Datos

1. Principios de Radiofrecuencia (RF).2. Antenas.3. Redes de área local Inalámbricas (Wlan) 4. Tecnología Wimax 5. Comunicación de Datos Satelital 6. Red 4G7. Otras Tecnologías inalámbricas

Agenda

Radio Frequency (RF) o Tecnología Inalámbrica:Incluye la generación, manejo, transmisión y recepción de ondas de electromagnéticas.Se utilizan para transmitir información.“Cualquier cosa relacionado a señales electromagnéticas utilizadas en las telecomunicaciones”.

Las señales RF se caracterizan por:La frecuencia.La amplitud.La longitud de Onda

Principios de RF

Espectro Electromagnético:

Conjunto de ondas con diferente longitud, frecuencia y radicación que circulan por la atmósfera terrestre.

Distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas.

Espectro Radioeléctrico:

Es un recurso natural, limitado y mesurable que permite transportar energía, enviar y recibir mensajes de distinta naturaleza a distancia, a través de un mecanismo de propagación por el espacio sin el concurso de una guía artificial.

Es la parte del espectro electromagnético utilizado par las telecomunicaciones.

Principios de RF

Espectro Electromagnético

Principios de RF

Espectro Radioeléctrico

Principios de RF

Conceptos BásicosLongitud de onda:

Distancia ocupada por un ciclo.Distancia entre dos puntos que tienen fase correspondiente en dos ciclos consecutivos.Asumiendo que la velocidad de la señal es v = vT = v/fUn caso particular es cuando v=c = 3*108 m/s (velocidad de la luz en el espacio libre)

Principios de RF

Fenómenos físicos que afectan la propagación de las ondas radioeléctricas

Absorción: Reducción de la amplitud de las ondas radioeléctricas al chocar con obstáculos.

Reflexión: Cuando una onda de radio choca con un obstáculo, parte o la totalidad de la onda se refleja y se observa una pérdida de la intensidad.

Refracción : Se produce cuan las señales pasan de un medio a otro de distinta densidad.

Difracción: La flexión de las ondas al rozar la superficie de la Tierra o cualquier otro obstáculo involucrado en la trayectoria de la onda

Dispersión (Scattering): Se produce cuando la señal choca con gotas de agua y es enviada en diferentes direcciones por efecto de reflexión

Principios de RF

Fenómenos físicos en la propagación de Ondas radioeléctricas

Principios de RF

Modos de Propagación de las Ondas Radioeléctricas

La manera en que viaja una onda depende de la frecuencia de la misma.

Hay tres forma básicas:Ondas de TierraOndas del CieloLínea de Vista

Principios de RF

Modos de Propagación: Ondas de Tierra

Las señales siguen el contorno de la tierra.Pueden propagarse a grandes distancias.Se encuentra en ondas de hasta aprox 2 MHz.Eg AM radio.

Principios de RF

Modos de Propagación: Ondas de Cielo

Las señales son reflejadas desde la capa superior de la ionosfera de regreso a la tierra.La reflexión es causada por la refracción.Ondas con estas características están ubicadas en approx. 3 a 30 MHz.Eg radio amateur.

Principios de RF

Modos de Propagación: Línea de Vista

Línea de vista (line-of-sight LOS)Las antenas receptoras y transmisoras deben estar en la línea de vista.

Comunicación por satélite – las señales por encima de 30 MHz no son reflejada por ionosfera.

Comunicación terrestre – las antenas deben estar dentro de la línea de vista efectiva de cada una, porque las ondas son refractadas por la atmósfera.

Propagación de la señal

Antena transmisora

Antena receptora

tierra

Propagación de la señal

Antena transmisora

Antena receptora

tierra

Principios de RF

Radio de la Línea de Vista

Línea de vista óptica

Línea de vista efectiva o de radio

d = distancia entre las antenas y el horizonte (km)h = altura de la antena (m)K = factor de adaptación para tomar en cuenta refracción K = 4/3 (regla de dedo)

hd 57.3

hd 57.3

Principios de RF

Radio de la Línea de Vista

Máxima distancia entre las antenas para la propagación LOS:

h1 = altura antena unoh2 = altura antena dos

2157.3 hhD

Principios de RF

La potencia de una señal es medida en Watts (W).

El decibelio (dB) es una expresión logarítmica que mide el radio entre la potencia, voltaje o corriente de dos señales.

P(dB) = 10 Log10 (P2/P1)P1 potencia señal 1P2 potencia señal 2

Cuando la cantidad en decibelios es positiva entonces hablamos de ganancia.En caso contrario es un pérdida.

Principios de RF

Potencia en los sistemas de RF

dBm usualmente usado en WLANs.

PdBm = 10 log10 (PWATTS/1mW)1mW = 0,001 Watts

Presupuesto de Potencia de Sistemas inalámbricos

Received Power (dBm) = Transmitted Power (dBm) + Gains (dB) – Losses (dB)

Regla de Oro

Duplicar la potencia es igual a sumar 3 dB, Reducir la potencia a la mitad es igual que restar 3 dB

Potencia en los sistemas de RF

Principios de RF

IncrementoIncremento FactorFactor DecrementoDecremento FactorFactor0 dB0 dB 1 x1 x 0 dB0 dB 1 x1 x1 dB1 dB 1.25 x1.25 x -1 dB-1 dB 0.8 x0.8 x3 dB3 dB 2 x2 x -3 dB-3 dB 0.5 x0.5 x6 dB6 dB 4 x4 x -6 dB-6 dB 0.25 x0.25 x

10 dB10 dB 10 x10 x -10 dB-10 dB 0.10 x0.10 x12 dB12 dB 16 x16 x -12 dB-12 dB 0.06 x0.06 x20 dB20 dB 100 x100 x -20 dB-20 dB 0.01 x0.01 x30 dB30 dB 1000 x1000 x -30 dB-30 dB 0.001 x0.001 x40 dB40 dB 10,000 x10,000 x -40 dB-40 dB 0.0001 x0.0001 x

Presupuesto de Potencia de Sistemas inalámbricos

Tabla de Factores de potencia.

Principios de RF

Presupuesto de Potencia de Sistemas inalámbricos

Ejemplo:

Potencia del Transmisor [dBm] Pérdidas en el Cable TX [dB] + Ganancia de Antena TX [dBi] Pérdidas en la trayectoria en el espacio libre [dB] + Ganancia de Antena RX [dBi] Pérdidas en el Cable RX [dB] = Margen –Sensibilidad del receptor [dBm]

Principios de RF

La relación señal/ruido (en inglés Signal to noise ratio SNR o S/N) se define como el margen que hay entre la potencia de la señal que se transmite y la potencia del ruido que la corrompe. Este margen es medido en decibelios.

Es la mínima diferencia de potencia que debemos alcanzar entre la señal recibida y el ruido (ruido térmico, ruido industrial debido a los microondas, ruido debido a otra WLAN en la misma banda de frecuencias). Se define como:

Relación Señal/Ruido [dB] = 10 * Log10 (Potencia Señal [W] / Potencia ruido [W])

Si la señal es mas potente que el ruido, la relación señal/ruido (también llamada relación S/N) será positiva. Si la señal está enterrada en el ruido, la relación será negativa. Para poder trabajar en determinada tasa de transferencia de datos el sistema necesita una relación S/N mínima.

Relación señal-ruido en los sistemas de RF

Principios de RF

Zonas de Fresnel

Se le llama zona de Fresnel al volumen de espacio entre emisor y receptor de un sistema de RF de manera que el desfase entre las ondas electromagnéticas en dicho volumen no supere los 180º

http://www.laserwifi.com/calc.html Calculadoras para sistemas inalambricos

Principios de RF

Zonas de FresnelLa obstrucción máxima permisible para considerar que no hay obstrucción es el 40% de la primera zona de Fresnel. La obstrucción máxima recomendada es el 20%. Para el caso de radiocomunicaciones depende del factor K (curvatura de la tierra) considerando que para un K=4/3 la primera zona de Fresnel debe estar despejada al 100% mientras que para un estudio con K=2/3 se debe tener despejado el 60% de la primera zona de Fresnel.

Principios de RF

La (IEEE) define una antena como aquella parte de un sistema transmisor o receptor diseñada específicamente para radiar o recibir ondas electromagnéticas.

Una antena Isotrópica es una antena puntual concebida de forma ideal (no puede realizarse en la practica) que irradía potencia de igual manera en todas las direcciones.

Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia. Estas antenas son las más simples desde el punto de vista teórico.

Antenas

La polarización de una antena en una dirección es la de la onda radiada por ella en esa dirección.

Dirección del campo eléctrico emitido por una antena.

Puede ser:

Vertical Horizontal ElípticaCircular

Antenas

Antenas

Polarización de Antenas

Un diagrama de radiación es una representación gráfica de las propiedades de radiación de la antena, en función de las distintas direcciones del espacio, a una distancia fija.

Antenas

Ancho de banda: Todas las antenas, debido a su geometría finita, están limitadas a operar

satisfactoriamente en una banda o margen de frecuencias. Este intervalo de frecuencias, en el que un parámetro de antena determinada no sobrepasa unos límites prefijados, se conoce como el ancho de banda de la antena.

Rango de frecuencias sobre el cual la antena puede operar.

Directividad (Directivity): Habilidad de una antena de enfocar la energía en una dirección en particular cuando transmite o de recibir mejor energía de una dirección particular cuando esta recibiendo.

La Directividad (D) de una antena se define como la relación entre la intensidad de radiación de una antena en la dirección del máximo y la intensidad de radiación de una antena isotrópica que radia con la misma potencia total.

Antenas

Según la frecuencia, el tamaño y la dirección de la radiación :

Los tipos de antena varían de acuerdo a las bandas de frecuencias donde se vayan a utilizar.

El tamaño de la antena varía también de acuerdo a la longitud de onda en las diferentes frecuencias.

Las antenas varían de cuerdo con la dirección en que estas envían las ondas electromagnéticas

Antenas

Tipos de Antenas:

Antenas

Directividad:Omnidireccionales:

Radian el mismo patrón alrededor de la antena en un patrón completo de 360 grados.Tipo dipoloPlano a tierra

Tipos de Antenas:

Antenas

Directividad:Direccionales

El ancho del rayo es mas angosto que las anteriores.Tienen mayor ganancia y por lo tanto se usan en largas distancias.• Yagi• Biquad• Horn• Helicoidal• Antena de panel• Disco parabólico

Tipos de Antenas:

Antenas

Directividad:

Sectoriales

Radia primariamente en una área específica

El rayo puede oscilar entre 180 grados o ser tan delgado como 60 grados.

Tipos de Antenas:

Potencia de salida, en una dirección particular, comparada con aquella producida por una antena omnidireccional (isotrópica).

Área efectivaRelacionada al tamaño y forma de una antena

G = ganancia de la antenaAe = área efectivaf = frecuencia portadorac = velocidad de la luz

(3 * 108 m/s) = longitud de la onda portadora

Antenas

dBi es usado para definir la ganancia de un sistema de antena relativo a una antena isotrópica.

Ganancia de la antena

Cables: Se utiliza para conectar el radio de comunicaciones con la antena.Atenuadores: Controlar el nivel de atenuación de la señal cuando esta es muy grande y así lo requiere el cable.

Amplificadores: Aumentar el nivel de la señal y añadir ganancia al sistema

Lightning Arrestors: Protector de línea, evita daños al radio y en la red local.

Splitters: Combina varias antenas para aumentar la zona de cobertura.

Antenas

Hardware y Conectores

Cables - PigTailUsado para conectar la antena (con un conector N) al equipo inalámbrico (con conector distinto).

Hardware y Conectores

Antenas

Atenuación de cables coaxiales de uso frecuente en dB/ 100 ft y (dB/ 100 m)

Antenas

Antenas

Atenuación de cables coaxiales de uso frecuente en dB/ 100 ft y (dB/ 100 m)

Conector SMA:Roscado.Pequeño.Uso interior.Baja pérdida.

Conector MC Card:Son conectores miniatura usados en microndasUsado, especialmente enlas tarjetas PC Cards (PCMCIA) defabricantes copmo: Apple, Avaya,Buffalo, Compaq, Dell, Enterasys, IBM yOrinoco. No tiene roscaEsta dotado de un pin central.

Antenas

Conectores y Hardware

Conector N: Tipo rosca.Habitual en antenas de 2,4 GHz.

Conector BNC:Tipo bayoneta.Bueno para bajas frecuencias.

Conector TNC:Similar al anterior pero roscado.Utilizado en telefonía celular.Utilizado en muy altas frecuencias.

Antenas

Hardware y Conectores

Conector MMCX:Conector microminiatura.Usado por fabricantes como: Cisco, Microtik, Samsung y Zcom. No tiene rosca y esta dotado de un pin central.

Ver : http://www.lcom.com/content/hyperlinkbrand.html para referencia de tipos de conectores y su utilización.

Antenas

Hardware y Conectores

Antenas

Ejemplos de Antenas y Conectores

Referencia Bibliográfica

1. CCNA 3 V4.0 Curriculum de exploración.2. CCNA Wireless official guide 20093. Antenas. Ediciones UPC, Universidad de Valencia 20024. http://redeswimax.jimdo.com/5. http://sx-de-tx.wikispaces.com/WIMAX